專利名稱：礦熱爐冶煉鐵合金的方法及其所用的碳質(zhì)還原劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及礦熱爐冶煉鐵合金的方法，并涉及用于該法的碳質(zhì)還原劑。
礦熱爐法是目前用于生產(chǎn)鐵合金的常規(guī)方法，該法適用于生產(chǎn)硅鐵、碳素錳鐵、碳素鉻鐵、硅鉻合金等鐵合金。用于該法的碳質(zhì)還原劑應(yīng)是灰份低、氣孔率大、化學(xué)活性好、比電阻高、在高溫下有一定的機(jī)械強(qiáng)度的碳素材料。可供選擇的材料比如有木炭、石油焦、瀝青焦、煤氣焦、冶金焦、煙煤及無煙煤等。但從理化性能和經(jīng)濟(jì)合理性綜合考慮，目前在礦熱爐法中所用的碳質(zhì)還原劑主要是冶金焦。盡管日本、挪威、德國、美國及前蘇聯(lián)等國家除冶金焦以外還按不同的比例配加了煙煤、木片、無煙煤和半焦來提高碳質(zhì)還原劑的比電阻和透氣性(見《鐵合金冶金學(xué)》，李春德編，1991，5，第一版，P.19)，但冶金焦仍然是其中的主要組成部分。然而冶金焦并不是理想的，用于礦熱爐法的還原劑，因?yàn)槠錃饪茁实停蚨笟庑圆?，所以將其用于礦熱爐法中時(shí)對(duì)其粒度有一定的限制。例如對(duì)容量為12500KVA的電爐，要求焦炭粒度為5～18mm;容量為400～1800KVA的電爐，要求焦炭粒度為1～18mm，而且其中1～3mm粒度者不大于20%(見上述的《鐵合金冶金學(xué)》，P.19)。限制了焦碳的粒度即犧牲了焦炭的比電阻及其反應(yīng)表面積，結(jié)果降低了生產(chǎn)率、增加了電耗。而且相對(duì)于其它碳質(zhì)還原劑，冶金焦的價(jià)格昂貴，同時(shí)在加工焦炭粒時(shí)形成的粒度小于5mm的焦粉不能用作還原劑而被棄之，這不但造成很大浪費(fèi)，同時(shí)還污染了環(huán)境。盡管在上述的小容量電爐中允許使用粒度3mm以下的焦炭，但這并不意味著這種細(xì)焦粒(焦粉)會(huì)給礦熱爐生產(chǎn)帶來任何有益效果，這樣的規(guī)定只不過是考慮到加工焦炭的實(shí)際困難，即不可能以經(jīng)濟(jì)的方法將小于5mm的焦粉充分除去，而是在技術(shù)上作的一定讓步和寬容。就礦熱爐運(yùn)行的理想狀態(tài)而言，焦炭的粒度應(yīng)為5～18mm(生產(chǎn)硅鐵及硅鉻合金)，對(duì)于生產(chǎn)碳素錳鐵或碳素鉻鐵為5～25mm(見《鐵合金及合金添加劑手冊(cè)》，陸友琪等編，1990年12月出版)。本申請(qǐng)人的已授權(quán)的專利CN87104601A中雖然公開過在冶煉高純硅鐵時(shí)，優(yōu)先選用粒度為0～5mm的石油焦作碳質(zhì)還原劑，但就該專利技術(shù)而言，首先它主要只適用于生產(chǎn)高純硅鐵，此外，采用該專利技術(shù)的碳質(zhì)還原劑時(shí)，由于石油焦極易石墨化，所以必須將礦熱爐溫度升到1000℃以上時(shí)方可加料，否則將產(chǎn)生爐底上漲而爐況惡化等問題。所以以石油焦作還原劑時(shí)要求很苛刻的反應(yīng)條件。如何在不存在透氣性差的前提下，將粒度小于5mm的焦粉或其它碳質(zhì)還原劑用于普通的礦熱爐，在其反應(yīng)過程中充分利用其比電阻高，反應(yīng)表面積大的優(yōu)點(diǎn)及選用更為便宜的碳質(zhì)還原劑是急待解決的問題。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種利用粒度小于5mm的碳質(zhì)還原劑進(jìn)行礦熱爐冶煉鐵合金的方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種利用粒度小于10mm，其中小于5mm的部分大于50%，而透氣性反應(yīng)性均好的用于礦熱爐法的碳質(zhì)還原劑。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的1、提供一種用于礦熱爐生產(chǎn)鐵合金的碳質(zhì)還原劑，該還原劑由基本上不含揮發(fā)份的碳質(zhì)材料和含有20～70%(重量)揮發(fā)份的碳質(zhì)材料組成，其中揮發(fā)份占該還原劑總量的8～50%(重量)，所述還原劑的粒度小于10mm，而且其中粒度小于5mm的部分占該還原劑總量的50%(重量)以上。
該還原劑中所述的基本上不含揮發(fā)份的碳質(zhì)材料為選自由冶金焦、蘭炭、無煙煤和瀝青焦組成的物組中的一種或幾種;
其中所述的含20～70%(重量)揮發(fā)份的碳素材料是選自由泥煤、褐煤和煙煤所組成的物組中的一種或幾種;
對(duì)于揮發(fā)份為8～50%(重量)的碳素材料則可將其直接用作本發(fā)明的還原劑而無需配加其它材料;
所述還原劑的粒度最好是小于5mm，而其中粒度小于3mm的部分為該還原劑總量的50%(重量)以上;
所述的含20～70%(重量)揮發(fā)份的碳素材料還可以是木屑和/或粒度不大于100mm的一年生植物桔桿;
2、提供一種用于礦熱爐生產(chǎn)鐵合金的方法，該法以礦石作為合金元素源，以上述的還原劑作碳質(zhì)還原劑進(jìn)行冶煉。
本說明書中所用術(shù)語“基本上不含揮發(fā)份的碳質(zhì)材料”指的是其揮發(fā)份含量小于2%(重量)的碳質(zhì)材料。
在上述的碳質(zhì)材料還原劑中，基本上不含揮發(fā)份的碳素材料主要作用是提供還原合金元素的碳源，而含20～70%(重量)揮發(fā)份的碳素材料，除用作提供還原合金元素的碳源外，主要用于改善爐料的透氣性。所述的還原劑的粒度小，則使比電阻增大，反應(yīng)表面積增大，使電耗下降，生產(chǎn)率提高，而且低強(qiáng)度的碳質(zhì)材料可得到充分的利用。比如，由于該還原劑粒度很小，則可大量使用固定碳高，灰份少，價(jià)格低廉的無煙煤而無需顧慮其在加熱過程中爆裂及強(qiáng)度不足的問題。
另外本發(fā)明的還原劑中的揮發(fā)份含量若低于8%時(shí)，雖可以進(jìn)行冶煉，但透氣性不好，操作困難，而其高于50%時(shí)，冶煉也可以進(jìn)行，但由于揮發(fā)份逸出過多而浪費(fèi)了還原劑。因此，本發(fā)明的還原劑中的揮發(fā)份含量以8～50%(重量)為宜。
本發(fā)明的碳質(zhì)還原劑的制備步驟是將基本上不含揮發(fā)份的碳質(zhì)材料和含20～70%的碳質(zhì)材料進(jìn)行破碎、篩分，使其粒度小于10mm，而且其中小于5mm的部分在50%以上。分別測上述二者的水份、揮發(fā)份，固定碳和灰份然后按化學(xué)試劑配制的原理進(jìn)行計(jì)算配份，再進(jìn)行均勻混合。
根據(jù)上述配好的還原劑的固定碳含量和對(duì)合金元素含量的要求為基準(zhǔn)，計(jì)算各種原料用量，將混配好的爐料加入礦熱爐內(nèi)冶煉。由于還原劑粒度很細(xì)，用前可噴上些自來水，以達(dá)到加料不揚(yáng)塵為止。
采用本發(fā)明的礦熱爐法及本發(fā)明的碳質(zhì)還原劑，使過去被廢棄的粒度小于5mm的焦粉得到應(yīng)用，同時(shí)改善了生態(tài)環(huán)境。用價(jià)格低廉的碳質(zhì)還原劑部分或全部地取代現(xiàn)有技術(shù)的冶金焦已成為可能，從而使鐵合金的生產(chǎn)成本大幅度下降。
實(shí)施例1以冶煉75硅鐵為例還原劑計(jì)算條件1、以100公斤硅石為單位進(jìn)行計(jì)算，硅石中SiO2的含量為98%。
2、目標(biāo)合金元素的成份為Si＝75%，F(xiàn)e＝23%，其它雜質(zhì)2%。
3、鐵屑含鐵量98%。
4、冶金焦炭的固定碳為84%，揮發(fā)分為2%。
5、煙煤固定碳為50%，揮發(fā)分為40%。
將70%的上述焦炭加上30%的上述煙煤破碎篩分而得到混合均勻，揮發(fā)分為13.4%，固定碳為73%，粒度小于10mm，其中小于5mm的部分為80%的還原劑。
由硅石中還原SiO2所需的還原劑量為 39.2/(0.9×73%) ＝59.66(此計(jì)算結(jié)果視為60)以上計(jì)算均以干料為準(zhǔn)爐料配比為
硅石∶還原劑∶鋼屑＝100∶60∶12.3將上述三種原料配好，混合均勻，按礦熱爐法進(jìn)行冶煉，操作順利。所得產(chǎn)品成分為Si＝75.5%，Al＝1.8%，C＝0.1%，S＝0.03%，P＝0.04%。
以上均為%(重量)實(shí)施例2除還原劑的品種變化外，其它條件同實(shí)施例1。
還原劑采用煙煤。其固定碳為62%，揮發(fā)份為32%，粒度小于5mm的部分為80%。
爐料配比為硅石∶煙煤∶鋼屑＝100∶72-76∶12將上述三種原料配好，混合均勻，若還原劑特別干燥加料前，適當(dāng)噴些自來水，達(dá)到加料時(shí)不揚(yáng)塵為止，以減少粉料的過多損失。此操作同樣適用于實(shí)施例1和實(shí)施例2。所得產(chǎn)品的化學(xué)成分為Si＝74.8%，AL＝2.0%，C＝0.1%，S＝0.03%，P＝0.04%。
以上均為%(重量)。
權(quán)利要求
1.用于礦熱爐生產(chǎn)鐵合金的碳質(zhì)還原劑，其特征在于，它由基本上由不含揮發(fā)份的碳質(zhì)材料和含有20～70%(重量)揮發(fā)份的碳質(zhì)材料組成，其中揮發(fā)份占該還原劑總量的8～50%(重量)，所述還原劑的粒度小于10mm，而其中粒度小于5mm的部份占該還原劑總量的50%(重量)以上。
2.權(quán)利要求1的還原劑，其特征在于所述的基本上不含揮發(fā)份的碳質(zhì)材料為選自由冶金焦、蘭炭、無煙煤和瀝青焦組成的物組中的一種或幾種。
3.權(quán)利要求1的還原劑，其特征在于所述的含20～70%(重量)揮發(fā)份的碳素材料是選自由泥煤、褐煤和煙煤所組成的物組中的一種或幾種。
4.權(quán)利要求1的還原劑，其特征在于它只由含揮發(fā)份為8～50%(重量)碳質(zhì)材料組成。
5.權(quán)利要求1的還原劑，其粒度小于5mm，其中粒度小于3mm的部分為該還原劑總量的50%(重量)以上。
6.權(quán)利要求1的還原劑，其中的含揮發(fā)份20～70%(重量)的碳質(zhì)材料還可以是木屑和/或一年生的植物桔桿，其粒度為小于100mm。
7.一種礦熱爐生產(chǎn)鐵合金的方法，該法以礦石作為合金元素源，用碳素還原劑將其還原，以固定碳和對(duì)合金元素含量要求為基準(zhǔn)，計(jì)算各種原料用量，將混配好的爐料加入礦熱爐內(nèi)進(jìn)行冶煉，其特征在于所述還原劑由基本上不含揮發(fā)份的碳質(zhì)材料和含有20～70%(重量)揮發(fā)份的碳質(zhì)材料組成，其中揮發(fā)份占該還原劑總量的8～50%(重量)，所述還原劑的粒度小于10mm，而其中粒度小于5mm的部分占該還原劑總量的50%(重量)以上。
8.權(quán)利要求7的方法，其特征在于所述的基本上不含揮發(fā)份的碳質(zhì)材料為選自由冶金焦、蘭炭、無煙煤和瀝青焦組成的物組中的一種或幾種。
9.權(quán)利要求7的方法，其特征在于所述的含20～70%(重量)揮發(fā)份的碳素材料是選自由泥煤、褐煤和煙煤所組成的物組中的一種或幾種。
10.權(quán)利要求7～9中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述的碳質(zhì)還原劑的粒度小于5mm，其中小于3mm的部分占該還原劑總量的50%(重量)以上。
11.權(quán)利要求7的方法，其中的含揮發(fā)份20～70%(重量)的碳質(zhì)材料還可以是木屑和/或一年的生植物桔桿，其粒度小于100mm。
12.權(quán)利要求7的方法，其中所述的鐵合金為硅鐵、碳素錳鐵、碳素鉻鐵和硅鉻合金。
全文摘要
一種新型的用于礦熱爐法的碳質(zhì)還原劑，其中含8～50％(重量)的揮發(fā)分，其粒度小于10mm，而其中粒度小于5mm的部分占該還原劑總量的50％以上，及使用該還原劑冶煉鐵合金的礦熱爐法。該法可利用粒度小于5mm的焦粉，從而提高了鐵合金的生產(chǎn)率，并可采用除冶金焦之外的其它廉價(jià)的碳質(zhì)還原劑。
文檔編號(hào)C22B5/10GK1100149SQ9411489
公開日1995年3月15日 申請(qǐng)日期1994年8月18日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月18日
發(fā)明者崔新東, 鞠遠(yuǎn)峰, 謝作楨 申請(qǐng)人:湖北省結(jié)晶硅廠