專利名稱：直流電弧爐生產(chǎn)鋁硅合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域。
目前我國硅鋁合金的生產(chǎn)都是采用對(duì)摻法。即用金屬鋁和金屬硅經(jīng)過重熔、按比例熔融混合制得。而金屬鋁的生產(chǎn)采用電解法。電解法生產(chǎn)金屬鋁須經(jīng)過氧化鋁生產(chǎn)和氧化鋁熔融電解兩個(gè)主要過程，從礦石到金屬鋁，生產(chǎn)流程長，耗能多，原料要求的品位高，生產(chǎn)過程對(duì)環(huán)境影響大。
目前只有原蘇聯(lián)采用電弧爐技術(shù)生產(chǎn)鋁硅合金，他們采用功率為16 500kVA以上的大型三相交流電弧爐。其工藝存在如下不足之處(1)采用三相交流電弧爐生產(chǎn)鋁硅合金，電弧爐的功率必須在10 000kVA以上，爐底的能量密度才能滿足生產(chǎn)鋁硅合金的需要，最合適的功率是在16 500kVA以上。
如果采用功率在10 000kVA以下的三相交流電弧爐，冶煉含鋁量為30％以下的鋁硅合金是可行的，但是若生產(chǎn)含鋁量達(dá)到40％～60％的鋁硅合金，便會(huì)發(fā)生料面塌落，爐底上漲，爐眼不能燒通，鋁硅合金液體不能流出，生產(chǎn)不能連續(xù)進(jìn)行。功率在10 000kVA以下的三相交流電弧爐因爐底能量密度低，不能滿足生產(chǎn)含鋁量為40％～60％鋁硅合金的需要。因此，現(xiàn)行工藝不適于采用功率為10 000kVA以下電弧爐的中、小規(guī)模的生產(chǎn)。
(2)現(xiàn)行工藝采用16 500kVA大型三相交流礦熱電弧爐，每臺(tái)爐有三根直徑為1.2m左右的自焙炭電極，電極外側(cè)為鐵制殼體，殼體內(nèi)焊有很多的鐵制肋片。在冶煉過程中隨著自焙電極的消耗，這些鐵制的電極殼體和肋片全部熔化入鋁硅合金產(chǎn)品中，由此造成鋁硅合金中的鐵含量為2％左右。鐵是鋁硅合金產(chǎn)品的主要有害雜質(zhì)，國標(biāo)對(duì)含鐵雜質(zhì)的限制很嚴(yán)格。因此，現(xiàn)行工藝不能生產(chǎn)含鐵量低的高質(zhì)量鋁硅合金產(chǎn)品。
本發(fā)明采用單相直流電弧爐生產(chǎn)鋁硅合金。爐上部采用一根電極，為陰極，爐底為陽極，上部電極直接對(duì)爐底產(chǎn)生電弧。另外，電流全部流經(jīng)爐底和爐底發(fā)生陽極表面效應(yīng)，使直流電弧爐的爐底能量密度高，可以抑制因爐底溫度不足導(dǎo)致的爐底上漲。對(duì)于功率為10000kVA以下，100kVA以上規(guī)模的直流電弧爐，都能夠滿足生產(chǎn)30％～60％鋁硅合金的要求。
本發(fā)明在采用單相直流電弧爐的同時(shí)，爐上部采用一根石墨電極或經(jīng)過焙燒的炭素電極。采用這樣的電極，不再使用鐵制殼體和肋片，只要控制原料中鐵含量，生產(chǎn)操作上不使鐵制工具熔入鋁硅合金中，就可以生產(chǎn)出含鐵量低的高質(zhì)量鋁硅合金產(chǎn)品。
本發(fā)明的目的在于提供一種直接利用鋁硅礦物(包括鋁土礦、鋁礬土、藍(lán)晶石和煤矸石等)，通過制團(tuán)，用直流電弧爐在特定的電參數(shù)條件下，生產(chǎn)含鋁30％-65％的粗鋁硅合金的方法。
本工藝是以含鋁硅礦物為原料，以煙煤和石油焦為還原劑，按比例配料后均勻混合，制團(tuán)，將團(tuán)塊加入直流電弧爐中進(jìn)行還原反應(yīng)，生產(chǎn)鋁硅合金。其工藝流程可分為磨粉、混料、制團(tuán)、烘干、還原、爐外精練等工序。
下面結(jié)合附圖
和實(shí)施例進(jìn)一步敘述發(fā)明的內(nèi)容。
附圖為本發(fā)明的工藝流程圖。
如圖所示將煙煤和石油焦按比例一起磨成粒度小于0.6mm的粉料，把煙煤、石油焦粉與鋁礬土粉＜0.6mm、硅石＜0.6mm粉按一定比例配料，再加入一定量的紙漿(粘結(jié)劑)和水(使水份達(dá)到10％)。全部物料在混料機(jī)中均勻混合?；旌虾蟮奈锪显谥茍F(tuán)機(jī)中壓制成球團(tuán)(制團(tuán)壓力為20-25MPa)。
將制好的球團(tuán)，在干燥機(jī)中進(jìn)行烘干脫水。要求水分由10％減少到1％左右。
干燥后的球團(tuán)加入直流電弧爐中進(jìn)行還原反應(yīng)，其主要反應(yīng)為
定期(間隔2-3小時(shí))從出鐵口放出鋁硅合金液體。因合金中含有一定量的非金屬雜質(zhì)，需在抬包中進(jìn)行精煉除渣。在抬包中加入一些食鹽等覆蓋劑，同時(shí)加入一些稻草、稻殼等，以有利于渣的上浮。除渣后進(jìn)行鑄錠，即得到粗鋁硅合金產(chǎn)品。
本發(fā)明特點(diǎn)是選用直流電弧爐礦熱電弧爐。由于直流電弧爐，電流全部流過爐底，再加上底部“陽極效應(yīng)”(爐底為陽極)的作用，使?fàn)t底部具有足夠的熱量，保證熔渣不至于冷凝，從而減少爐底上漲的機(jī)會(huì)。采用直流電弧爐還可以提高功率因數(shù)，使功率因數(shù)達(dá)到0.92以上。選用石墨或經(jīng)焙燒的碳素材料作電極，減少合金中鐵雜質(zhì)的含量。制團(tuán)采用負(fù)碳配方。利用含鋁硅礦物生產(chǎn)鋁硅合金，碳是還原劑。碳的加入形式有煤、木碳、石油焦。在電弧爐內(nèi)的還原反應(yīng)中，碳量小還原不充分，爐底上漲；碳量大，則生成碳化物，爐底亦上漲。如果以上述反應(yīng)中碳的劑量為100％，通過實(shí)驗(yàn)和理論分析，得到了最佳配碳量為92％-96％，即負(fù)碳配方。采用特殊的電弧爐操作電參數(shù)。電弧爐的操作過程中，電參數(shù)是隨反應(yīng)的原料、產(chǎn)物不同而改變。鋁硅合金生產(chǎn)中需要爐內(nèi)溫度高、能量集中、爐底熱，因此特定的電參數(shù)是大電流、低電壓。
本發(fā)明的電熱法生產(chǎn)鋁硅合金則可以將礦石在電弧爐內(nèi)直接熔煉成含鋁30％～65％的粗鋁硅合金。電熱法生產(chǎn)鋁硅合金是一種新的煉鋁方法，它和現(xiàn)行的電解法煉鋁相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)1、能量利用率高。電解法是平面反應(yīng)，每平方米陰極日產(chǎn)鋁不過40kg，能量利用率只有40～48％。而電熱法是在礦熱電弧爐中進(jìn)行的立體反應(yīng)，電能利用率可達(dá)80％以上；2、固定資產(chǎn)投資少。電熱法使用電弧爐，一臺(tái)1800kW電弧爐的生產(chǎn)能力相當(dāng)于7臺(tái)60kA鋁電解槽的生產(chǎn)能力。電熱法的基建投資僅是電解法的30％左右；3、生產(chǎn)成本低。電解法從礦石制取氧化鋁，再進(jìn)行電解，生產(chǎn)流程長，成本高。電熱法直接由礦石一步制取鋁硅合金，生產(chǎn)流程短，可降低生產(chǎn)成本40％以上；4、可以合理利用資源，減少環(huán)境污染。電解法生產(chǎn)鋁中間的氧化鋁生產(chǎn)必須采用高品位的鋁礬土，并耗用大量水資源，造成環(huán)境污染。電熱法生產(chǎn)鋁硅合金可以用常見的不同品位的鋁礬土、高嶺土、粘土和藍(lán)晶石等礦物，冶煉過程為無渣反應(yīng)，利于環(huán)保和資源合理使用。
本工藝還可以生產(chǎn)以鋁硅為主的其它合金，例如鋁硅鐵合金。
采用100KW直流電弧爐，爐上部電極為直徑100mm石墨電極。原料為藍(lán)晶石、硅石(爐料中含50％Al2O3)，煙煤和石油焦為還原劑。操作電壓為30～40V，電流為1 500～1 800A。每隔4小時(shí)燒開一次爐眼，制得含鋁50％～60％的鋁硅合金，鐵含量為0.5％左右。
2煙煤冶煉鋁硅合金主要還原劑為煙煤。
3石油焦冶煉過程中還原劑之一。
4氧化鋁用以調(diào)整氧化鋁和氧化硅配比。
5紙漿廢液原料制團(tuán)粘合劑。采用造紙廠的酸法紙漿廢液(稱紅液)。表1和表2分別列出了各種原料的組分含量。表1 原料中的水分、揮發(fā)分和灰分含量水分/％揮發(fā)分/％灰分/％高嶺土 0.599.35煙煤4.128.0 7.5石油焦 0.511.5 0.0氧化鋁 0.299.75紙漿廢液52.0 38.6 9.55表2 原料中礦物含量Al2O3/％ SiO2/％ Fe2O3/％ CaO/％ TiO2/％ MgO/％高嶺土 47.649.4 1.240.07 1.30 0.10氧化鋁 99.6- - - - -煙煤灰 27.954.2 7.1 3.54 - -紙漿灰 0.761.40 0.5458.0 - 10.0制團(tuán)配料表原料 配入量/kg高嶺土100.0氧化鋁5.11煙煤 64.5-68.8石油焦17.8-20.5紙漿廢液 12.1水11.6電弧爐電參數(shù)電弧爐電壓45-55V電弧爐電流25 000-35 000A以附圖所示流程生產(chǎn)出含鋁50％～60％的粗鋁硅合金。
權(quán)利要求
1.一種用直流電弧爐生產(chǎn)鋁硅合金的方法，其特征在于采用直流礦熱電弧爐，石墨電極或經(jīng)焙燒的炭素電極為爐上部電極，以鋁土礦、鋁礬土、藍(lán)晶石和硅石為原料，以煙煤和石油焦為還原劑，按比例配料后均勻混合、制團(tuán)、將團(tuán)塊加入直流電弧爐中進(jìn)行還原反應(yīng)，冶煉出粗鋁硅合金；其工藝步驟為磨粉，將原料煙煤和石油焦按比例一起磨或使粒度小于0.6mm的粉料；混料將煙煤、石油焦粉與鋁礬土粉＜0.6mm、硅石粉＜0.6mm按一定比例配料，加入一定量的粘結(jié)劑和水，全部物料在混料機(jī)中均勻混合；制團(tuán)，混合好的物料在制團(tuán)機(jī)中制成球團(tuán)，制團(tuán)壓力為20～25MPa；烘干，將制好的球團(tuán)烘干脫水，要求水減少到1.0％；還原，將干燥后的球團(tuán)加入直流電弧爐中進(jìn)行還原反應(yīng)；精煉，在抬包中精煉除渣，在抬包中加入一些食鹽做覆蓋劑，同時(shí)加入稻草、稻殼；鑄錠，除渣后鑄錠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電弧爐生產(chǎn)鋁硅合金的方法，其特征在于所說的制團(tuán)是采用負(fù)碳配方，其最佳配碳量為完全反應(yīng)理論需要碳量的92％～96％。
3.根據(jù)權(quán)力要求1所述的工藝方法，其特征在于采用直流礦熱電弧爐生產(chǎn)含鋁量為30％～65％的粗鋁硅合金、鋁硅鐵合金、以及以鋁硅為基的其它合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電弧爐生產(chǎn)鋁硅合金的方法，其特征在于直流電弧爐采用了大電流、低電壓的操作參數(shù)。
全文摘要
一種用直流電弧爐生產(chǎn)鋁硅合金的方法,采用單相直流礦熱電弧爐,選用單根石墨電極或經(jīng)焙燒的碳素電極,以含鋁硅礦物為原料,以煙煤和石油焦作為還原劑,經(jīng)過磨粉、混料、制團(tuán)、烘干等工序進(jìn)入電弧爐還原,然后精練鑄錠,本發(fā)明可以將礦石在電弧爐內(nèi)直接熔煉成含鋁30%～65%的粗鋁硅合金(包括鋁硅鐵合金等),具有能量利用率高,固定投資少,生產(chǎn)成本低,合理利用資源,減少環(huán)境污染等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C22B4/00GK1320714SQ0110620
公開日2001年11月7日 申請(qǐng)日期2001年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月27日
發(fā)明者姚廣春, 孫挺, 張曉明, 王貴民, 劉宜漢 申請(qǐng)人:東北大學(xué)