專(zhuān)利名稱(chēng)：碳熱還原氟碳鈰礦制取稀土硅鐵合金的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳熱還原氟碳鈰礦制取稀土硅鐵合金的工藝，屬于冶煉技術(shù)，特別適于在礦熱爐中，以碳熱還原氟碳鈰礦精礦生產(chǎn)含有25-45%稀土金屬(REM)的稀土硅鐵合金。
眾所周知稀土金屬及稀土硅鐵合金，已被廣泛用于鋼和鐵的生產(chǎn)中，并能改善和提高鋼的機(jī)械性能和工藝性能，但是由于稀土金屬價(jià)格昂貴且不易加入鋼中，所以對(duì)鋼的處理多使用價(jià)格低廉的稀土硅鐵合金，然而其生產(chǎn)方法主要有電硅熱原法和碳熱還原法兩種。以往我國(guó)全部采用在電弧爐中硅熱還原法進(jìn)行冶煉，用FeSi75作還原劑，以氟碳鈰精礦、稀土精礦富渣或中貧鐵礦高爐脫鐵脫磷富稀土渣為稀土原料，這種方法冶煉的每噸稀土硅鐵合金(含30%REM)的電耗高排渣量大、稀土回收率低、合金中鈣雜質(zhì)含量高;于1975年國(guó)內(nèi)曾有人用稀土精礦渣和稀土富渣，在1800KW礦熱爐中進(jìn)行過(guò)碳熱還原的試驗(yàn)工作，但由于采用常規(guī)的碳熱還原工藝，致使?fàn)t底嚴(yán)重結(jié)瘤、冶煉周期短、合金粉化、稀土收率低、排渣量大合金品位低、爐底溫度降低等一系列問(wèn)題沒(méi)得到解決，而中止了試驗(yàn)工作。盡管如此，國(guó)內(nèi)前期在礦熱爐中生產(chǎn)稀土硅鐵合金的試驗(yàn)也是一種有益的嘗試。近二十年來(lái)在美國(guó)、蘇聯(lián)也進(jìn)行了這方面的研究，而且有一定的進(jìn)展，如美國(guó)福特礦物公司從六十年代初期開(kāi)始研究用碳直接還原稀土精礦制取稀土合金的可能性，并于1977年申請(qǐng)專(zhuān)利U.S.Patent4018597，該公司使用高品位氟碳鈰礦精礦、碳酸鋇、碳酸鍶、鐵和硅石作原料，在礦熱爐中碳還原制取含有鈣、鍶和鋇的稀土硅鐵合金。由于其工藝中配料采用的碳還劑過(guò)理論需要量的50%。必然導(dǎo)致粘渣從爐中排出和爐底結(jié)瘤上漲，爐況惡化和縮短爐子的連續(xù)生產(chǎn)周期及其合金粉化;蘇聯(lián)則是采用較純的稀土氧化物在1600KW礦熱爐中進(jìn)行中試，并沒(méi)有真正進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，同時(shí)用純稀土化合物進(jìn)行稀土硅鐵合金的生產(chǎn)，從經(jīng)濟(jì)角度考慮是沒(méi)有生命力的，基于上述原因稀土硅鐵合金的冶煉方法有進(jìn)一步改進(jìn)的必要。
本發(fā)明的目的在于提供一種利用稍加處理的礦熱爐、廉價(jià)原料，其合金成分均勻、不夾渣、不粉化、稀土回收率高、防止?fàn)t底碳化物生成和集結(jié)，達(dá)到爐況順行、爐底無(wú)明顯上漲、無(wú)渣熔煉的效果，并能降低每噸合金電耗的碳熱還原氟碳鈰礦制取稀土硅鐵合金的工藝方法。
本發(fā)明的發(fā)明思想是二氧化硅被碳還原為硅、一氧化硅稀土化合物碳化生成稀土碳化物，進(jìn)而被一氧化硅還原為稀土金屬，再進(jìn)一步與還原出的硅相結(jié)合生成RE-Si合金。通過(guò)優(yōu)先強(qiáng)化經(jīng)焙燒的氟碳鈰礦中稀土的碳化過(guò)程;提高假爐襯的絕緣性能;使用較低的操作電壓和較高的極心圓功率密度;冶煉過(guò)程中虧碳操作等主要工藝過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的。
本發(fā)明的工藝步驟是1、將含有55-65%REO的氟碳鈰稀土精礦(REFCO)在550-750℃溫度下焙燒1-1.5小時(shí)，干礦灼減率在12-15%，即符合制團(tuán)要求;
2、經(jīng)焙燒后的稀土精礦與碳質(zhì)還原劑、粘結(jié)劑，在壓力大于17Mpa的對(duì)輥造球機(jī)中造球，其加入量為稀土全部轉(zhuǎn)變?yōu)镽EC2所需理論碳量的1-3倍，球徑30-50mm;
3、配料將稀土球團(tuán)、硅石、碳質(zhì)還原劑按如下原則配制批料，均勻入爐，其稀土金屬與硅的比率為0.3-0.6，碳質(zhì)還原劑的配入量為還原稀土和硅理論需要量的0.9-1.0倍;
4、將配制好的批料均勻入礦熱爐進(jìn)行冶煉，開(kāi)爐初期隨著加料的同時(shí)，用硅石在爐壁內(nèi)側(cè)堆砌150-200mm厚的假爐襯，并在如下供電系統(tǒng)下進(jìn)行，爐子極心圓功率密度為1400-2000A/M2，二次電流與二次電壓比應(yīng)大于300，每隔兩小時(shí)放出合金一次入中間包，經(jīng)靜置5分鐘，澆入鑄鐵錠模中。
所述的碳質(zhì)還原劑是木炭(木塊)、焦碳，木炭與焦碳的比率為0.2-0.4，也可以只用焦碳。
所述的焦碳是冶金焦、煤氣焦和石油焦。
下面通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容例1用主要化學(xué)成分為∑REO55-65%、BaO＜8%、F＝5-7%的氟碳鈰型稀土精礦在反射爐或隧道窯或回轉(zhuǎn)窯中，550-750℃下進(jìn)行焙燒，1-1.5小時(shí)，干礦灼減量在12-15%、焙燒后的稀土精礦中REO含量達(dá)65-70%，將焙燒礦按以下三種方案進(jìn)行配料制團(tuán)Ⅰ)焙燒礦200公斤、木炭粉20公斤、煤氣焦粉30公斤、水玻璃(40%)40公斤，經(jīng)攪拌混合均勻，然后在對(duì)輥式造球機(jī)中以大于17MPa壓力造球，其球徑為50mm左右，自然干燥或烘干備用;
Ⅱ)焙燒礦200公斤、木炭粉60公斤、煤氣焦粉70公斤、水玻璃(40%)33公斤，用與(Ⅰ)的同樣工藝進(jìn)行混合造球，其配碳為理論值的2倍，球徑約30mm左右;
Ⅲ)焙燒礦200公斤、冶金焦粉29公斤、木炭粉23公斤、紙漿廢液(比重1.8)32公斤，按上述同樣方法混合、造球、球徑為40mm左右。
取批配比稀土球團(tuán)(Ⅱ)137公斤、硅石(SiO2＞98%)塊度為25-80mm其中40-50mm應(yīng)占50%左右200公斤、煤氣焦(固定碳≥80%)粒度在3-8mm65公斤、木炭(固定碳≥70%)塊度3-50mm，小于10mm不大于20%，20公斤，混合均勻入3000KW的礦熱爐，該礦熱爐的極心圓直徑φ1520mm，自焙電極直徑φ630mm，在冶煉初期，隨著將上述爐料均勻入爐的同時(shí)，用硅石在爐缸壁內(nèi)側(cè)堆砌150-200mm厚的假爐襯，配料中稀土金屬與硅的比值為0.46，操作電壓84伏，一次側(cè)電流200-210A、一次側(cè)電壓10000伏，電極插入爐料深度900-1100mm，料面狀況良好、不結(jié)塊、冒火均勻，塌料、搗料容易，間隔兩小時(shí)放出合金一次，流入中間包，靜置5分鐘澆入鑄鐵錠模中。每?jī)尚r(shí)加料量為4批。
例2用與例1相同的礦熱爐及操作工藝，采用例1中(Ⅰ)的稀土球團(tuán)，按以下批料配比進(jìn)行冶煉稀土球(Ⅰ)107公斤、煤氣焦86公斤、木炭19公斤、硅石200公斤。
例3以4150KW的礦熱爐，同樣在爐料均勻入爐的同時(shí)用硅石堆砌假爐襯、極心圓直徑為φ1750mm，自焙電極直徑4630mm，取例1中(Ⅲ)的稀土球團(tuán)按以下批料配比進(jìn)行混合入爐冶煉。
硅石200公斤冶金焦(固定碳≥84%)粒度3-8mm中等粒度應(yīng)占50%)73公斤木炭19公斤稀土團(tuán)(Ⅲ)95公斤配料中稀土金屬與硅的比值為0.43。
在操作電壓85伏一次側(cè)電流200-210A，一次側(cè)電壓10000伏條件下進(jìn)行冶煉，電極插入深度900-1100mm料面透氣性良好、塌料均勻。間隔1.5小時(shí)放出合金一次，合金流入中間包，經(jīng)靜置后澆入鑄鐵錠模，必要時(shí)可以在出爐前半小時(shí)從靠近出鐵口的電極根部加入適量的廢鋼。
用本發(fā)明方法冶煉的稀土硅鐵合金經(jīng)化學(xué)分析的化學(xué)成分為REM25-45%、Si45-65%、Ca＜1.5%、Fe5-10%、Ti＜0.2%、Al＜1.5%。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，由采用了優(yōu)先強(qiáng)化經(jīng)焙燒的氟碳鈰礦中稀土的碳化過(guò)程、提高假爐襯的絕緣性能、使用較低的操作電壓和較高的極心圓功率密度使?fàn)t底溫度集中及冶煉過(guò)程中虧碳操作等一系列的技術(shù)措施，并通過(guò)一個(gè)月的試驗(yàn)證明有原料價(jià)格便宜、合金成分均勻、無(wú)夾渣、不粉化、稀土還原進(jìn)入合金的收率大于95%、每基準(zhǔn)噸(含30%REM)稀土硅鐵合金電耗低于10000KWh、無(wú)渣熔煉、爐底無(wú)明顯上漲、達(dá)到爐況順行等優(yōu)點(diǎn)，為進(jìn)一步工業(yè)實(shí)施提供可靠工藝。
權(quán)利要求
1.一種碳熱還原氟碳鈰礦制取稀土硅鐵合金的工藝，其特征在于工藝步驟是1)將含有55-65%REO的氟碳鈰稀土精礦(REFCO3)，在550℃-750℃溫度下焙燒1-1.5小時(shí)，干礦灼減率在12-15%即符合制團(tuán)要求；2)經(jīng)焙燒后的稀土精礦與碳質(zhì)還原劑、粘結(jié)劑在壓力大于17Mpa的造球機(jī)中造球，其加入量為稀土全部轉(zhuǎn)變?yōu)镽EC2所需理論碳量的1-3倍，球徑30-50mm；3)配料將稀土球團(tuán)、硅石、碳質(zhì)還原劑按如下原則配料，均勻入爐，其稀土金屬與硅的比率為0.3-0.6，碳質(zhì)還原劑的配入量為還原稀土、硅理論需要量的0.9-1.0倍；4)將配制好的批料均勻入礦熱爐進(jìn)行冶煉，開(kāi)爐前隨著加料的同時(shí)用硅石在爐壁內(nèi)側(cè)堆砌150-200mm厚的假爐襯，并在如下供電系統(tǒng)條件下進(jìn)行，爐子極心圓功率密度為1400-2000A/M2，二次電流與二次電壓比應(yīng)大于300，每隔兩小時(shí)放出合金一次入中間包，經(jīng)靜置5分鐘，澆入鑄鐵錠模中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于所述的碳質(zhì)還原劑是焦碳與木炭(木塊)，其木炭與焦碳的比率為0.2-0.4，也可以只用焦碳。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于所述的焦碳是冶金焦、煤氣焦和石油焦。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種碳熱還原氟碳鈰礦制取稀土硅鐵合金的工藝方法，其主要工藝過(guò)程是將氟碳鈰精礦在550—750℃焙燒，然后在過(guò)量碳質(zhì)還原劑條件下造球；以稀土球團(tuán)、硅石、木炭、焦碳按如下原則配制批料，其稀土金屬與硅的比率為0.3—0.6，碳質(zhì)還原劑的量為理論值的0.9—1.0倍，均勻入礦熱爐，開(kāi)爐初期在入料的同時(shí)用硅石造假爐襯并在爐子極心圓功率密度1400—2000A/M
文檔編號(hào)C22C1/02GK1071205SQ92109998
公開(kāi)日1993年4月21日 申請(qǐng)日期1992年10月27日 優(yōu)先權(quán)日1992年10月27日
發(fā)明者張成祥, 任存治, 李春材, 涂干峰, 金美惠 申請(qǐng)人:東北工學(xué)院