专利名称：直流电弧炉生产铝硅合金的方法
技术领域：
本发明属于冶金技术领域。
目前我国硅铝合金的生产都是采用对掺法。即用金属铝和金属硅经过重熔、按比例熔融混合制得。而金属铝的生产采用电解法。电解法生产金属铝须经过氧化铝生产和氧化铝熔融电解两个主要过程，从矿石到金属铝，生产流程长，耗能多，原料要求的品位高，生产过程对环境影响大。
目前只有原苏联采用电弧炉技术生产铝硅合金，他们采用功率为16 500kVA以上的大型三相交流电弧炉。其工艺存在如下不足之处(1)采用三相交流电弧炉生产铝硅合金，电弧炉的功率必须在10 000kVA以上，炉底的能量密度才能满足生产铝硅合金的需要，最合适的功率是在16 500kVA以上。
如果采用功率在10 000kVA以下的三相交流电弧炉，冶炼含铝量为30％以下的铝硅合金是可行的，但是若生产含铝量达到40％～60％的铝硅合金，便会发生料面塌落，炉底上涨，炉眼不能烧通，铝硅合金液体不能流出，生产不能连续进行。功率在10 000kVA以下的三相交流电弧炉因炉底能量密度低，不能满足生产含铝量为40％～60％铝硅合金的需要。因此，现行工艺不适于采用功率为10 000kVA以下电弧炉的中、小规模的生产。
(2)现行工艺采用16 500kVA大型三相交流矿热电弧炉，每台炉有三根直径为1.2m左右的自焙炭电极，电极外侧为铁制壳体，壳体内焊有很多的铁制肋片。在冶炼过程中随着自焙电极的消耗，这些铁制的电极壳体和肋片全部熔化入铝硅合金产品中，由此造成铝硅合金中的铁含量为2％左右。铁是铝硅合金产品的主要有害杂质，国标对含铁杂质的限制很严格。因此，现行工艺不能生产含铁量低的高质量铝硅合金产品。
本发明采用单相直流电弧炉生产铝硅合金。炉上部采用一根电极，为阴极，炉底为阳极，上部电极直接对炉底产生电弧。另外，电流全部流经炉底和炉底发生阳极表面效应，使直流电弧炉的炉底能量密度高，可以抑制因炉底温度不足导致的炉底上涨。对于功率为10000kVA以下，100kVA以上规模的直流电弧炉，都能够满足生产30％～60％铝硅合金的要求。
本发明在采用单相直流电弧炉的同时，炉上部采用一根石墨电极或经过焙烧的炭素电极。采用这样的电极，不再使用铁制壳体和肋片，只要控制原料中铁含量，生产操作上不使铁制工具熔入铝硅合金中，就可以生产出含铁量低的高质量铝硅合金产品。
本发明的目的在于提供一种直接利用铝硅矿物(包括铝土矿、铝矾土、蓝晶石和煤矸石等)，通过制团，用直流电弧炉在特定的电参数条件下，生产含铝30％-65％的粗铝硅合金的方法。
本工艺是以含铝硅矿物为原料，以烟煤和石油焦为还原剂，按比例配料后均匀混合，制团，将团块加入直流电弧炉中进行还原反应，生产铝硅合金。其工艺流程可分为磨粉、混料、制团、烘干、还原、炉外精练等工序。
下面结合附图
和实施例进一步叙述发明的内容。
附图为本发明的工艺流程图。
如图所示将烟煤和石油焦按比例一起磨成粒度小于0.6mm的粉料，把烟煤、石油焦粉与铝矾土粉＜0.6mm、硅石＜0.6mm粉按一定比例配料，再加入一定量的纸浆(粘结剂)和水(使水份达到10％)。全部物料在混料机中均匀混合。混合后的物料在制团机中压制成球团(制团压力为20-25MPa)。
将制好的球团，在干燥机中进行烘干脱水。要求水分由10％减少到1％左右。
干燥后的球团加入直流电弧炉中进行还原反应，其主要反应为
定期(间隔2-3小时)从出铁口放出铝硅合金液体。因合金中含有一定量的非金属杂质，需在抬包中进行精炼除渣。在抬包中加入一些食盐等覆盖剂，同时加入一些稻草、稻壳等，以有利于渣的上浮。除渣后进行铸锭，即得到粗铝硅合金产品。
本发明特点是选用直流电弧炉矿热电弧炉。由于直流电弧炉，电流全部流过炉底，再加上底部“阳极效应”(炉底为阳极)的作用，使炉底部具有足够的热量，保证熔渣不至于冷凝，从而减少炉底上涨的机会。采用直流电弧炉还可以提高功率因数，使功率因数达到0.92以上。选用石墨或经焙烧的碳素材料作电极，减少合金中铁杂质的含量。制团采用负碳配方。利用含铝硅矿物生产铝硅合金，碳是还原剂。碳的加入形式有煤、木碳、石油焦。在电弧炉内的还原反应中，碳量小还原不充分，炉底上涨；碳量大，则生成碳化物，炉底亦上涨。如果以上述反应中碳的剂量为100％，通过实验和理论分析，得到了最佳配碳量为92％-96％，即负碳配方。采用特殊的电弧炉操作电参数。电弧炉的操作过程中，电参数是随反应的原料、产物不同而改变。铝硅合金生产中需要炉内温度高、能量集中、炉底热，因此特定的电参数是大电流、低电压。
本发明的电热法生产铝硅合金则可以将矿石在电弧炉内直接熔炼成含铝30％～65％的粗铝硅合金。电热法生产铝硅合金是一种新的炼铝方法，它和现行的电解法炼铝相比，具有以下优点1、能量利用率高。电解法是平面反应，每平方米阴极日产铝不过40kg，能量利用率只有40～48％。而电热法是在矿热电弧炉中进行的立体反应，电能利用率可达80％以上；2、固定资产投资少。电热法使用电弧炉，一台1800kW电弧炉的生产能力相当于7台60kA铝电解槽的生产能力。电热法的基建投资仅是电解法的30％左右；3、生产成本低。电解法从矿石制取氧化铝，再进行电解，生产流程长，成本高。电热法直接由矿石一步制取铝硅合金，生产流程短，可降低生产成本40％以上；4、可以合理利用资源，减少环境污染。电解法生产铝中间的氧化铝生产必须采用高品位的铝矾土，并耗用大量水资源，造成环境污染。电热法生产铝硅合金可以用常见的不同品位的铝矾土、高岭土、粘土和蓝晶石等矿物，冶炼过程为无渣反应，利于环保和资源合理使用。
本工艺还可以生产以铝硅为主的其它合金，例如铝硅铁合金。
采用100KW直流电弧炉，炉上部电极为直径100mm石墨电极。原料为蓝晶石、硅石(炉料中含50％Al2O3)，烟煤和石油焦为还原剂。操作电压为30～40V，电流为1 500～1 800A。每隔4小时烧开一次炉眼，制得含铝50％～60％的铝硅合金，铁含量为0.5％左右。
2烟煤冶炼铝硅合金主要还原剂为烟煤。
3石油焦冶炼过程中还原剂之一。
4氧化铝用以调整氧化铝和氧化硅配比。
5纸浆废液原料制团粘合剂。采用造纸厂的酸法纸浆废液(称红液)。表1和表2分别列出了各种原料的组分含量。表1 原料中的水分、挥发分和灰分含量水分/％挥发分/％灰分/％高岭土 0.599.35烟煤4.128.0 7.5石油焦 0.511.5 0.0氧化铝 0.299.75纸浆废液52.0 38.6 9.55表2 原料中矿物含量Al2O3/％ SiO2/％ Fe2O3/％ CaO/％ TiO2/％ MgO/％高岭土 47.649.4 1.240.07 1.30 0.10氧化铝 99.6- - - - -烟煤灰 27.954.2 7.1 3.54 - -纸浆灰 0.761.40 0.5458.0 - 10.0制团配料表原料 配入量/kg高岭土100.0氧化铝5.11烟煤 64.5-68.8石油焦17.8-20.5纸浆废液 12.1水11.6电弧炉电参数电弧炉电压45-55V电弧炉电流25 000-35 000A以附图所示流程生产出含铝50％～60％的粗铝硅合金。
权利要求
1.一种用直流电弧炉生产铝硅合金的方法，其特征在于采用直流矿热电弧炉，石墨电极或经焙烧的炭素电极为炉上部电极，以铝土矿、铝矾土、蓝晶石和硅石为原料，以烟煤和石油焦为还原剂，按比例配料后均匀混合、制团、将团块加入直流电弧炉中进行还原反应，冶炼出粗铝硅合金；其工艺步骤为磨粉，将原料烟煤和石油焦按比例一起磨或使粒度小于0.6mm的粉料；混料将烟煤、石油焦粉与铝矾土粉＜0.6mm、硅石粉＜0.6mm按一定比例配料，加入一定量的粘结剂和水，全部物料在混料机中均匀混合；制团，混合好的物料在制团机中制成球团，制团压力为20～25MPa；烘干，将制好的球团烘干脱水，要求水减少到1.0％；还原，将干燥后的球团加入直流电弧炉中进行还原反应；精炼，在抬包中精炼除渣，在抬包中加入一些食盐做覆盖剂，同时加入稻草、稻壳；铸锭，除渣后铸锭。
2.根据权利要求1所述的直流电弧炉生产铝硅合金的方法，其特征在于所说的制团是采用负碳配方，其最佳配碳量为完全反应理论需要碳量的92％～96％。
3.根据权力要求1所述的工艺方法，其特征在于采用直流矿热电弧炉生产含铝量为30％～65％的粗铝硅合金、铝硅铁合金、以及以铝硅为基的其它合金。
4.根据权利要求1所述的直流电弧炉生产铝硅合金的方法，其特征在于直流电弧炉采用了大电流、低电压的操作参数。
全文摘要
一种用直流电弧炉生产铝硅合金的方法,采用单相直流矿热电弧炉,选用单根石墨电极或经焙烧的碳素电极,以含铝硅矿物为原料,以烟煤和石油焦作为还原剂,经过磨粉、混料、制团、烘干等工序进入电弧炉还原,然后精练铸锭,本发明可以将矿石在电弧炉内直接熔炼成含铝30%～65%的粗铝硅合金(包括铝硅铁合金等),具有能量利用率高,固定投资少,生产成本低,合理利用资源,减少环境污染等特点。
文档编号C22B4/00GK1320714SQ0110620
公开日2001年11月7日 申请日期2001年2月27日 优先权日2001年2月27日
发明者姚广春, 孙挺, 张晓明, 王贵民, 刘宜汉 申请人:东北大学