专利名称：生产稀土硅系合金的方法
技术领域：
本发明与稀土硅系合金生产工艺有关，尤其与用矿热炉生产稀土硅系合金的方法有关。
传统的用矿热炉，以碳作还原剂生产稀土硅系合金，由于炉底生成碳化物炉瘤，生产周期在20—30左右就被迫停产。当炉料中含有钢屑时，就会出现崩料现象，使炉底迅速上涨而造成生产困难甚至停产，同时加铁后的产品大量出现粉化现象。用电弧炉生产稀土硅系合金，能耗大，稀土回收率低。
本发明的目的是提供一种工艺简单，调整灵活，转产迅速，节约能源，生产成本低，生产率高，稀土回收高，产品质量好，炉子生产周期长的生产稀土硅系合金的方法。
本发明是这样实现的本发明生产稀土硅系合金的方法，在矿热炉内，以碳质材料作还原剂，以硅石作炉料骨架，将炉内分成数个不同冶炼区域，在稀土还原区加入混合均匀的稀土矿配料，在其它区域加入相应的配料，各种不同的配料在不同的区域分别进行相对独立的物理——化学反应并生成熔液汇入熔池中进一步反应，最终生成稳定的稀土硅系合金。
本发明在矿热炉内分为2—3个不同的冶炼区域，除了稀土冶炼区外，其它冶炼区是硅铁冶炼区硅钡冶炼区、硅钙冶炼区中的一种或两种。
本发明生产稀土硅钙钡铁合金时，矿热炉分成稀土冶炼区，硅钙冶炼区，硅钡冶炼区，生产稀土硅铁合金时，矿热炉分为稀土冶炼区、硅铁冶炼区。
本发明粉状矿物原料加入碳质还原剂和粘结剂在压力下制成压块，压块大小为20—30mm，其中稀土压块中的配碳量为其理论值的0.8—1.0倍，钙块中的配碳量为其理论值的3.2—4.0倍。
本发明稀土还原区的炉料组成为稀土压块，硅石、碳质还原剂，其中RE∶Si＝0.6—1.2，碳质还原剂的加入量为还原REO，SIO2理论量的1.0—1.2倍，硅铁冶炼区的炉料组成与普通硅铁配料相同，硅钙冶炼区的炉料组成为钙压块，硅石，碳质还原剂、碳素钢屑，其中Ca∶Si＝0.1—0.6，还原剂的配入量为还原CaO、SIO2理论值的0.92—0.98倍，硅钡冶炼区的炉料组成除了将钙改为钡外，其配料和参数与硅钙冶炼区相同。
本发明矿热炉的常用二次电压I/U (A/V)大于200，其值随矿热炉容量的增大而相应提高。
本发明炉料分区均匀入炉，冶炼时间为2—4小时，合金出炉后注入铸铁模中。
本发明矿热炉动力学参数由ΔI＝5.0∽7.8，PSB＝390—510，RT＝45—650来确定。
本发明矿热炉与相同容量的硅铁炉相比，炉底和炉墙备厚10—15％，炉膛深15—20％，用2—3mm厚的石墨粉，2—3cm厚的珍珠岩作绝热层炉缸用高铝砖砌筑，且用1∶2的石英砂和电极糊捣打成100—150mm厚的保护层，H炉缸＝0.4—0.5H炉膛；d出口＝0.4—0.5d电极，h出口＝0.8—1.0d电极。
本发明有如下优点1，分区冶炼，调整灵活。
该工艺根据产品结构需要将矿热炉分成2—3个不同的冶炼区域，如稀土冶炼区、硅铁冶炼区、硅钡冶炼区或硅钙冶炼区，使矿热炉可以根据需要生产稀土硅铁、稀土硅钡铁、稀土硅钙钡铁等铁合金产品，同时不同冶炼区的大小可以根据产品结构进行调整。例如生产稀土硅钙钡铁合金可将矿热炉分成稀土冶炼区、硅钙冶炼区、硅钡冶炼区。当需要生产稀土硅铁合金时可将硅钙冶炼区、硅钡冶炼区转成硅铁冶炼区即可。无须进行全面的炉料调整。
2，转产迅速、减少废品，节约转产费用。
由于每种冶炼区相对矿热炉而言都较小，这样便可在6∽12炉次内实现转产，避免了炉料的全面调整而投入大量的转产炉料。一般的矿热炉转产通常需要16∽20炉次，甚至更多的炉次才得以实现。必然减少了废品的产量，节约转产费用。一般而言转产时间减少35∽50％、废品减少30∽40％。从而提高了经济效益。
3，节约能源我国目前稀土硅铁的主要生产方法是在电弧炉内，用硅铁还原稀土矿、石灰造渣的办法来生产的。生产前需用矿热炉生产硅铁。如若生产稀土硅钙钡铁，则需要生产稀土硅铁、硅钙、硅钡，通过中频炉熔兑的办法来实现的。单位产品综合电耗，以稀土硅铁为例，一般在12000∽14000kwh/t，而以本工艺方法生产相同牌号的稀土硅铁一般小于9500kwh/t，节能近25％。
4，稀土回收率高，实现无渣生产通常以电弧炉方法生产的稀土硅铁合金，稀土金属的回收率仅为60％左右，且产品中稀土品位越高，稀土金属回收率越低；铁渣比为1∶1.3∽1.5。本方法生产稀土硅铁，稀土金属收率一般大于92％，且实现无渣化。以年产5000t含稀土30％的稀土硅铁为例，节约稀土(以纯REO计)约1000吨，少产炉渣6000∽7500吨。解决了炉渣堆放及对环境的污染，提高了稀土资源的利用率。
5，解决了炉底结瘤及炉底上涨的难题，合金不粉化。
我国曾在20世纪70年代试图用矿热炉，以碳作还原剂生产稀土硅铁合金，但由于炉底生成碳化物炉瘤，使生产周期在20∽30天左右就被迫停产。90年代出现了矿热炉生产稀土硅铁工艺，但当炉料中含有钢屑时，就会出现炉料情况下沉即所谓的崩料现象，使炉底迅速上涨而造成生产困难甚至停产，同时加铁后的产品大量出现粉化现象。本工艺通过采用炉料的整体不均匀而局部均匀的办法，既分区冶炼也就是联合法，避免了含铁炉料与稀土炉料的接触而发生崩料的机会，同时由于熔池中含有大量的铁使碳化物分解避免了炉瘤的产生，且合金不易粉化。
图1为本发明的工艺流程图。
如下是
具体实施例方式本发明是在特制的矿热炉内，以硅石作炉料骨架、碳质材料作还原剂，在矿热炉内部不同区域中分别加入混合均匀的含有特制稀土原料或其它硅系合金，如硅钡、硅钙或硅铁等炉料。分别进行相对独立的物理—化学反应，且在熔池中进一步反应，最终合成稳定的稀土硅系合金，实现无渣冶炼。本方法适用于稀土硅铁、稀土硅钙，稀土硅钡及稀土硅钙钡系列合金生产。
工艺详述稀土冶炼区生产1、稀土冶炼区是以REO＞50％的稀土精矿物，配以粒度小于1.0mm冶金焦粉，其配入量为还原稀土所需理论量的0.8∽1.0倍，加入部分粘接剂，在大于20MPa的压力下压块成20∽30mm的块度，并在大于80℃的条件下烘干。该区炉料组成为稀土压块、硅石、碳质还原剂，其中RE∶Si＝0.6∽1.2，还原剂的加入量为还原REO、SiO2所需理论值的1.0∽1.2倍。炉料混匀后加入稀土冶炼区。稀土冶炼区的大小可依据产品稀土含量的高低来扩大或缩小。
2、硅钙冶炼区生产硅钙合金是以CaO＞85％的石灰粉，加入其理论量3.0∽4.0倍的冶金焦粉(＜1.0mm)及适量粘接剂，以大于14MPa的压力下压块，并迅速烘干。该区炉料组成为钙块、硅石、碳质还原剂及碳素钢屑，其中Ca∶Si＝0.1∽0.8，配碳量为理论碳量的0.92∽0.98倍。炉料混匀后加入钙冶炼区。
3、硅铁(硅钡)冶炼区生产该区生产与传统工艺相同。
4、供电制度采用I/u(A/V)200来选用二次电压，且矿热炉容量越大I/U也相应增大。
5、原料工艺要求稀土精矿REO＞50％，粒度＜1.5mm。
石灰CaO＞85％，生烧＋过烧＜5％，粒度＜1.0mm；硅石SiO2＞98％，抗爆率＞80％，表面无泥土，块度30∽100mm；碳质还原剂C固＞80％，灰份＜10％，挥发份＜10％用于压块时粒度小于1.0mm，用于炉前粒度3∽10mm大于90％；钢屑全部用碳素钢屑，卷曲长度小于100mm；6、矿热炉动力学参数确定电极截面电流ΔI＝4I/πd2(A/cm2)＝5.0∽7.8炉底功率密度PSB＝4Pη/πd2B(Km/m2)＝390∽510。单位反应区体积功率密度PVT＝Pη/NVT(Km/m3)＝450∽650其中VT＝π/4DP2(hO＋hB)-π/4d2hB式中VT—坩锅体积；dB—炉膛直径；Dp-电极极心园直径hB—电极有效插入深度；hO—电极距炉底距离；n—电极数目；a—电极直径；Pη—矿热炉电效率。
7、炉体砌筑要求按国家标准。炉墙及炉底比相同容量的硅铁电炉厚10∽15％，并在炉体的绝缘层内层加入2—5mm的石墨粉，2—3cm厚的珍珠岩做绝热层；炉膛深度比相同容量的硅铁电炉深15—20％；炉缸不用碳砖而全部用高铝砖砌筑，外用1∶2的石英砂与电极糊捣打100∽150mm的防护层；炉缸高度为炉膛深度的0.4∽0.5倍，高为电极直径的0.8∽1.0倍。
权利要求
1.一种生产稀土硅系合金的方法，其特征在于在矿热炉内，以碳质材料作还原剂，以硅石作炉料骨架，将炉内分成数个不同冶炼区域，在稀土还原区加入混合均匀的稀土矿配料，在其它区域加入相应的配料，各种不同的配料在不同的区域分别进行相对独立的物理——化学反应并生成熔液汇入熔池中进一步反应，最终生成稳定的稀土硅系合金。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在矿热炉内分为2—3个不同的冶炼区域，除了稀土冶炼区外，其它冶炼区是硅铁冶炼区硅钡冶炼区、硅钙冶炼区中的一种或两种。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于生产稀土硅钙钡铁合金时，矿热炉分成稀土冶炼区，硅钙冶炼区，硅钡冶炼区，生产稀土硅铁合金时，矿热炉分为稀土冶炼区、硅铁冶炼区。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于粉状矿物原料加入碳质还原剂和粘结剂在压力下制成压块，压块大小为20—30mm，其中稀土压块中的配碳量为其理论值的0.8—1.0倍，钙压块中的配碳量为其理论值的3.2—4.0倍。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的方法，其特征在于稀土还原区的炉料组成为稀土压块，硅石、碳质还原剂，其中RE∶Si＝0.6—1.2，碳质还原剂的加入量为还原REO，SIO2理论量的1.0—1.2倍，硅铁冶炼区的炉料组成与普通硅铁配料相同，硅钙冶炼区的炉料组成为钙压块，硅石，碳质还原剂、碳素钢屑，其中Ca∶Si＝0.1—0.6，还原剂的配入量为还原CaO、SIO2理论值的0.92—0.98倍，硅钡冶炼区的炉料组成除了将钙改为钡外，其配料和参数与硅钙冶炼区相同。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于矿热炉的常用二次电压I/U大于200，其值随矿热炉容量的增大而相应提高。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于炉料分区均匀入炉，冶炼时间为2—4小时，合金出炉后注入铸铁模中。
8.根据权利要求1或2或3或4或6或7所述的方法，其特征在于矿热炉动力学参数由ΔI＝5.0∽7.8，PSB＝390——510，RT＝45—650来确定。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于矿热炉与相同容量的硅铁炉相比，炉底和炉墙各厚10—15％，炉膛深15—20％，用2—3mm厚的石墨粉，2—3cm厚的珍珠岩作绝热层，炉缸用高铝砖砌筑，且用1∶2的石英砂和电极糊捣打成100—150mm厚的保护层，H炉缸＝0.4—0.5H炉膛；d出口＝0.4—0.5d电极，h出 口＝0.8—1.0d电极。
全文摘要
本发明为一种生产稀土硅系合金的方法。在矿热炉内,以碳质材料作还原剂,以硅石作炉料骨架,将炉内分成数个不同冶炼区域,在稀土还原区加入混合均匀的稀土矿配料,在其它区域加入相应的配料,各种不同的配料在不同的区域分别进行相对独立的物理－化学反应并生成熔液汇入熔池中进一步反应,最终生成稳定的稀土硅系合金。本发明工艺简单,生产成本低,稀土回收率高,产品质量高,矿热炉使用寿命长。
文档编号C22B4/06GK1332256SQ01107180
公开日2002年1月23日 申请日期2001年2月26日 优先权日2001年2月26日
发明者商宝东 申请人:成都润达合金制造有限公司, 商宝东