专利名称：用矿热炉生产低氧化镁稀土钙镁硅铁合金的冶炼工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于合金冶炼工艺，具体涉及一种用矿热炉采用一步法生产低氧化镁稀土钙镁硅铁合金的冶炼工艺。
背景技术：
稀土钙镁硅铁合金在冶金、铸造行业作为球化剂使用，是生产球墨铸铁、蠕墨铸铁及一些特殊铸铁的重要原材料之一。在铸造产品生产中，加入适量的稀土钙镁硅铁合金能改变其金相组织，增加韧性及耐磨性，提高抗拉、抗压、抗弯等综合机械性能。
目前生产稀土钙镁硅铁合金都是采用三步法，即先采用矿热炉生产硅铁、硅钙、硅钡等硅系合金，再采用电弧炉生产稀土硅铁合金，然后配入金属镁或其它稀有金属，在中频感应电炉中重熔。由于该工艺存在生产工序多，能耗高，镁的利用率低，氧化镁含量高，产品质量不稳定，设备投资大等不足，为解决这些问题，目前科研人员一直在不断探索新的生产工艺。现在已有生产厂家采用先在电弧炉内生产稀土硅铁合金，然后在炉外合金包内压镁制取稀土镁硅铁合金。该工艺依然需要由矿热炉生产的硅铁合金作电弧炉冶炼稀土的还原剂，将原有的由矿热炉、电弧炉和中频感应炉生产改进为矿热炉和电弧炉生产，其冶炼工艺过程仍显复杂，不能解决采用三步法生产稀土钙镁硅铁合金所存在的不足。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是冶炼过程中不需要用中间合金进行配料重熔，提供一种采用一步法生产低氧化镁稀土钙镁硅铁合金的冶炼工艺。其目的之一是能够准确控制有效元素及氧化镁含量、提高镁的利用率；目的之二是减少生产设备和简化工艺过程，减轻对环境的污染；目的之三是提高产品质量，降低生产成本。
本发明根据产品所需的化学成分进行配料，依据矿热炉的容量和产品操作电阻对二次电压、电流、温度等参数进行设定。
采用矿热炉生产低氧化镁稀土钙镁硅铁合金，其冶炼工艺如下将原料硅石0.8-1.2t、稀土精矿0.03-0.3t、焦炭0.6-0.8t、钢屑0.4-0.6t按照重量配比混合均匀，连续加入矿热炉内，通过自焙电极将电流导入炉内熔化炉料，二次电压设定为 操作电阻控制在3.2～4.5mΩ；10-15分钟后随着炉料的下沉，将氧化钙0.02-0.06t与焦炭0.01-0.05t混合后加到电极根部，经过1.5-2.5小时的冶炼，液态合金经出铁口流入合金包；将金属镁锭压入合金包内，每吨合金加入金属镁50-80kg，金属镁与包内的合金在氮气保护下进行反应，反应温度控制在1250-1450℃，时间控制在80～120s，反应后即得低氧化镁稀土钙镁硅铁合金，合金中氧化镁含量≤0.5％。
若需在稀土钙镁硅铁合金中加入微量元素，按照工艺要求将微量元素随上述原料一同加入矿热炉内，微量元素的加入量为0.01-0.03t。
上述稀土精矿制成稀土精矿球，与其它原料按重量配比加入矿热炉。
采用矿热炉直接冶炼稀土钙镁硅铁合金，其反应过程比较复杂。FeSi的反应与普通硅铁生产相同，而RE和Ca的还原反应主要采用以下方法进行1、由于REO和CaO均容易形成熔渣，增加了还原难度，本发明通过科学的入炉原料配伍及加入方法，尽量避免和减少生成熔渣，使熔炼温度得到进一步提高后实现无渣反应。
2、采用局部多炭操作，增加炭化物生成，利用“炭化物”改变合金生成的还原路线，降低合金生成难度。其主要反应原理如下T开＝1800℃T开＝1107℃T开＝1684℃T开＝1638℃3、原料中铁屑含量的提高，可以控制炉底生瘤，维持正常炉况，延长生产周期。
提高镁的利用率及降低氧化镁的含量，主要采用以下方法1、控制压镁的合金温度，确保其成分均匀和降低镁的烧损，使金属镁与合金反应充分，操作安全可靠。
2、在控制好合金主要成分含量(Si48-51％)的情况下进行压镁，可减少镁的烧损和喷溅，以提高镁的利用率。
3、采用氮气保护进行压镁反应，可有效降低氧化镁的产生。
本发明采用一步法在矿热炉内生产低氧化镁稀土钙镁硅铁合金，与现有技术相比，具有设备投资少、占地面积小、生产周期短、综合成本低等特点。而且，由于生产设备的减少和工艺过程的简化，极大地减轻了对环境的污染。在保证产品质量的前提下，比原有同类产品的制造成本降低16-22％。生产过程中采用氮气保护压镁，使镁的利用率提高、氧化镁含量显著降低。使用该工艺生产的低氧化镁稀土钙镁硅铁合金能有效改善球化处理效果，提高球墨铸铁产品的质量。
具体实施例方式
实施例1采用3200KVA的矿热炉生产Mg6-1低氧化镁稀土钙镁硅铁合金。
其产品的主要成分要求为RE0.9-1.1％、Ca1.0-1.2％、Mg6.0-6.2％、Si44-48％、MgO≤0.5％、Al≤1.25％，余量为Fe。
其冶炼工艺如下将原料硅石1.1t、稀土精矿球0.024t、焦炭0.68t、钢屑0.55t按照重量配比混合均匀，连续加入矿热炉内，电压控制在86-90V，电流控制在24500-25500A，10-15分钟后随着炉料的下沉，将氧化钙0.03t与焦炭0.01t混合后加到电极根部，经过2小时的冶炼，液态合金经出铁口流入合金包，出炉合金约1.1-1.2t；将80kg金属镁锭压入合金包内，金属镁与包内的合金在氮气保护下进行反应，反应温度控制在1250-1450℃，时间控制在80～100s，反应后即得Mg6-1低氧化镁稀土钙镁硅铁合金，注锭后按照产品要求进行破碎。
经检验，各项技术指标均符合产品质量技术要求。
实施例2采用3200KVA的矿热炉生产Mg5.5-2-2低氧化镁稀土钙镁硅铁合金。
其产品的主要成分要求为RE1.9-2.1％、Ca1.9-2.1％、Mg5.3-5.7％、Si44-48％、MgO≤0.5％、Al≤1.5％，余量为Fe。
其冶炼工艺如下将原料硅石1.1t、稀土精矿球0.12t、焦炭0.70t、钢屑0.53t按照重量配比混合均匀，连续加入矿热炉内，电压控制在80-88V，电流控制在24500-25500A，10-15分钟后随着炉料的下沉，将氧化钙0.05t与焦炭0.03t混合后加到电极根部，经过2.5小时的冶炼，液态合金经出铁口流入合金包，出炉合金约1.2-1.3t；将80kg金属镁锭压入合金包内，金属镁与包内的合金在氮气保护下进行反应，反应温度控制在1250-1450℃，时间控制在90～110s，反应后即得Mg5.5-2-2低氧化镁稀土钙镁硅铁合金，注锭后按照产品要求进行破碎。
经检验，各项技术指标均符合产品质量技术要求。
实施例3采用3200KVA的矿热炉生产Mg6-1Ba低氧化镁稀土钙镁硅铁合金。
其产品的主要成分要求为RE1.2-1.5％、Ca0.8-1.1％、Mg5.75-6.25％、Si44-48％、Ba0.4-0.6、MgO≤0.5％、Al≤1.1％，余量为Fe。
其冶炼工艺如下将原料硅石1.1t、稀土精矿球0.035t、焦炭0.69t、钢屑0.53t按照重量配比混合均匀，连续加入矿热炉内，电压控制在86-88V，电流控制在24500-25500A，10-15分钟后随着炉料的下沉，将氧化钙0.03t、硫酸钡0.01t与焦炭0.03t混合后加到电极根部，经过1.8小时的冶炼，液态合金经出铁口流入合金包，出炉合金约1.0-1.1t；将68kg金属镁锭压入合金包内，金属镁与包内的合金在氮气保护下进行反应，反应温度控制在1250-1450℃，时间控制在100～120s，反应后即得Mg6-1Ba低氧化镁稀土钙镁硅铁合金，注锭后按照产品要求进行破碎。
经检验，各项技术指标均符合产品质量技术要求。
上述产品的冶金还原剂焦炭采用半焦，生产过程中可用煤、木质素或冶金焦末替代半焦作还原剂。
上述原料钢屑中可加入30-60％的氧化铁皮。
本发明的冶炼工艺适合于2000-25000KVA的矿热炉，通过原料的不同配比、冶炼工艺参数的调整即可生产出系列低氧化镁稀土钙镁硅铁合金产品。
权利要求
1.一种用矿热炉生产低氧化镁稀土钙镁硅铁合金的冶炼工艺，其特征在于将原料硅石0.8-1.2t、稀土精矿0.03-0.3t、焦炭0.6-0.8t、钢屑0.4-0.6t按照重量配比混合均匀，连续加入矿热炉内，通过自焙电极将电流导入炉内熔化炉料，二次电压设定为 操作电阻控制在3.2～4.5mΩ；10-15分钟后随着炉料的下沉，将氧化钙0.02-0.06t与焦炭0.01-0.05t混合后加到电极根部，经过1.5-2.5小时的冶炼，液态合金经出铁口流入合金包；将金属镁锭压入合金包内，每吨合金加入金属镁50-80kg，金属镁与包内的合金在氮气保护下进行反应，反应温度控制在1250-1450℃，时间控制在80～120s，反应后即得低氧化镁稀土钙镁硅铁合金，合金中氧化镁含量≤0.5％。
2.根据权利要求1所述的低氧化镁稀土钙镁硅铁合金的冶炼工艺，其特征在于微量元素随上述原料一同加入矿热炉内，微量元素的加入量为0.01-0.03t。
3.根据权利要求1所述的低氧化镁稀土钙镁硅铁合金的冶炼工艺，其特征在于上述稀土精矿制成稀土精矿球，与其它原料按重量配比加入矿热炉。
4.根据权利要求1所述的低氧化镁稀土钙镁硅铁合金的冶炼工艺，其特征在于上述冶金还原剂焦炭采用半焦。
5.根据权利要求1所述的低氧化镁稀土钙镁硅铁合金的冶炼工艺，其特征在于上述还原剂采用半焦、煤、木质素或冶金焦末。
6.根据权利要求1所述的低氧化镁稀土钙镁硅铁合金的冶炼工艺，其特征在于上述钢屑中加入30-60％的氧化铁皮。
全文摘要
一种用矿热炉生产低氧化镁稀土钙镁硅铁合金的冶炼工艺，将原料硅石、稀土精矿、焦炭、钢屑按照重量配比混合均匀，连续加入矿热炉内，在设定的二次电压和操作电阻控制下进行冶炼，随着炉料的下沉，将氧化钙与焦炭混合后加到电极根部，经过1.5－2.5小时的冶炼，液态合金经出铁口流入合金包；将金属镁锭压入合金包内，在氮气保护下进行反应，反应后即得低氧化镁稀土钙镁硅铁合金，合金中氧化镁含量≤0.5％。本发明采用一步法生产低氧化镁稀土钙镁硅铁合金，具有设备投资少、占地面积小、生产周期短、综合成本低等特点。使用该工艺生产的低氧化镁稀土钙镁硅铁合金能有效改善球化处理效果，提高球墨铸铁产品的质量。
文档编号C22C1/02GK1546693SQ20031012364
公开日2004年11月17日 申请日期2003年12月16日 优先权日2003年12月16日
发明者郭成会 申请人:郭成会