專利名稱:稀土精礦渣電弧爐冶煉稀土中間合金的制作方法
本發(fā)明是用于鋼鐵添加劑的稀土中間合金，屬于鐵合金冶煉。
冶煉稀土中間合金，過去一直沿用含稀土中貧鐵礦石經(jīng)高爐脫鐵生產(chǎn)中貧礦稀土渣為原料，石灰為造渣熔劑，硅鐵為還原劑，按一定配料比在電弧爐內(nèi)進(jìn)行還原冶煉，制取稀土中間合金。中貧礦稀土渣因含稀土氧化物品位較低(REO10～15%)，故不僅限制了還原劑硅鐵的加入量，生產(chǎn)效率低;而且也使制取的稀土中間合金稀土品位提不高(RE＜30%)。又因冶煉稀土中間合金操作要求在高堿度下進(jìn)行，故還需增加石灰的加入量，這又相應(yīng)地降低了爐渣中稀土氧化物的含量，并使冶煉時(shí)間延長(zhǎng)，電能消耗增高，這給還原冶煉帶來不少困難。若用此渣制取稀土30～33%合金，成品率僅達(dá)到50%，且合金中鈦含量大于1.5%。要想制取稀土大于33%，鈦小于1%的稀土中間合金是不可能的。若用鈦大于1%的稀土中間合金在鋼中做添加劑，由于鈦在鋼中形成細(xì)小的Ti(C、N)化合物，雖能細(xì)化晶粒，但它對(duì)降低脆性轉(zhuǎn)變溫度效果不好，故使用單位都要求降低稀土合金中的鈦含量，一般要求小于1%。
也有人研究用稀土精礦直接入爐冶煉制取稀土中間合金的方法，但由于稀土精礦中不僅含有5～11%的氧化鐵，同時(shí)還含有較高的磷、錳、鈦等礦物，在直接還原冶煉時(shí)，鐵、錳、鈦元素很容易還原進(jìn)入合金中，還不僅消耗大量的還原劑(硅鐵)，降低有效硅的利用率和還原稀土的能力，從而影響到合金中稀土含量提不高。此外，由于較高含量的磷化物存在，導(dǎo)致了稀土中間合金產(chǎn)品的粉化。
還有某些廠家以稀土氧化物為原料，用硅鐵一鋁為還原劑，在電弧爐或感應(yīng)電爐內(nèi)制取稀土中間合金。但這種方法由于稀土原料的費(fèi)用占稀土合金產(chǎn)品成本的80%，因此，經(jīng)濟(jì)效益是不理想的。
本發(fā)明的目的，是采用30～60%稀土精礦渣為原料，經(jīng)濟(jì)有效地制取稀土中間合金，不僅提高了合金的稀土品位，降低了合金中的鈦含量，并解決了合金粉化問題。
發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容稀土中間合金的制取，采用硅熱法還原冶煉。用硅鐵為還原劑。從混合稀土氧化物中還原制取稀土硅鐵合金;加入熔劑石灰，提高爐料堿度，為還原冶煉順利進(jìn)行創(chuàng)造條件。
硅鐵還原稀土氧化物按下式進(jìn)行
在有CaO存在條件下，可使SiO2和CaO生成硅酸鈣，有利于反應(yīng)向右邊進(jìn)行。
按本發(fā)明要求，所用原料應(yīng)具備如下條件稀土精礦渣主要成份稀土氧化物30～60%，氧化鈣15～30%，二氧化硅6～15%，氟6～17%;雜質(zhì)含量符合下列規(guī)定全鐵小于0.5%(氧化鐵折算成鐵量)，二氧化鈦小于0.3%，氧化錳小于0.5%，五氧化二磷小于0.5%;粒度小于150毫米。
其它原料要求為石灰CaO＞85%，塊狀，小于20毫米粒度不超過10%。
硅鐵Si＞72%，粒度50～200毫米。
稀土中間合金冶煉是在電弧爐內(nèi)進(jìn)行的。碳質(zhì)爐襯，石墨電極，爐體固定在可前后傾動(dòng)的弧型架上，電極自動(dòng)升降調(diào)解供電，采用半連續(xù)生產(chǎn)。
稀土中間合金冶煉工藝流程見。
按配料比，首先將稀土精礦渣和石灰混合加入電弧爐內(nèi)，送電熔化。在熔化期間不斷將爐內(nèi)四周的爐料推向高溫區(qū)，待料熔化85%以上時(shí)，再將還原劑硅鐵加入爐內(nèi)，硅鐵熔完，爐溫升至1400℃以上，爐內(nèi)冒出濃煙，熔渣表面呈沸騰狀，并逸出氣泡，立即停電，提起電極，插入攪拌器，通壓縮空氣攪拌。攪拌的目的是增加還原劑與熔渣的界面反應(yīng)，加快反應(yīng)速度，使之充分還原，提高稀土品位。還原到終點(diǎn)，繼續(xù)送電升溫，取液體合金樣，爐前快速分析，品位合格即可出爐。出爐溫度控制在1450℃左右，這樣，爐渣具有良好的流動(dòng)性，保證出爐后合金與廢渣的分離。
制取稀土中間合金的配料與原料中稀土氧化物含量有關(guān)。稀土精礦渣量是按渣中稀土氧化物的實(shí)際含量計(jì)算;還原劑按硅鐵實(shí)際含硅量加入。這里引入一個(gè)渣劑比概念，渣劑比是指稀土精礦渣中的稀土氧化物與還原劑硅的比值(即渣劑比＝REO/Si)。渣劑比決定了冶煉稀土中間合金的品位，渣劑比高，還原劑硅充分被利用，冶煉合金的稀土品位也高;渣劑比值過高，在硅量不足情況下，爐渣中剩余較多的稀土氧化物未被還原出來，致使稀土回收率不高，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也不合理。配加石灰做熔劑，調(diào)整爐渣堿度。爐渣堿度的高低直接影響還原效果，合適的配料堿度能使還原冶煉向著稀土充分還原的方向進(jìn)行。稀土精礦渣中氟含量6～17%，在熔渣中以CaF2形式存在，分析渣中CaO含量，是把所有鈣都按CaO計(jì)，其中包括CaF2的鈣，實(shí)際CaO的有效濃度應(yīng)當(dāng)是分析CaO百分?jǐn)?shù)減去CaF2所相當(dāng)?shù)腃aO的量，即CaO-1.47F。配料自由堿度也是爐料中有效氧化鈣濃度與二氧化硅總量之比，計(jì)算式為自由堿度＝ (CaO-1.47F)/(SiO2)制取不同成份的稀土中間合金，采用下列配料比(1)制取RE30～46%，Si30～40%，Ti＜1.0%的稀土低鈦合金。
渣劑比 (REO)/(Si) ＝1.0～2.1自由堿度 (CaO-1.47F)/(SiO2) ＝4.7～6.2(2)制取RE30～35%，Si30～35%，F(xiàn)e27～35%，Ti＜0.5%的稀土低鈦合金。
渣劑比 (REO)/(Si) ＝1.0～1.3自由堿度 (CaO-1.47F)/(SiO2) ＝5.5～6.3鐵硅比 (Fe)/(Si) ＝0.1～0.2上述配料規(guī)定的鐵硅比(Fe/Si)是指總鐵量與還原劑中硅含量的比值。在保證合金中稀土品位的前提下，增加鐵含量能增大合金比重，對(duì)用作添加劑處理鋼水是有益的。在還原冶煉后加入鐵是較理想的方法，這樣既不會(huì)沖淡還原劑有效硅的含量，又能使稀土充分還原，提高稀土回收率。
(3)制取RE10～25%，Ca7～15%，Si40～60%的稀土鈣合金。
制明高品位稀土合金所獲得的二次渣，仍含有較高的稀土氧化物(REO8～12%)，自由堿度2～2.5，用此渣制取稀土鈣合金，可大大減少石灰加入量，進(jìn)一步回收渣中的稀土，降低合金成本。其配料條件為硅鐵/二次渣＝0.1～0.4
石灰/二次渣＝0.3～0.6以稀土精礦渣為原料，也可穩(wěn)定制取上述稀土鈣合金。其配料條件如下渣劑比 (REO)/(Si) ＝0.2～0.8自由堿度 (CaO-1.47F)/(SiO2) ＝3～5實(shí)施表明，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是解決了過去用中貧礦稀土渣不能制取RE＞30%，Ti＜1%的稀土低鈦合金問題，攻克了稀土精礦冶煉稀土中間合金產(chǎn)品粉化的難關(guān)。用稀土精礦渣能穩(wěn)定制取高稀土低鈦合金;稀土、硅、鐵各為30～35%，Ti＜0.5%的稀土低鈦合金以及稀土鈣合金。本發(fā)明生產(chǎn)穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)便，電能消耗低，合金產(chǎn)率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)合理。
稀土精礦渣冶煉稀土中間合金工藝流程簡(jiǎn)圖說明稀土精礦渣冶煉稀土中間合金一次冶煉，可制取高稀土低鈦合金;稀土、硅、鐵各占三分之一，鈦小于0.5%的稀土低鈦合金;稀土鈣合金。出爐后經(jīng)渣鐵分離，分離后的液體合金注80～150毫米厚的合金錠，冷凝的合金錠精整、破碎，經(jīng)質(zhì)量檢驗(yàn)入庫。制取高稀土低鈦合金，二次渣需經(jīng)二次冶煉，二次冶煉制取稀土鈣合金，二次冶煉的渣鐵分離、合金澆注及精整工序與一次冶煉相同。一次冶煉制取稀土、硅、鐵各占三分之一的稀土低鈦合金和稀土鈣合金的二次渣為廢渣。
實(shí)施例在5噸電弧爐內(nèi)加入REO33%的稀土精礦渣2400公斤，石灰2000公斤，送電熔化，送電制度為電壓127～220伏，電流5000～7000安。爐料熔化85%時(shí)，再加入75硅鐵530公斤，硅鐵熔后，爐溫升至1400℃以上，冒出濃煙，停止送電，通2～5公斤/厘米2壓縮空氣，攪拌3～5分鐘，取樣分析合金成份RE41.80%。出爐后成品分析RE44.55%，Si31.76%，Ca1.80%，Ti0.74%，Mn1.0%。用此爐二次渣3300公斤，石灰1650公斤，75硅鐵700公斤，在5噸電弧爐內(nèi)還原冶煉，還原攪拌5～7分鐘，制取RE20.20%，Si44.85%，Ca7.20%，Ti0.62%，Mn0.78%，的稀土鈣合金。
權(quán)利要求
1.用于鋼鐵添加劑的稀土中間合金，屬于鐵合金冶煉。稀土中間合金是用含稀土中貧鐵礦石經(jīng)高爐脫鐵生產(chǎn)中貧礦稀土渣(含稀土氧化物10～15%)為原料，石灰為造渣熔劑，硅鐵為還原劑，按一定配料比在電弧爐內(nèi)進(jìn)行還原冶煉，制取稀土中間合金。本發(fā)明的特征在于采用含稀土氧化物30～60%的稀土精礦球團(tuán)(或造塊)經(jīng)礦熱爐脫鐵除磷制取稀土精礦渣，以此渣為原料，在電弧爐內(nèi)采用不同的配料比進(jìn)行還原冶煉，制取稀土中間合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的稀土中間合金，其特征在于采用下列配料比渣劑比 (REO)/(Si) ＝1.0～2.1自由堿度 (CaO-1.47F)/(SiO2) ＝4.7～6.2制取稀土30～46%，硅30～40%，鈣1.0～2.5%，鈦小于1.0%，余量為鐵的稀土低鈦合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的稀土中間合金，其特征在于采用下列配料比渣劑比 (REO)/(Si) ＝1.0～1.3自由堿度 (CaO-1.47F)/(SiO2) ＝5.5～6.3鐵硅比 (Fe)/(Si) ＝0.1～0.2制取稀土30～35%，硅30～35%，鐵27～35%，鈦小于0.5%的稀土低鈦合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的稀土中間合金，其特征在于采用制取高稀土合金所獲得的二次渣為原料，配料比為75硅鐵/二次渣＝0.1～0.4石灰/二次渣＝0.3～0.6制取稀土10～25%，鈣7～15%，硅40～60%，余量為鐵的稀土鈣合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的稀土中間合金，其特征在于直接采用稀土精礦渣為原料。按照下列配料比渣劑比 (REO)/(Si) ＝0.2～0.8自由堿度 (CaO-1.47F)/(SiO2) ＝3～5制取稀土10～25%，鈣7～15%，硅40～60%，余量為鐵的稀土鈣合金。
6.一種制取稀土中間合金的工藝改進(jìn)，其特征在于制取稀土低鈦合金時(shí)增加配料中的鐵含量，使配料中鐵硅比值為0.1～0.2。在還原期或還原冶煉后期補(bǔ)加鐵屑或鐵塊，待補(bǔ)加的鐵料熔后，均勻合金化，出爐，渣鐵分離，澆鑄。
專利摘要
稀土精礦渣電弧爐冶煉稀土中間合金，屬于鐵合金冶煉，采用稀土精礦渣電弧爐硅熱法制取高稀土低鈦合金(RE30～46％，Ti＜1％)；稀土、硅、鐵各占三分之一，Ti＜0.5％的稀土低鈦合金和稀土鈣合金。本發(fā)明提高了合金的稀土品位，降低了合金中的鈦含量，攻克了稀土精礦直接冶煉稀土中間合金產(chǎn)品粉化的難關(guān)，且操作簡(jiǎn)便，電能消耗低，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)合理，所得稀土中間合金用作鋼鐵添加劑。
文檔編號(hào)C22C35/00GK85103958SQ85103958
公開日1986年9月3日 申請(qǐng)日期1985年5月23日
發(fā)明者宋煥臣, 趙治州, 張長(zhǎng)命 申請(qǐng)人:包鋼稀土一廠導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan