一种冶炼铝钙铁合金的方法
【专利摘要】本发明公开了一种冶炼铝钙铁合金的方法，属于金属材料冶金【技术领域】。该方法先以石灰(CaO)和碳质还原剂为原料，在矿热炉内生成电石（CaC2），然后再以液态电石(CaC2)、Al2O3、Fe2O3、少量碳质还原剂为原料，在同一矿热护内冶炼铝钙铁合金。用该方法冶炼的铝钙铁合金中各元素的质量百分比分别为：钙35-40%，铝20-25%，其余为铁。该方法生产铝钙铁合金具有能耗低、矿热炉冶炼周期长的特点，同时产品铝钙铁合金用于炼钢脱氧，能够形成低熔点铝酸钙，有利于吸附脱硫产物，提高脱硫率和降低钢水夹杂物含量。
【专利说明】一种冶炼铝耗铁合金的方法
【技术领域】:
[0001]本发明涉及一种冶炼铝钙铁合金的方法，属于金属材料冶金【技术领域】。
【背景技术】:
[0002]为有效地对钢进行脱氧，对钢中非金属夹杂物进行控制、变性和去除，必须按照钢种的要求和炼钢的需求，选择“高纯度、高精度、高功能”的合金，保证炼钢、连铸的顺利进行。对优质钢、合金钢、洁净钢、特种钢的生产，往往采用SiMn、AlMn、SiAlFe、AlFe、Al等对钢进行脱氧操作，从而易造成钢水中较高的Al2O3夹杂和高的残铝量，最后往往需进一步用Ca合金进行Ca处理，若对Al2O3夹杂处理不当，会造成浇注时结瘤、堵水口等后果。直接采用AlCa系列复合合金对钢进行脱氧的同时，能够进行Ca处理，改变Al2O3夹杂物的形态，降低钢中非金属夹杂，提高钢的质量。AlCa复合脱氧剂的脱氧潜力大，能够控制和节约合金用量，降低炼钢成本，从而促进铁合金科技向前发展。
[0003]目前，冶炼铝钙铁合金的方法主要是对掺法，即以“Al粉+纯Ca粉+Fe粉”机械混合物后在电炉中重熔获得，该方法需要纯净的铝和钙金属，不但增加了二次重熔中金属钙的损失，还增加了重熔热耗，工艺过程复杂，成本较高。除此之外，部分研究人员提出了相关改进工艺，如专利申请号201010158375.2炼钢脱氧的铝钙合金，它包括金属铝粒、碳化硅、石灰石、钙渣，炼钢脱氧的铝钙合金中，Al重量百分含量≥18%、Si≥12%、Ca≥10%。该方法制备的铝钙合金中钙含量较低，且没有完全避开采用纯金属原料的缺点，能耗尽管与直接掺杂法相比略低，但整体原料成本依 然较高，合金中含有超过12%的Si，不利于冶炼对硅含量有限制的钢种，应用有一定的局限性。专利申请号201010256500.3用于炼钢的铁包铝钙合金及其制备方法中，为加大铝钙合金的比重，避免直接采用掺杂法生产铝钙铁合金过程烧损严重的现状，采用将铝钙合金用钢板包覆的方法，提高铝钙合金的脱氧效果，但该方法依然是以掺杂法为基础的，并没有从根本上改善铝钙合金的生产方法。
【发明内容】
:
[0004]本发明主要依据高温晶格间C-O反应的原理，实现同一炉内直接冶炼铝钙铁合金。本发明的目的是提供一种能够降低电耗、降低劳动强度、提高炼钢过程脱氧效率的铝钙铁合金，替代目前主要以掺杂法生产铝钙合金的生产工艺。
[0005]本发明的技术方案是这样实现的:首先，在矿热炉炉内以石灰(CaO)与碳质还原剂生成电石(CaC2),其中石灰中CaO含量> 85%，碳质还原剂可选择木炭、烟煤或焦炭，保证产物中CaC2含量> 96%，为提高渣的流动性，配加总渣量8%-15%的CaF2 ;第二步是以液态电石(CaC2)、Al203、Fe203、少量碳质还原剂为原料，在同一矿热护内冶炼铝钙铁合金。
[0006]该发明冶炼铝钙铁合金的主要化学反应式为:
[0007]Ca0+3C=CaC2+C0Λ Gci=I 11315-56.8T
[0008]Al203+Fe203+3CaC2=3Ca+2Al+2Fe+6C0Δ G°=415600-251.63Τ
[0009]该发明的第一步主要目的是制备高纯度CaC2，以石灰为原料，配加一定量的碳质还原剂(木炭、烟煤、焦炭或三者混合物)，保证CaO:固定C (摩尔比)=1:3.3-3.6的富碳操作，同时保证反应温度T≤1600°C，反应时间为30-45min ；
[0010]第二步是在第一步制备出CaC2含量> 96%的基础上，往电极中心区域，添加A1203、Fe2O3和碳质还原剂，其中反应物中各物质的加入量分别为CaC230-40%、Fe20320_35%、Al20330-45%、碳质还原剂 3-5%。
[0011]该发明的操作工艺为:
[0012](I) CaC2 制备工序
[0013]I〇严格按照配碳量3.3-3.6的富碳配料，依反应过程炉渣流动情况，配加8%_15%的CaF2,同时保证石灰中CaO含量≤85% ；
[0014]2〇将炉料混匀后加入到电极周围，焖烧提温至1600°C以上，保证反应时间在30-45min之间，取样分析产物CaC2含量；
[0015](2)铝钙铁合金制备工序
[0016]I〇当CaC2含量达到工艺要求(≤96%)后，按分析结果和理论计算确定炉内CaC2含量，按比例往电极中心区域配加A1203、Fe2O3，为防止冶炼过程出现亏碳现象，需同时往电极中心配加少量的碳质还原剂；
[0017]2〇进一步提升炉温至1800-1900°C，保证反应时间为60_90min ；
[0018]3〇出铁和浇注；
[0019]该发明冶炼炉渣主要是含CaC2的铝酸盐，其中CaC2 ( 10%,总渣量控制在< 15%。出铁之后，立即加入产物铝钙铁合金总量5%的洗渣剂(质量比CaF2 =Fe2O3:C=45:45:10)清理熔渣和整理炉底。
[0020]该发明与现有技术相比具有如下优点:
[0021]I〇实现了在同一炉内冶炼铝钙铁合金，能够利用CaC2制备工序炉内的显热，避免了采用纯金属冶炼的传统工艺能耗高、二次重熔过程有价金属损失大的缺点；
[0022]2〇合金中Al、Fe金属的还原主要是A1203、Fe2O3与液态CaC2在高温下相互作用产生的，不出现中间产物，减少了因产生中间产物而导致的炉况异常现象；
[0023]3 O Fe2O3的加入可以同时起到降低反应初始温度和炉渣粘度，提高炉渣流动性的作用，从而为炉内反应创造了良好的动力学和热力学条件，减少了 CaF2的加入量，改善了操作环境。
【具体实施方式】
[0024]实施例1:
[0025]按石灰(CaO含量 88.3%): 180kg，焦炭(固定 C83.5%): 159kg, CaF2:27kg，其中 CaO:C=I:3.3，CaF2加入量8%。混匀后加入到矿热炉中冶炼40min，制备CaC2,分析其CaC2含量为96.5%，符合后续工艺要求。以Ca完全转化为CaC2为基准确定CaC2生成量后，按每百公斤成分配料计算，在液态CaC2为40kg的基础上，加入Al2O3:30kg，Fe2O3:27kg，焦炭(固定C83.5%):3kg，升温至1800-1900°C，反`应60-90min，至渣中CaC2含量≤10%时，清渣出铁，铸型化验，得到铝钙铁合金，其化学成分(％)为:Ca40，A120, Fe32，其他杂质未做化验。
[0026]实施例2:
[0027]按石灰(CaO含量 88.3%): 180kg，焦炭(固定 C83.5%): 173kg, CaF2:54kg，其中 CaO:C=1:3.6，CaF2加入量15%。混匀后加入到矿热炉中冶炼40min，制备CaC2,分析其CaC2含量为97.3%，符合后续工艺要求。以Ca完全转化为CaC2为基准确定CaC2生成量后，按每百公斤成分配料计算，在液态CaC2S 35kg的基础上，加入Al2O3:45kg，Fe2O3:15kg，焦炭(固定C83.5%):5kg，升温至1800-1900°C，反应60-90min，至渣中CaC2含量≤10%时，清渣出铁，铸型化验，得到铝钙铁合金，其化学成分(％)为:Ca35，A125，Fe27，其他杂质未做化验。
[0028]实施例3:
[0029]按石灰(CaO含量 88.3%): 180kg，焦炭(固定 C83.5%): 163kg, CaF2:34kg，其中 CaO:C=I:3.4，CaF2加入量10%。混匀后加入到矿热炉中冶炼40min，制备CaC2,分析其CaC2含量为96.9%，符合后续工艺要求。以Ca完全转化为CaC2为基准确定CaC2生成量后，按每百公斤成分配料计算，在液态CaC2为38kg的基础上，加入Al2O3:40kg，Fe2O3:18kg，焦炭(固定C83.5%):4kg，升温至1800-1900°C，反应60-90min，至渣中CaC2含量≤10%时，清渣出铁，铸型化验，得到铝钙铁合金，其化学成分(％)为:Ca37，A122，Fe29，其他杂质未做化验。
【权利要求】
1.一种冶炼铝钙铁合金的方法，其特征在于:在同一炉内先以石灰(CaO)和碳质还原剂为原料，采用富碳操作，生成CaC2,然后按一定比例向炉内液态CaC2中加入Al203、Fe203和少量的碳质还原剂，冶炼铝钙铁合金；CaC2生成部分中原料摩尔比CaO:C=1:3.3-3.6，过程为富碳操作，为提高渣的流动性，配加总渣量8%-15%的CaF2,改善炉渣性能。
2.根据权利要求1所述的冶炼铝钙铁合金的方法，其特征在于所用的碳质还原剂可以是焦炭、木炭、烟煤及三者混合物，所用石灰中CaO质量含量> wt%。
3.根据权利要求1所述的冶炼铝钙铁合金的方法，其特征在于液态CaC2、A1203、Fe2O3和少量的碳质还原剂的配料重量比分别为CaC230-40%、Fe20320-35%、Al20330-45%、碳质还原剂 3-5%ο
4.根据权利要求1所述的冶炼铝钙铁合金的方法，其特征在于第一步CaC2生成部分的温度控制在1600°C以上，产物CaC2质量含量> 96%，第二步铝钙铁合金的生成温度控制在1800-1900。。。
5.根据权利要求1所述的冶炼铝钙铁合金的方法，其特征在于冶炼的铝钙铁合金中各元素的质量百分比为:钙35-40%，铝20-25%，其余为铁。
6.根据权利要求1所述的冶炼铝钙铁合金的方法，其特征在于铝铁的还原主要是Al2O3 Fe2O3与液态CaC2在矿热炉内相互作用产生的。
【文档编号】C22B4/06GK103451429SQ201310365423
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月21日 优先权日:2013年8月21日
【发明者】张建良, 邢相栋, 肖清安, 任山, 刘征建, 王振阳, 刘兴乐, 焦克新, 毛瑞, 孙辉 申请人:北京科技大学