专利名称：碳热还原氟碳铈矿制取稀土硅铁合金的工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种碳热还原氟碳铈矿制取稀土硅铁合金的工艺，属于冶炼技术，特别适于在矿热炉中，以碳热还原氟碳铈矿精矿生产含有25-45%稀土金属(REM)的稀土硅铁合金。
众所周知稀土金属及稀土硅铁合金，已被广泛用于钢和铁的生产中，并能改善和提高钢的机械性能和工艺性能，但是由于稀土金属价格昂贵且不易加入钢中，所以对钢的处理多使用价格低廉的稀土硅铁合金，然而其生产方法主要有电硅热原法和碳热还原法两种。以往我国全部采用在电弧炉中硅热还原法进行冶炼，用FeSi75作还原剂，以氟碳铈精矿、稀土精矿富渣或中贫铁矿高炉脱铁脱磷富稀土渣为稀土原料，这种方法冶炼的每吨稀土硅铁合金(含30%REM)的电耗高排渣量大、稀土回收率低、合金中钙杂质含量高;于1975年国内曾有人用稀土精矿渣和稀土富渣，在1800KW矿热炉中进行过碳热还原的试验工作，但由于采用常规的碳热还原工艺，致使炉底严重结瘤、冶炼周期短、合金粉化、稀土收率低、排渣量大合金品位低、炉底温度降低等一系列问题没得到解决，而中止了试验工作。尽管如此，国内前期在矿热炉中生产稀土硅铁合金的试验也是一种有益的尝试。近二十年来在美国、苏联也进行了这方面的研究，而且有一定的进展，如美国福特矿物公司从六十年代初期开始研究用碳直接还原稀土精矿制取稀土合金的可能性，并于1977年申请专利U.S.Patent4018597，该公司使用高品位氟碳铈矿精矿、碳酸钡、碳酸锶、铁和硅石作原料，在矿热炉中碳还原制取含有钙、锶和钡的稀土硅铁合金。由于其工艺中配料采用的碳还剂过理论需要量的50%。必然导致粘渣从炉中排出和炉底结瘤上涨，炉况恶化和缩短炉子的连续生产周期及其合金粉化;苏联则是采用较纯的稀土氧化物在1600KW矿热炉中进行中试，并没有真正进行工业化生产，同时用纯稀土化合物进行稀土硅铁合金的生产，从经济角度考虑是没有生命力的，基于上述原因稀土硅铁合金的冶炼方法有进一步改进的必要。
本发明的目的在于提供一种利用稍加处理的矿热炉、廉价原料，其合金成分均匀、不夹渣、不粉化、稀土回收率高、防止炉底碳化物生成和集结，达到炉况顺行、炉底无明显上涨、无渣熔炼的效果，并能降低每吨合金电耗的碳热还原氟碳铈矿制取稀土硅铁合金的工艺方法。
本发明的发明思想是二氧化硅被碳还原为硅、一氧化硅稀土化合物碳化生成稀土碳化物，进而被一氧化硅还原为稀土金属，再进一步与还原出的硅相结合生成RE-Si合金。通过优先强化经焙烧的氟碳铈矿中稀土的碳化过程;提高假炉衬的绝缘性能;使用较低的操作电压和较高的极心圆功率密度;冶炼过程中亏碳操作等主要工艺过程来实现发明目的。
本发明的工艺步骤是1、将含有55-65%REO的氟碳铈稀土精矿(REFCO)在550-750℃温度下焙烧1-1.5小时，干矿灼减率在12-15%，即符合制团要求;
2、经焙烧后的稀土精矿与碳质还原剂、粘结剂，在压力大于17Mpa的对辊造球机中造球，其加入量为稀土全部转变为REC2所需理论碳量的1-3倍，球径30-50mm;
3、配料将稀土球团、硅石、碳质还原剂按如下原则配制批料，均匀入炉，其稀土金属与硅的比率为0.3-0.6，碳质还原剂的配入量为还原稀土和硅理论需要量的0.9-1.0倍;
4、将配制好的批料均匀入矿热炉进行冶炼，开炉初期随着加料的同时，用硅石在炉壁内侧堆砌150-200mm厚的假炉衬，并在如下供电系统下进行，炉子极心圆功率密度为1400-2000A/M2，二次电流与二次电压比应大于300，每隔两小时放出合金一次入中间包，经静置5分钟，浇入铸铁锭模中。
所述的碳质还原剂是木炭(木块)、焦碳，木炭与焦碳的比率为0.2-0.4，也可以只用焦碳。
所述的焦碳是冶金焦、煤气焦和石油焦。
下面通过实施例进一步描述本发明的技术内容例1用主要化学成分为∑REO55-65%、BaO＜8%、F＝5-7%的氟碳铈型稀土精矿在反射炉或隧道窑或回转窑中，550-750℃下进行焙烧，1-1.5小时，干矿灼减量在12-15%、焙烧后的稀土精矿中REO含量达65-70%，将焙烧矿按以下三种方案进行配料制团Ⅰ)焙烧矿200公斤、木炭粉20公斤、煤气焦粉30公斤、水玻璃(40%)40公斤，经搅拌混合均匀，然后在对辊式造球机中以大于17MPa压力造球，其球径为50mm左右，自然干燥或烘干备用;
Ⅱ)焙烧矿200公斤、木炭粉60公斤、煤气焦粉70公斤、水玻璃(40%)33公斤，用与(Ⅰ)的同样工艺进行混合造球，其配碳为理论值的2倍，球径约30mm左右;
Ⅲ)焙烧矿200公斤、冶金焦粉29公斤、木炭粉23公斤、纸浆废液(比重1.8)32公斤，按上述同样方法混合、造球、球径为40mm左右。
取批配比稀土球团(Ⅱ)137公斤、硅石(SiO2＞98%)块度为25-80mm其中40-50mm应占50%左右200公斤、煤气焦(固定碳≥80%)粒度在3-8mm65公斤、木炭(固定碳≥70%)块度3-50mm，小于10mm不大于20%，20公斤，混合均匀入3000KW的矿热炉，该矿热炉的极心圆直径φ1520mm，自焙电极直径φ630mm，在冶炼初期，随着将上述炉料均匀入炉的同时，用硅石在炉缸壁内侧堆砌150-200mm厚的假炉衬，配料中稀土金属与硅的比值为0.46，操作电压84伏，一次侧电流200-210A、一次侧电压10000伏，电极插入炉料深度900-1100mm，料面状况良好、不结块、冒火均匀，塌料、捣料容易，间隔两小时放出合金一次，流入中间包，静置5分钟浇入铸铁锭模中。每两小时加料量为4批。
例2用与例1相同的矿热炉及操作工艺，采用例1中(Ⅰ)的稀土球团，按以下批料配比进行冶炼稀土球(Ⅰ)107公斤、煤气焦86公斤、木炭19公斤、硅石200公斤。
例3以4150KW的矿热炉，同样在炉料均匀入炉的同时用硅石堆砌假炉衬、极心圆直径为φ1750mm，自焙电极直径4630mm，取例1中(Ⅲ)的稀土球团按以下批料配比进行混合入炉冶炼。
硅石200公斤冶金焦(固定碳≥84%)粒度3-8mm中等粒度应占50%)73公斤木炭19公斤稀土团(Ⅲ)95公斤配料中稀土金属与硅的比值为0.43。
在操作电压85伏一次侧电流200-210A，一次侧电压10000伏条件下进行冶炼，电极插入深度900-1100mm料面透气性良好、塌料均匀。间隔1.5小时放出合金一次，合金流入中间包，经静置后浇入铸铁锭模，必要时可以在出炉前半小时从靠近出铁口的电极根部加入适量的废钢。
用本发明方法冶炼的稀土硅铁合金经化学分析的化学成分为REM25-45%、Si45-65%、Ca＜1.5%、Fe5-10%、Ti＜0.2%、Al＜1.5%。
本发明与现有技术相比，由采用了优先强化经焙烧的氟碳铈矿中稀土的碳化过程、提高假炉衬的绝缘性能、使用较低的操作电压和较高的极心圆功率密度使炉底温度集中及冶炼过程中亏碳操作等一系列的技术措施，并通过一个月的试验证明有原料价格便宜、合金成分均匀、无夹渣、不粉化、稀土还原进入合金的收率大于95%、每基准吨(含30%REM)稀土硅铁合金电耗低于10000KWh、无渣熔炼、炉底无明显上涨、达到炉况顺行等优点，为进一步工业实施提供可靠工艺。
权利要求
1.一种碳热还原氟碳铈矿制取稀土硅铁合金的工艺，其特征在于工艺步骤是1)将含有55-65%REO的氟碳铈稀土精矿(REFCO3)，在550℃-750℃温度下焙烧1-1.5小时，干矿灼减率在12-15%即符合制团要求；2)经焙烧后的稀土精矿与碳质还原剂、粘结剂在压力大于17Mpa的造球机中造球，其加入量为稀土全部转变为REC2所需理论碳量的1-3倍，球径30-50mm；3)配料将稀土球团、硅石、碳质还原剂按如下原则配料，均匀入炉，其稀土金属与硅的比率为0.3-0.6，碳质还原剂的配入量为还原稀土、硅理论需要量的0.9-1.0倍；4)将配制好的批料均匀入矿热炉进行冶炼，开炉前随着加料的同时用硅石在炉壁内侧堆砌150-200mm厚的假炉衬，并在如下供电系统条件下进行，炉子极心圆功率密度为1400-2000A/M2，二次电流与二次电压比应大于300，每隔两小时放出合金一次入中间包，经静置5分钟，浇入铸铁锭模中。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述的碳质还原剂是焦碳与木炭(木块)，其木炭与焦碳的比率为0.2-0.4，也可以只用焦碳。
3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述的焦碳是冶金焦、煤气焦和石油焦。
全文摘要
本发明涉及一种碳热还原氟碳铈矿制取稀土硅铁合金的工艺方法，其主要工艺过程是将氟碳铈精矿在550—750℃焙烧，然后在过量碳质还原剂条件下造球；以稀土球团、硅石、木炭、焦碳按如下原则配制批料，其稀土金属与硅的比率为0.3—0.6，碳质还原剂的量为理论值的0.9—1.0倍，均匀入矿热炉，开炉初期在入料的同时用硅石造假炉衬并在炉子极心圆功率密度1400—2000A/M
文档编号C22C1/02GK1071205SQ92109998
公开日1993年4月21日 申请日期1992年10月27日 优先权日1992年10月27日
发明者张成祥, 任存治, 李春材, 涂干峰, 金美惠 申请人:东北工学院