CN101899572A

CN101899572A - 用红柱石原矿为原料制备硅铝铁合金的方法

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Publication number: CN101899572A
Application number: CN201010003263XA
Authority: CN
Inventors: 魏家骏; 卢慧民; 方景芳; 徐鹿鸣; 谢建毅; 唐允平; 张勇; 陈家兴
Original assignee: GANSU ZIXIN MINING COAL CHEMICAL INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: GANSU ZIXIN MINING COAL CHEMICAL INDUSTRY Co Ltd
Priority date: 2010-01-08
Filing date: 2010-01-08
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2030-01-08
Also published as: CN101899572B

Abstract

本发明涉及一种用红柱石原料制备硅铝铁合金的方法，属于炼钢用的合金原料的制备。一种用红柱石原矿为原料制备硅铝铁合金的方法，其主要特点在于：制备步骤如下：a.制备矿石：红柱石原矿按重量百分比80-100％，粒度为50-150mm，铁矿石0-20％，粒度为15-25mm制备；b.制备碳质还原剂：将碳质还原剂制备为粒度为10-20mm，还原剂按矿石混合总重量的60-110％配入；c.将碳质还原剂与矿石均匀混合；d.将混合后的物料加入到矿热电弧炉中，炉内温度控制在1950-2150℃，物料在炉内冶炼3-4小时；e.间隔3-4小时从出铁口向中间包放出冶炼好的硅铝铁合金液体，随后铸锭，即得到硅铝铁合金的成品。

Description

用红柱石原矿为原料制备硅铝铁合金的方法

技术领域

本发明涉及一种用红柱石原料制备硅铝铁合金的方法，属于炼钢用的合金原料的制备。

背景技术

红柱石是一种富铝矿物，属于蓝晶石类矿物，是天然高铝硅酸盐矿物，化学组成为Al₂O₃·SiO₂，分子式Al₂[SiO₄]O，斜方晶系，柱状晶形，硬度7-7.5，密度3.10-3.20。主要分布在南非、法国、中国和印度等国家，被广泛作为冶金、制陶、水泥等工业的耐火材料，主要消费国是美国、日本、俄罗斯、德国和英国等国家。

目前国内生产含铝和硅为主元素的炼钢脱氧用多元复合合金均系采用铝土矿为原料。我国铝土矿储量仅占世界总量的2.4％，但年开采量却占世界开采总量的8％，开采、消耗的速度大于探明储量的增速。另外，我国铝土矿资源乱采滥挖现象突出，回采率仅为40％，远远低于国外80％的水平，造成国内铝土矿资源开采浪费严重。同时，我国氧化铝企业规模普遍较小，生产工艺相对落后，生产成本高出国际平均水平50％以上。铝土矿和其它矿种一样属于不可再生资源，按“十一五”期间氧化铝生产能力估算，国内现有已探明经济可供储量静态保证期限约13年，铝工业发展势必受限于资源的制约。统计资料表明，中国铝土矿供应的对外依存度已从2005年的9.4％迅速上升到2006年的26.2％。铝土矿原材料的紧缺甚至中断，将直接影响我国整个铝行业的健康发展。加上近几年氧化铝项目的盲目投资带来铝土矿资源大规模无序开采，使国内本来就短缺的铝土矿资源雪上加霜，导致中国铝工业本土资源保障年限大幅缩短，极易受到国际市场的冲击，对全行业可持续发展十分不利。

世界电热法生产硅铝铁合金，尚无使用红柱石为原料的生产实践。国内生产硅铝铁合金大都采用铝土矿为原料加上碳质还原剂在矿热电炉中冶炼而成，由于铝土矿是我国短缺的矿产品，采用红柱石为原料，不但可全部代替铝土矿还可保证产品质量全部达标。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的不足之处提供一种红柱石原矿为原料制备硅铝铁合金的方法。本方法充分利用我国红柱石矿的资源优势，生产流程短，能耗低，成本低，且无工业废料。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种用红柱石原矿为原料制备硅铝铁合金的方法，其主要特点在于：制备步骤如下：

a.制备矿石：红柱石原矿按重量百分比80-100％，粒度为50-150mm，铁矿石0-20％，粒度为15-25mm制备；

b.制备碳质还原剂：将碳质还原剂制备为粒度为10-20mm，还原剂按矿石混合总重量的60-110％配入；也可以按本领域技术人员的常规方法计算还原剂中固定碳和矿石中氧化物的含量以确定还原剂的配入量的百分比。

c.将碳质还原剂与矿石均匀混合；

d.将混合后的物料加入到矿热电弧炉中，炉内温度控制在1950-2150℃，物料在炉内冶炼3-4小时；

e.间隔3-4小时从出铁口向中间包放出硅铝铁合金液体，然后铸锭，即得到硅铝铁合金的成品。

为实现上述目的，本发明采取的又一技术方案为用红柱石原矿为原料制备硅铝铁合金的方法，其主要特点在于：

a.制备矿石：红柱石原矿按重量百分比80-100％，粒度为粒度为＜0.5mm，铁矿石0-20％，粒度为粒度为＜0.5mm制备；

b.制备碳质还原剂：将碳质还原剂制备为粒度为＜0.5mm，碳质还原剂按矿石混合总重量的60-110％配入；；也可以按本领域技术人员的常规方法计算还原剂中固定碳和矿石中氧化物的含量以确定还原剂的配入量的百分比。

c.将碳质还原剂与矿石均匀混合，对混合好的物料加粘结剂进行压球，然后干燥，干燥温度为300-400℃，物料中水分按重量百分比小于5％；

所述的用红柱石原矿为原料制备硅铝铁合金的方法，还包括有所述的碳质还原剂为烟煤和石油焦的混合物，烟煤固定碳含量≥50％、挥发份≥15％，石油焦固定碳含量≥90％，烟煤和石油焦的配料比为6-8∶2-4。

所述的用红柱石原矿为原料制备硅铝铁合金的方法，还包括有所述红柱石矿中Al₂O₃含量为25-53％，，铁矿石含Fe₂O₃ 8-16％。

本发明的有益效果是：本发明以含铝非铝土矿-红柱石粗精矿和尾矿为主原料生产硅铝铁合金，符合我国国情，可在大、中型矿热电炉中进行生产。既适合国家大规模生产，又适合中规模的地方生产。比如在16500KVA矿热炉中以红柱石作为基料，加辅料，进行生产，该项技术成果达到国内领先水平。同时，该技术是实现资源综合利用与环境保护的新工艺、新技术，符合清洁生产的国家政策的要求。

发明人已具有储量2亿吨的红柱石矿山，并已经被批量开采。通过工业性冶炼实践，其产品品牌和质量全部达到企业标准。所产硅铝铁合金主要用于炼钢的脱氧和钢的微合金化，提高钢材质量。本工艺每吨的电耗10000KVh/t，比传统工艺耗电11000KWh/t降低10％，烟尘的排放浓度是国家标准的百分之五十，粉尘中主要是Al₂O₃和SiO₂，不产生公害，本工艺具备了综合能耗低、污染小、产品品质稳定优越等特点。

本发明的特点是用红柱石为主要原料，在大型矿热炉中冶炼，冶炼工艺中采用化学活性好、比电阻高和烧结性良好优质烟煤和石油焦为还原剂，采用高温进行合理的冶炼，产品按用户需求进行铝、硅、铁三原素不同重量的配比，在炼钢脱氧的应用中，硅铝铁中铝的利用率高达50％以上，而用纯铝脱氧铝的利用率仅为10-15％左右。

将所得到的硅铝铁合金化学成分(％)如下：

硅铝铁合金化学成分％

硅铝铁合金目前无国家标准按钢铁不同的需求提供相应产品。

用红柱石为原料电热法生产硅铝铁合金具有无废料的工艺特点。

附图说明

图1为本发明的实施例1、2流程示意图。

图2为本发明的实施例3、4、5流程示意图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1：一种用红柱石原矿为原料制备硅铝铁合金的方法，其主要特征在于：制备步骤如下：本次试炼的主要设备是10KG的单电极电渣熔炼电炉。

a.制备矿石：红柱石原矿按重量百分比100％，粒度为10-60mm制备；

粒状红柱石化学成分％

Na₂O	MgO	Al₂O₃	SiO₂	K₂O	CaO	TiO	MnO	Fe₂O₃
									1.04	1.31	25.16	58.21	1.32	1.50	0.78	0.10	80.4

还原剂主要成分％

名称	固定碳	灰分	水分	挥发分
					石油焦	90	5	4
烟煤	57	13	5	25

b制备碳质还原剂：将碳质还原剂按矿石混合总重量的95％配入；

烟煤。采自山西大同水洗烟煤。试验前磨至粒度小于0.5mm。其组成为(％)：灰分12.64，挥发分28.92，水分3.70，固定碳54.74。其中灰分的化学成分为(％)：Al₂O₃19.52，SiO₂49.84，Fe₂O₃6.52，CaO11.72。

石油焦。采用天津大港石油化工公司煅后石油焦粉，粒度小于0.5mm。其组成为(％)：灰分0.28，挥发分8.04，固定碳91.29，水分0.39。

炉料中配入的还原剂烟煤、石油焦的量按7∶3的比例混合，进行配料。

c.将碳质还原剂与矿石均匀混合；

所述红柱石矿中Al₂O₃含量为25-53％，，铁矿石含Fe₂O₃8-18％。

实施例2：一种用红柱石原矿为原料制备硅铝铁合金的方法，其制备步骤如下：

a.制备矿石：红柱石原矿按重量百分比80％，粒度为50mm，铁矿石20％，粒度为15mm制备；

b.制备碳质还原剂：将碳质还原剂制备为粒度为10-20mm，还原剂按矿石混合总重量的105％配入；或者按还原剂中固定碳和矿石中氧化物的含量经计算后确定还原剂的配入量的百分比。

c.将碳质还原剂与矿石均匀混合；

实施例3：一种用红柱石原矿为原料制备硅铝铁合金的方法，其特征在于：

a.制备矿石：红柱石原矿按重量百分比100％，粒度为粒度为＜0.5m制备；

b.制备碳质还原剂：将碳质还原剂制备为粒度为＜0.5mm，碳质还原剂按矿石混合总重量的100％配入；

炉料中配入的还原剂烟煤、石油焦按6∶4配比进行配料。

粘结剂为纸浆，占总炉料量的6％，水分占9％：

或使用水，团料需要水量为18.17kg

红柱石 100kg

烟煤 60.1kg

石油焦 40.78kg

粘结剂 11.92kg

水 18.17kg

制团：按配方称量的各种原料在机械搅拌球磨机中进行混合，搅拌时间为30min。将混合均匀的炉料加水或加粘结剂纸浆，在实验室成型机上压成两种球形，在碳管炉中的小型试验样为圆柱体，制团压力为30Mpa，团块为φ20mm×60mm圆柱体；在多功能烧结炉上试验样为椭球体，制团压力为30Mpa，团块为椭球体，长轴6cm，短轴cm。

本试验采用电热干燥箱对球团进行干燥脱水，球团含水量降到1％以下。干燥温度为300℃，时间为2h。

湿球落下强度：0.7米二次不破裂；生球最大抗压强度：400kg/cm²；

生球落下强度：5米一次不破裂；热强度：1000℃不粉化。

d.将压好的球加入到矿热电弧炉中，炉内温度控制在1950-2150℃，物料在炉内冶炼3-4小时；

所述的碳质还原剂为烟煤和石油焦的混合物，烟煤固定碳含量≥50％、挥发份≥15％，石油焦固定碳含量≥92％。

所述红柱石矿中Al₂O₃含量为25-53％，，铁矿石含Fe₂O₃ 8-16％。

实施例4：一种用红柱石原矿为原料制备硅铝铁合金的方法，其制备步骤如下1：生产硅铝铁合金，在1800KVA矿热电炉中进行。

一、原料

1、红柱石原矿化学成分：Al₂O₃ 52.50％SiO₂ 25.81％Fe₂O₃余量。

红柱石原矿粒度小于5mm

2、还原剂：烟煤固定碳54％挥发份25％灰分12％

石油焦固定碳92％灰分5％

还原剂粒度3-5mm

3、料批配比：红柱石1400kg 烟煤1000kg 石油焦220kg

4、制粉压球

将各种矿石和还原剂烟煤破碎成1-3mm粉料，在圆盘混料机中均匀混料，并加入约10％的纸浆粘结剂，在强力压球机中压制成直径30mm的圆球，在350℃温度下烘干10小时待用。生球在1m落地实验两次不破裂，抗压强度350kg/cm²，加热1000℃不粉化不破裂。

5、加入矿热电炉冶炼。

二、电炉参数

变压器容量1800KVA 炉膛直径3650mm 炉膛深度1250mm

电极直径465mm 极心圆1260--1340mm 使用的二次电压64V。

三、生产工艺

1、每次出铁后，送电15分钟提高炉温后，投入配好的炉料，及时送电40分钟，开始焖烧约2.5--3小时，打开出铁口出铁，每炉冶炼时间约4个小时。2、出铁后进行合金浇铸，将合金注入大型的铁模中，合金厚度50--80mm。取样检测。

3、将冷凝后的合金人工破碎成10--30mm小块。装袋入库。

四、合金成分：Al 33.5％ Si 45.5％ Fe余量。

五、吨合金原料消耗 kg/t

1、红柱石原矿 1435

2、还原剂 1052

3、电耗 11300KWH/T

实施例5：一种用红柱石原矿为原料制备硅铝铁合金的方法，其制备步骤如下：制备矿石：红柱石原矿按重量百分比80％，粒度为粒度为＜0.5mm，铁矿石20％，粒度为粒度为＜0.5mm制备；制备碳质还原剂：将碳质还原剂制备为粒度为＜0.5mm，碳质还原剂按矿石混合总重量的110％配入，；其余与实施例4相同。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用红柱石原矿为原料制备硅铝铁合金的方法，其特征在于：制备步骤如下：

b.制备碳质还原剂：将碳质还原剂制备为粒度为10-20mm，还原剂按矿石混合总重量的60-110％配入；

c.将碳质还原剂与矿石均匀混合；

e.间隔3-4小时从出铁口向中间包放出冶炼好的硅铝铁合金液体，随后铸锭，即得到硅铝铁合金的成品。

2.如权利要求1所述的用红柱石原矿为原料制备硅铝铁合金的方法，其特征在于：

b.制备碳质还原剂：将碳质还原剂制备为粒度为＜0.5mm，碳质还原剂按矿石混合总重量的60-110％配入；

3.如权利要求1或2所述的用红柱石原矿为原料制备硅铝铁合金的方法，其特征在于还包括有所述的碳质还原剂为烟煤和石油焦的混合物，烟煤固定碳含量≥50％，石油焦固定碳含量≥90％，烟煤和石油焦的配料比为6-8∶2-4。

4.如权利要求1或2所述的用红柱石原矿为原料制备硅铝铁合金的方法，其特征在于还包括有所述红柱石矿中Al₂O₃含量为25-53％，，铁矿石含Fe₂O₃8-16％。