CN103710488B - 一种高铁高硅铝土矿制备铝硅铁合金的方法 - Google Patents

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一种高铁高硅铝土矿制备铝硅铁合金的方法，将高铁高硅铝土矿原矿、还原剂充分破碎，并外加有机粘结剂和水充分混合均匀，制成椭球形颗粒并烘干，然后将烘干后球团加入到电热炉中还原性气氛下进行冶炼，冶炼温度控制为2000～2300℃，所得铁水出炉后直接进入到浇铸锭模中浇铸，冷却后得到初级铝硅铁合金。本发明方法具有原料利用率高、能耗低的特点。

Description

一种高铁高硅铝土矿制备铝硅铁合金的方法
技术领域
本发明属于冶金资源综合利用技术领域，具体涉及一种高铁高硅铝土矿制备铝硅铁合金的方法。
背景技术
铝硅铁合金作为复合脱氧剂，被广泛应用于炼钢厂等企业。铝硅铁合金的密度比纯铝大，容易进入钢水之中，内部烧损少，在炼钢过程中其铝的使用效率比使用纯铝脱氧剂提高一倍以上。用铝硅铁合金进行脱氧时所形成的低熔点夹杂物比较容易浮到钢液表面，具有减少钢中杂质，纯净钢液、提高钢水质量的作用。
铝硅铁合金的生产方法主要有重熔法和热兑法。重熔法是将纯铝、硅铁按照一定配比在感应炉内重熔后浇铸而成。由于纯铝、硅铁等均为高能耗产品，再重新熔炼能耗更大，而且重熔过程中铝、硅元素烧损较大，因而成本很高。热兑法是在硅铁或硅铝铁合金出炉时，在铁水包内加入铝锭进行热熔的方法，以此进行生产，也存在重熔法生产的缺点，由于原料的密度差异，常造成产品成分不均匀。电热法主要以高岭土或者粉煤灰为原料、焦碳或烟煤为还原剂直接冶炼，目前仅限于研究阶段，尚未达到工业化生产规模。
高铁高硅铝土矿是一种富含氧化铁、二氧化硅和三氧化二铝的矿产资源，矿石中Fe2O3、SiO2、A12O3的含量总和超过80%，其中A12O3含量20%～45%，Fe2O3含量多在20%左右，最高可达40%～50%，SiO2含量4%～12%，A/S较低，一般在2.6～5.4之间。无论是作为钢铁工业炼铁的原料，还是铝工业生产氧化铝的原料，其铁、铝品位均难以达到单一原料的工业品位要求。
国内外针对高铁高硅铝土矿的综合利用研究已进行了多年，所研究出的方法就去本质而言，均是考虑如何实现铁、铝的分离，然后将分离出来的铁和铝分别用于钢铁工业和铝工业、剩余大高硅渣作为废弃物扔掉或者用于其它行业。
本发明提出的直接利用高铁高硅铝土矿制备铝硅铁合金的方法，基本可以实现高铁高硅铝土矿中铁、铝、硅等有价组元全部的利用，远高于目前其它高铁高硅铝土矿的研究流程，目前尚未见到直接利用高铁高硅铝土矿制备铝硅铁合金的报道。利用高铁高硅铝土矿的其他流程中铁、铝利用率一般均低于85%，硅的利用率更低。而且现有铝硅铁合金的主要生产工艺无论是重熔法还是热兑法（电热法还处于研究阶段），其均需用到工业纯铝，从铝硅铁合金现有生产流程而言，从氧化铝中电解得到工业纯铝，再将工业纯铝锭用于硅铁合金的生产，铝经过两次熔化，能源消耗自然会很高。
因此，本发明提出的利用高铁高硅铝土矿制备铝硅铁合金的方法，具有原料利用率极高、能耗低；同时为高铁高硅铝土矿的综合利用提供了一种新途径，因此具有广阔的应用前景。
发明内容
针对现有高铁高硅铝土矿研究工艺的问题以及铝硅铁合金生产的现状，本发明提供了一种利用高铁高硅铝土矿制备铝硅铁合金的方法，该工艺通过以下具体方案来实现：
（1）将高铁高硅铝土矿原矿、硅石或者硅砂、还原剂进行破碎，使其粒度均不大于0.015mm；其中高铁高硅铝土矿中Fe2O3的含量为30%～50%，SiO2的含量为5%～20%，Al2O3的含量为35%～50%，且Fe2O3、SiO2、Al2O3三种物质总含量不小于80%；还原剂可以为焦炭、兰炭、无烟煤等，其中要求还原剂中的固定碳含量不低于85%、灰分不高于10%、水分不高于5%、硫含量不高于0.3%；硅石或者硅砂中SiO2含量不低于94%，烧损不大于3%；
（2）将破碎后的三种物料按一定的比例配料，并另外再加上一定量的有机粘结剂和水充分混合均匀，混匀后的物料进行30min焖料制得混合物料，其中高铁高硅铝土矿、硅石或者硅砂、还原剂的配料质量比分别为50%～70%、0%～25%、15～40%；混合物料混匀后再外加有机粘结剂含量不高于前述三种混合物料质量的4%，外加水分含量不高于前述三种混合物料质量的10%；
（3）将混匀后的物料加入对辊压球机进行成球，对辊压球机线压力不小于2.0t/cm，压制的球团约为40mm×30mm×20mm的椭球形颗粒；
（4）从压球机出来的球团放入烘干设备中，进行烘干，烘干温度为150～200℃，烘干后球团水分不大于1%，抗压强度不小于1000N/个；
（5）烘干后球团加入到电热炉中进行冶炼，冶炼温度控制为2000～2300℃，此处电热炉可以是电弧炉，也可以是感应炉，电弧炉恒温冶炼时间为120～180min，感应炉恒温冶炼时间为60～90min，冶炼时应控制其气氛为还原性气氛；
（6）铁水出炉后直接进入到浇铸锭模中浇铸，冷却后得到初级铝硅铁合金。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点会在描述中更为清楚，但这些实施例仅是范例性质的，并不对本发明的范围构成任何限制。
实施例1
某高铁高硅铝土矿Fe2O3含量为36.80%，SiO2的含量为9.56%，Al2O3的含量为38.85%，还原剂为兰炭，其固定碳含量为84.60%。高铁高硅铝土矿和兰炭成分分别列于表1与表2。
表1某高铁高硅铝土矿的化学成分
表2还原用兰炭的化学成分工业分析
实施步骤如下：
（1）将高铁高硅铝土矿原矿、硅石、兰炭用破碎机进行破碎，使其粒度均不大于0.015mm；
（2）将高铁高硅铝土矿矿粉、硅石粉、兰炭粉末按100:20:30比例进行混匀，混匀后的物料外加入物料总质量4%的粘结剂和8%的水，进行二次混匀，混匀后的物料进行30min的焖料，使水分更为均匀；
（3）将混匀后的物料加入对辊压球机进行成球，对辊压球机线压力不小于2.0t/cm，制备的球团约为40mm×30mm×20mm的椭球形颗粒；
（4）从压球机出来的球团放入烘干设备中，进行烘干，烘干温度为180℃，烘干时间不小于2小时，单个球团的抗压强度不小于1000N；
（5）烘干后球团加入到高频感应炉中进行冶炼，冶炼温度为2150℃，恒温冶炼时间为70min，同时，通入氩气作为保护气；
（6）铁水出炉进行浇铸锭模，得到初级铝硅铁合金，初级铝硅铁合金的化学成分为Al20%～25%，Si25%～30%，Fe50%～60%。
实施例2
选取某高铁高硅铝土矿Fe2O3含量为25.86%，SiO2的含量为12.42%，Al2O3的含量为43.59%，还原剂为焦炭，其固定碳含量为86.74%。高铁高硅铝土矿和焦炭成分分别列于表3与表4。
表3某高铁高硅铝土矿的化学成分
表4还原用焦炭的化学成分工业分析
实施步骤如下：
（1）将高铁高硅铝土矿原矿、硅石、焦炭用破碎机进行破碎，使其粒度均不大于0.015mm；
（2）将高铁高硅铝土矿矿粉、硅石粉、焦炭粉末按100:10:30比例进行混匀，混匀后的物料外加入物料总质量4%的粘结剂和9%的水，进行二次混匀，混匀后的物料进行40min的焖料，使水分更为均匀；
（3）将混匀后的物料加入对辊压球机进行成球，对辊压球机线压力不小于2.0t/cm，制备的球团约为30mm×25mm×16mm的椭球形颗粒；
（4）从压球机出来的球团放入烘干设备中，进行烘干，烘干温度为180℃，烘干时间不小于，单个球团的抗压强度不小于1000N；
（5）烘干后球团加入到高频感应炉中进行冶炼，冶炼温度为2150℃，恒温冶炼时间为90min，同时，通入氩气作为保护气；
（6）铁水出炉进行浇铸锭模，得到初级铝硅铁合金，初级铝硅铁合金的化学成分为Al35%～42%，Si25%～32%，Fe28%～30%。

Claims (1)

1.一种利用高铁高硅铝土矿制备铝硅铁合金的方法，其特征是所述方法通过以下步骤来实现：
(1)将高铁高硅铝土矿原矿、硅石或者硅砂、还原剂进行破碎，使其粒度均不大于0.015mm；其中高铁高硅铝土矿中Fe2O3的含量为30％～50％、SiO2的含量为5％～20％、Al2O3的含量为35％～50％，且Fe2O3、SiO2、Al2O3三种物质总含量不小于80％；还原剂为焦炭、兰炭和/或无烟煤，其中要求还原剂中的固定碳含量不低于85％、灰分不高于10％、水分不高于5％、硫含量不高于0.3％；硅石或者硅砂中SiO2含量不低于94％，烧损不大于3％；
(2)将破碎后的三种物料按一定的比例配料，并另外再加上一定量的有机粘结剂和水充分混合均匀，混匀后的物料进行30min焖料制得混合物料，其中高铁高硅铝土矿、硅石或者硅砂、还原剂的配料质量比分别为50％～70％、0％～25％、15～40％，混合物料混匀后再外加有机粘结剂含量不高于前述三种混合物料质量的4％，外加水分含量不高于前述三种混合物料质量的10％；
(3)将混匀后的物料加入对辊压球机进行成球，对辊压球机线压力不小于2.0t/cm，压制的球团为40mm×30mm×20mm的椭球形颗粒；
(4)从压球机出来的球团放入烘干设备中，进行烘干，烘干温度为150～200℃，烘干后球团水分不大于1％，抗压强度不小于1000N/个；
(5)烘干后球团加入到电热炉中进行冶炼，冶炼温度控制为2000～2300℃，此处电热炉是电弧炉或感应炉，电弧炉恒温冶炼时间为120～180min，感应炉恒温冶炼时间为60～90min，冶炼时应控制其气氛为还原性气氛；
(6)铁水出炉后直接进入到浇铸锭模中浇铸，冷却后得到初级铝硅铁合金。
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