CN108754143A - 一种利用冶金硅渣生产硅铁合金的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用冶金硅渣生产硅铁合金的方法，将矿热炉的冶炼区域分为炉心区和围绕炉心区外侧的环形边缘区，将冶金硅渣与冶炼炉料混合均匀后作为炉心料，冶炼，扒除炉渣，浇注，精整去渣后即得硅铁合金；冶金硅渣中Si的含量大于30.0wt％，P、Al和Ca的含量分别小于0.02wt％、7.0wt％和7.0wt％，且冶金硅渣的加入量占炉心料和环形边缘料的总量小于18wt％。本发明的方法可采用冶金硅渣直接作为原料，实现了资源的再利用；通过利用冶金硅渣中的单质硅本身就是硅铁中硅组分的物质特性，减少了原料使用量和电耗；且无需新增设备投资，实施方便，具有显著的社会环保效应和重大的经济效益，实际应用前景广阔。

Description

一种利用冶金硅渣生产硅铁合金的方法

技术领域

本发明涉及硅铁冶炼技术领域，更具体的，涉及一种利用冶金硅渣生产硅铁合金的方法。

背景技术

硅铁合金是以硅石、炭质还原剂和铁料为原料炼制而成的铁和硅的合金，能够广泛应用于低合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、耐热钢及电工硅钢中。硅铁合金的冶炼生产是由电极产生的电弧热以及与一定配比的炉料(硅石、炭质还原剂和铁料)产生的电阻热，熔融炉料，在高温条件下，用炭质还原剂中的炭夺取硅石(二氧化硅)中的氧，生成气态的一氧化碳通过料层从炉口逸出，从而将硅元素还原出来，与熔融的铁元素相遇生成硅铁的热化学反应进行冶炼生产。

在硅铁合金的冶炼生产过程中，生产1吨的硅铁合金产品需消耗大约2.9吨原材料和7800-8800千瓦时电能，且电能消耗和原材料成本占总成本的90％左右，因此，电能消耗和原材料成本的波动对硅铁冶炼成本的影响巨大。

另一方面，硅铁合金的冶炼工艺属于“无渣冶炼”类型，但是冶炼过程中原材料必然会带入氧化铝、氧化钙、氧化镁等杂质，所以在冶炼过程中大约会产生4％左右的冶金硅渣。冶金硅渣是硅铁合金和杂质的混合物，其中杂质包括少量的二氧化硅、氧化铝、氧化钙或被还原的单质钙。在现有技术中，冶金硅渣的处理方式为经人工破碎和筛选后，将分离出硅铁外售，余渣填满或堆放，该处理方式不仅劳动强度大，效率低，还会造成大量纯度不高的硅铁被丢弃，造成资源的浪费和潜在的环境污染。

综上所述，如何在现有研究的基础上，通过回收利用冶金硅渣，降低电能消耗和原材料成本及其波动对硅铁合金冶炼生产的影响，成为硅铁合金生产企业的重要课题，具有重要的理论和实际意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种利用冶金硅渣生产硅铁合金的方法。

本发明采用如下技术方案：

一种利用冶金硅渣生产硅铁合金的方法，将矿热炉的冶炼区域分为炉心区和围绕所述炉心区外侧的环形边缘区，将冶金硅渣与冶炼炉料混合均匀后作为炉心料，以冶炼炉料作为环形边缘料，冶炼，扒除炉渣，浇注，精整去渣后即得硅铁合金；

其中，所述冶炼炉料包括硅石、炭质还原剂和铁料，所述冶金硅渣中Si的含量大于30.0wt％，P、Al和Ca的含量分别小于0.02wt％、7.0wt％和7.0wt％，且所述冶金硅渣的加入量占所述炉心料和所述环形边缘料的总量比例小于18wt％。

需要说明的是，矿热炉内的冶炼区域划分为炉心区和环形边缘区，并不一定是实质结构的改变，可以只是放入的冶炼原料及其比例的不同而形成的区域不同。

此外，冶炼炉料中的炭质还原剂可以是兰炭，也可以是焦炭或其他碳质材料；铁料可以是钢屑或铁球团矿等铁质材料，只要能够满足生产需求即可。

在上述技术方案中，所述炉心料与所述环形边缘料的质量比为1：(2.0-2.8)，且所述炉心料中冶金硅渣的加入量小于55wt％。

进一步地，在上述技术方案中，所述炉心料与所述环形边缘料的质量比为1：(2.1-2.55)，所述炉心料中冶金硅渣的加入量为45.5-48.5wt％。

再进一步地，在上述技术方案中，所述炉心料中硅石与炭质还原剂的质量比为(2.8-3.5)：1，所述环形边缘料中硅石与炭质还原剂的质量比为(1.2-1.5)：1。

通过调整矿热炉的不同冶炼区域硅石反应的炭质还原剂参与量，达到调整硅石反应效率的目的；同时，还能够使矿热炉运行稳定，避免炉内温度波动而影响生产，减少热停炉次数，提高设备运转效率。

将矿热炉的反应区域分为炉心区和环形边缘区，并在炉心区投放质量比较大(2.8-3.5：1)的硅石与炭质还原剂，硅石由于晶相转变慢，其在炭质还原剂含量过少的高温环境中，能够使该区域的电阻增大；在外加电场的作用下，炉心区的温度升高，能够促进炉心区的硅石在较少的炭质还原剂的作用下，即能够开始发生还原反应，因此，能够有效的降低矿热炉的耗能。而在矿热炉的环形边缘区投放质量较小(1.2-1.5：1)的硅石与炭质还原剂，使环形边缘区内的硅石能够在富炭的作用条件下，快速的发生还原反应。

因此，矿热炉内硅石与炭质还原剂的总质量比稳定的情况下，不同区域的炭质还原剂含量不一样，能够提高硅石的反应速率，降低生产过程中所需的能耗。

又进一步地，在上述技术方案中，所述炉心料中硅石与炭质还原剂的质量比为(2.9-3.2)：1，所述环形边缘料中硅石与炭质还原剂的质量比为(1.2-1.35)：1。

更进一步地，在上述技术方案中，所述炉心料中硅石的加入量与所述环形边缘料中硅石的加入量的比为(0.25-0.4)：1。

更进一步地，在上述技术方案中，所述炉心料中铁料的加入量为4.8-7.2wt％，所述环形边缘料中铁料的加入量为7.6-10.0wt％。

更进一步地，在上述技术方案中，所述冶金硅渣的粒径为5-20cm。

更进一步地，在上述技术方案中，所述矿热炉内的冶炼温度为1600-1750℃。

本发明的优点：

(1)本发明所提供的利用冶金硅渣生产硅铁合金的方法可采用硅铁合金冶炼的冶金硅渣直接作为原料，实现了资源的再利用，彻底解决了其填埋或堆放所带来的占地和给环境带来的污染问题，具有显著的社会环保效应；

(2)本发明所提供的利用冶金硅渣生产硅铁合金的方法通过利用冶金硅渣中的单质硅本身就是硅铁中硅组分的物质特性，即能在高温熔融状态下直接熔化进入硅铁组分中，不仅在一定程度上减少了冶炼原料的使用，还大幅度降低了冶炼电耗，实现了硅铁合金生产过程的节能降耗；

(3)本发明所提供的利用冶金硅渣生产硅铁合金的方法对现有技术中硅铁合金生产工艺的改变较小，无需新增设备投资，即可在现有生产设备和工艺技术条件下，大批量规模化地回收利用冶金硅渣直接作为原料来冶炼生产硅铁产品，实施过程方便可控，对现有生产工艺和生产习惯所产生的冲击较小，具有重大的经济效益，实际应用前景广阔。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

以下实施例仅用于进一步说明本发明的内容，不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。

若未特别指明，本发明实施例中所用的实验原料等均可市售获得，若未具体指明。

本发明实施例中所用的技术手段均为本领域技术人员所熟知的常规手段。

实施例1

本发明实施例提供了一种利用冶金硅渣生产硅铁合金的方法，将矿热炉内的冶炼区域划分为炉心区和环形边缘区，按如下表1所示配料入炉。

表1本发明实施例1中所采用的冶炼原料的用量对照表(kg)

其中，冶金硅渣的各元素的检测结果如下表2所示。

表2本发明实施例1中所采用的冶金硅渣的各元素的检测结果表

冶炼过程如下：

(1)入炉冶炼：按上述配比分别称取炉心料和环形边缘料，置于矿热炉内，按冶炼硅铁要求的工艺条件进行冶炼作业；

(2)铁水浇注：对冶炼合格的液态铁水进行扒除炉渣作业后，将铁水浇注于锭模内；

(3)精整去渣：待冷却后进行精整作业去除夹带炉渣，即可制得合格的硅铁产品。

具体地，所述冶炼温度为1700℃。

此外，在配料入炉前，用破碎机将冶金硅渣破碎并筛分至5-20cm，备用。

采用上述条件，硅铁合金生产的指标可达到：电耗为8125千瓦时/吨，综合成本为5710元/吨，单炉产量为40.5吨/日，且产品合格率为95.5％。

实施例2

本发明实施例提供了一种利用冶金硅渣生产硅铁合金的方法，将矿热炉内的冶炼区域划分为炉心区和环形边缘区，按如下表3所示配料入炉。

表3本发明实施例2中所采用的冶炼原料的用量对照表(kg)

其中，冶金硅渣的各元素的检测结果与实施例1中相同。

此外，其冶炼过程与实施例1类似，在此不再赘述。

采用上述条件，硅铁合金生产的指标可达到：电耗为7880千瓦时/吨，综合成本为5500元/吨，单炉产量为42.5吨/日，且产品合格率为98.5％。

实施例3

本发明实施例提供了一种利用冶金硅渣生产硅铁合金的方法，将矿热炉内的冶炼区域划分为炉心区和环形边缘区，按如下表4所示配料入炉。

表4本发明实施例3中所采用的冶炼原料的用量对照表(kg)

其中，冶金硅渣的各元素的检测结果与实施例1中相同。

此外，其冶炼过程与实施例1类似，在此不再赘述。

采用上述条件，硅铁合金生产的指标可达到：电耗为7950千瓦时/吨，综合成本为5680元/吨，单炉产量为41.0吨/日，且产品合格率为96.5％。

对比例1

本发明对比例提供了一种利用冶金硅渣生产硅铁合金的方法，将矿热炉内的冶炼区域划分为炉心区和环形边缘区，按如下表5所示配料入炉。

表5本发明对比例1中所采用的冶炼原料的用量对照表(kg)

其中，冶金硅渣的各元素的检测结果与实施例1中相同。

此外，其冶炼过程与实施例1类似，在此不再赘述。

采用上述条件，硅铁合金生产的指标可达到：电耗为8550千瓦时/吨，综合成本为6180元/吨，单炉产量为37.5吨/日，且产品合格率为78.5％。

对比例2

本发明对比例提供了一种利用冶金硅渣生产硅铁合金的方法，将矿热炉内的冶炼区域划分为炉心区和环形边缘区，按如下表6所示配料入炉。

表6本发明对比例2中所采用的冶炼原料的用量对照表(kg)

其中，冶金硅渣的各元素的检测结果如下表7所示。

表7本发明对比例2中所采用的冶金硅渣的各元素的检测结果表

此外，其冶炼过程与实施例1类似，在此不再赘述。

采用上述条件，硅铁合金生产的指标可达到：电耗为8395千瓦时/吨，综合成本为5950元/吨，单炉产量为38.8吨/日，且产品合格率为81.5％。

对比上述各实施例和对比例的结果可知，本发明实施例所提供的利用冶金硅渣生产硅铁合金的方法通过利用冶金硅渣中的单质硅本身就是硅铁中硅组分的物质特性，即能在高温熔融状态下直接熔化进入硅铁组分中，不仅在一定程度上减少了冶炼原料的使用，还大幅度降低了冶炼电耗，实现了硅铁合金生产过程的节能降耗；且其可采用硅铁合金冶炼的冶金硅渣直接作为原料，实现了资源的再利用，彻底解决了其填埋或堆放所带来的占地和给环境带来的污染问题，具有显著的社会环保效应；该方法利用冶金硅渣生产硅铁合金的方法对现有技术中硅铁合金生产工艺的改变较小，无需新增设备投资，即可在现有生产设备和工艺技术条件下，大批量规模化地回收利用冶金硅渣直接作为原料来冶炼生产硅铁产品，实施过程方便可控，对现有生产工艺和生产习惯所产生的冲击较小，具有重大的经济效益，实际应用前景广阔。

最后，以上仅为本发明的较佳实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。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 (9)

1.一种利用冶金硅渣生产硅铁合金的方法，其特征在于，将矿热炉的冶炼区域分为炉心区和围绕所述炉心区外侧的环形边缘区，将冶金硅渣与冶炼炉料混合均匀后作为炉心料，以冶炼炉料作为环形边缘料，冶炼，扒除炉渣，浇注，精整去渣后即得硅铁合金；

其中，所述冶炼炉料包括硅石、炭质还原剂和铁料，所述冶金硅渣中Si的含量大于30.0wt％，P、Al和Ca的含量分别小于0.02wt％、7.0wt％和7.0wt％，且所述冶金硅渣的加入量占所述炉心料和所述环形边缘料的总量比例小于18wt％。

2.根据权利要求1所述的利用冶金硅渣生产硅铁合金的方法，其特征在于，所述炉心料与所述环形边缘料的质量比为1：(2.0-2.8)，且所述炉心料中冶金硅渣的加入量小于55wt％。

3.根据权利要求2所述的利用冶金硅渣生产硅铁合金的方法，其特征在于，所述炉心料与所述环形边缘料的质量比为1：(2.1-2.55)，所述炉心料中冶金硅渣的加入量为45.5-48.5wt％。

4.根据权利要求1-3任一项所述的利用冶金硅渣生产硅铁合金的方法，其特征在于，所述炉心料中硅石与炭质还原剂的质量比为(2.8-3.5)：1，所述环形边缘料中硅石与炭质还原剂的质量比为(1.2-1.5)：1。

5.根据权利要求4所述的利用冶金硅渣生产硅铁合金的方法，其特征在于，所述炉心料中硅石与炭质还原剂的质量比为(2.9-3.2)：1，所述环形边缘料中硅石与炭质还原剂的质量比为(1.2-1.35)：1。

6.根据权利要求1-5任一项所述的利用冶金硅渣生产硅铁合金的方法，其特征在于，所述炉心料中硅石的加入量与所述环形边缘料中硅石的加入量的比为(0.25-0.4)：1。

7.根据权利要求1-5任一项所述的利用冶金硅渣生产硅铁合金的方法，其特征在于，所述炉心料中铁料的加入量为4.8-7.2wt％，所述环形边缘料中铁料的加入量为7.6-10.0wt％。

8.根据权利要求1-7任一项所述的利用冶金硅渣生产硅铁合金的方法，其特征在于，所述冶金硅渣的粒径为5-20cm。

9.根据权利要求1-8任一项所述的利用冶金硅渣生产硅铁合金的方法，其特征在于，所述矿热炉内的冶炼温度为1600-1750℃。