CN109082494A - 一种利用高纯硅铁粉末生产硅锶合金的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冶炼领域，尤其涉及一种利用高纯硅铁粉末生产硅锶合金的方法。包含如下步骤，原料准备：高纯硅粉：纯度为73‑75%，硅粉中铝、钙总含量小于硅粉总重量的0.05%；金属锶纯度>99%；高纯硅粉熔炼：随机分层加料入感应炉坩埚，至原料全部融化；加入除渣剂，搅拌，聚合后撇出表层渣；分块加入金属锶并搅拌均匀；溶液混合后流出至锭模，表面呈暗红色时夹出，运至加工车间破碎、筛分、成品包装。由于省去高纯硅铁的熔炼用电，成本将大大降低。最后所得物料成分为Si=72%‑75%,Sr=0.6%‑2.2%,Al=0.1%,Ca=0.1%。

Description

一种利用高纯硅铁粉末生产硅锶合金的方法

技术领域

本发明涉及冶炼领域，尤其涉及一种利用高纯硅铁粉末生产硅锶合金的方法。

背景技术

硅锶合金也称锶硅铁，主元素为Si、Sr，Fe余量。主要用作铸造孕育剂，由于Sr在硅铁孕育剂中是最有效的促进孕育元素，当过冷度较大时，有减少共晶团的特殊作用，可减少铸件的缩孔、缩松缺陷。因此常用于薄壁或急冷的高硫、低硫灰铁件，需增加球墨数的球墨铸铁件，特别适于耐蚀铸铁和对铸件表面有严格要求的汽、水压灰铁件。同时硅锶合金中Al,Ca含量调整很低，行渣少，无针孔缺陷，也在精密、特异型铸件的孕育方面具有重要地位。

传统工艺一般是两步法。先在矿热炉或中频炉内生产出低铝低钙硅铁再重融或热兑金属锶制备硅锶合金。1995年，原江苏仪征冶炼厂曾在1.8MW硅铁矿热炉内，以工业碳酸锶为原料进行了一步法含锶硅铁的研究，成功生产出合格的硅锶合金﹛赵晓军.《铁合金》.1995年第三期﹜，但因其炉况复杂工艺较难掌握和产业政策对小型矿热炉的取缔未得到推广。目前主流方法为感应炉内直接采用特殊硅铁（低铝低钙）加金属锶重融法制备硅锶合金。

专利ZL200410059118.8 一种采用炉外充氧降低铝钙生产硅锶合金的冶炼工艺：将硅铁置于中频感应电炉内熔化，熔化后加入硅铁重﹛﹜量2％的造渣剂，在温度升到1550-1600℃时将渣捞净后出炉；将熔液倒入合金包后进行充氧，充氧时间为3-8分钟、充氧压力为0.02-0.05MPa，同时再次加入硅铁重量2-3％的造渣剂，充氧过程中铝钙发生氧化反应，氧化产物与造渣剂结合形成硅酸盐熔渣，使硅铁中铝含量降至0.5％、钙含量降至0.1％以下，捞渣后按照重量配比加入金属锶，待其熔化后搅拌均匀，浇入铸模。按照本技术生产硅锶合金，产品化学成分符合要求，生产的硅锶合金质量稳定；生产中可采用铝、钙含量较高的普通硅铁，普通硅铁货源充足、低，可显著降低硅锶合金的生产成本。

此专利特点实际属于两步法，是以普通硅铁通过氧化法精炼为铝、钙杂质含量较低的特殊硅铁为原料，再加入金属锶重融法制备硅锶合金。普通硅铁，因其铝、钙杂质含量高，必须经过氧化法精炼才能作为硅锶合金的原料。因此这种工艺的缺点：一是制造路径复杂，用时长，作业率低；二是电单耗、物耗高，合金总回收率低，成本高。氧化法精炼，要用到中间包和氧气及其精炼设备，要加入适量的精炼渣，这种方法，除去增加设备和辅料成本外，关键是合金粘包和入渣量较大，致使合金总回收率低。同时在感应炉内加入氧化渣，对炉子冲刷大，炉龄急剧缩短；三是工人劳动强度大。

发明内容

发明的目的：为了提供一种效果更好的利用高纯硅铁粉末生产硅锶合金的方法，具体目的见具体实施部分的多个实质技术效果。

为了达到如上目的，本发明采取如下技术方案：

一种利用高纯硅铁粉末生产硅锶合金的方法，其特征在于，包含如下步骤，

原料准备：高纯硅粉：纯度为73-75%，硅粉中铝、钙总含量小于硅粉总重量的0.05%；金属锶纯度>99%；

高纯硅粉熔炼：随机分层加料入感应炉坩埚，至原料全部融化；加入除渣剂，搅拌，聚合后撇出表层渣；

分块加入金属锶并搅拌均匀；

溶液混合后流出至锭模，表面呈暗红色时夹出，运至加工车间破碎、筛分、成品包装。

本发明进一步技术方案在于，加入除渣剂的时候是按照0.5-1%渣料比的比例加入除渣剂。

本发明进一步技术方案在于，融清撇渣后降负荷即加热部分的功率为零,间隔5-10分钟，测温1250-1300℃的时候加锶；加锶要求分块、迅速、盖罩，谨防火花飞溅伤人；加锶后一是搅拌，二是有渣就要撇净，保证合金纯净和均匀。

本发明进一步技术方案在于，溶液混合后流出至锭模的时候缓慢浇注到大断面锭模中，厚度不能超过60mm，注速过快或超厚，易产生合金偏析，出现质量误差。

采用如上技术方案的本发明，相对于现有技术有如下有益效果：由于高纯硅铁粉末本来杂质含量很低，可不需精炼直接用作原料来生产硅锶合金。既变废为宝，循环利用，又可控制杂质含量，达到用户要求；省去精炼环节，提高了炉次作业率和合金总回收率，降低制造成本。此法也适于用低铝低钙硅铁（特殊硅铁）粉末一步法重融硅锶合金。更适于矿热炉外精炼高纯硅铁的熔融铁液直接重融金属锶来制备高等级硅锶合金工艺，由于省去高纯硅铁的熔炼用电，成本将大大降低。最后所得物料成分为Si=72%-75%,Sr=0.6%-2.2%,Al=0.1%,Ca=0.1%。

具体实施方式

本专利提供多种并列方案，不同表述之处，属于基于基本方案的改进型方案或者是并列型方案。每种方案都有自己的独特特点。

主要原料及要求：高纯硅粉 ：SI 73-75% ,Al、Ca<0.05%，青海百通集团；金属锶：Sr>99%，重庆元和金属公司。

主要设备：1000Kg中频感应炉及相关出铁设备

工器具：撇渣器，清渣铲，铁锨，330测温仪，搅拌器，钢钎若干，X荧光光谱仪及相关化验设备。

1、原料准备：按每炉450Kg合金，其中高纯硅粉合金收得率90-98%，金属锶收得率75-90%计算原料量，按渣铁比3-5%计算除渣剂，计量后运达操作平台。

2、高纯硅粉熔炼：根据融化状况给足功率，随机分层加料入炉，至原料全部融化。

3、加入除渣剂，搅拌，聚合后撇出。

4、降负荷后，测温仪入炉测温。

5、分块加入金属锶并搅拌均匀。

6、出铁至锭模，表面呈暗红色时夹出，运至加工车间破碎、筛分、成品包装。

过程节点描述

1、一般地，高纯硅粉熔炼合金回收率为95%，加入金属锶收得率为82%。

2、感应炉坩埚与铸造冶炼基本相同，炉衬成型后底直径480mm，上口直径500mm，高820mm。感应炉直接熔炼硅粉特点：因高纯硅粉的特殊性，熔炼初始阶段，负荷上升缓慢。随炉内铁液增加，负荷渐次自行增加至最大。故应重视分层加料的科学性，注意每次加料与给负荷的合理配置，否则融速慢，炉衬粘接严重，造成炉内“架桥打洞”炉况恶化，炉龄减少。一般地，450Kg硅粉在75分钟融清，最大负荷出现在炉容的2/3后。正常炉龄50-150炉次，电单耗1600-1900Kwh。

3、按0.5-1%渣铁比加入除渣剂，搅拌去渣。

4、根据锶的熔点T=769℃ ，沸点T=1384℃，容易烧损，入炉融化后有少许红色火花逸出。因此降温加锶很关键。一般的，融清撇渣后降负荷为零,间隔5-10分钟，测温1250-1300℃加锶。加锶要求分块、迅速、盖罩，谨防火花飞溅伤人。加锶后一是搅拌，二是有渣就要撇净，保证合金纯净和均匀。

5、随流出铁，缓慢浇注到大断面锭模中，厚度不能超过60mm，注速过快或超厚，易产生合金偏析，出现质量误差。

6、破碎造粒过程中，有可能使主元素Si下降0.5-1.0%,Sr降低0.05-0.2%，尤其是0.2-0.8mm级别产品。应在配料时给予关注和调整。

7、对于0.2mm以下的硅锶粉，可以在附加少量金属锶的条件下继续回炉冶炼为合格产品。

产品质量检验：

1.脱模后的大块产品，按5点法规范取固体样，破碎缩分研磨，压片机制样，入X荧光光谱仪快速分析，获得该炉次产品的Si.Al.Ca.P.S.C.Ti等元素含量。

2.每炉化验一次，差异大者复样一次。分类堆放，分类破碎后每批产品综合化验一次，分类包装检斤。

3.此工艺生产的硅锶合金，一般可达到：Si65-75%,Sr0.6-10%，Al0.02-0.1%，Ca0.02-0.1%,其他杂质较用户要求更低。

4.此法也适于利用低铝低钙硅铁（特殊硅铁）粉末一步法重融金属锶生产硅锶合金。更适合矿热炉外精炼高纯硅铁的熔融铁液直接重融金属锶，制备高等级硅锶合金工艺，由于省去了高纯硅铁的熔炼用电，成本将大大降低。

关于试研产品生产记录和质量分析情况

1、生产记录：试研新产品：硅锶合金，

要求质量：Si>73%，Sr=2-3.0%, Al.Ca<0.1%

重量200Kg

原料：青海百通集团公司高纯硅铁粉（低钛低铝低钙硅铁），Si73.65%.Al0.1%.Ca0.1%.P0.02%.S0.04%.Ti0.08%

金属锶:山西五台云海镁业100Kg Sr>99.0%.Si0.003%.Ca0.06% 铁桶50Kg包装，内含2.5Kg/块*20块 ，每块裹铝包装。

1号炉，800KVA ，串联式，炉容500Kg

冶炼炉次：5炉

2、冶炼过程：每炉450Kg,第一炉附加量50Kg

3、 分炉实物量及化验记录

重量加权平均锶含量： Sr=2.679%

重量加权平均锶回收率：82.65%

入炉原料量：高纯硅铁粉450*5+50=2300Kg

金属锶2.5Kg*6块*5炉=75Kg

合计2375Kg

合金回收率：96.42%

原料：百通高纯硅粉，重庆金属锶块。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的范围内。

Claims (4)

1.一种利用高纯硅铁粉末生产硅锶合金的方法，其特征在于，包含如下步骤，

原料准备：高纯硅粉：纯度为73-75%，硅粉中铝、钙总含量小于硅粉总重量的0.05%；金属锶纯度>99%；

高纯硅粉熔炼：随机分层加料入感应炉坩埚，至原料全部融化；加入除渣剂，搅拌，聚合后撇出表层渣；

分块加入金属锶并搅拌均匀；

溶液混合后流出至锭模，表面呈暗红色时夹出，运至加工车间破碎、筛分、成品包装。

2.如权利要求1所述的一种利用高纯硅铁粉末生产硅锶合金的方法，其特征在于，加入除渣剂的时候是按照0.5-1%渣料比的比例加入除渣剂。

3.如权利要求1所述的一种利用高纯硅铁粉末生产硅锶合金的方法，其特征在于，融清撇渣后降负荷即加热部分的功率为零,间隔5-10分钟，测温1250-1300℃的时候加锶；加锶要求分块、迅速、盖罩，谨防火花飞溅伤人；加锶后一是搅拌，二是撇渣，保证合金纯净和均匀。

4.如权利要求1所述的一种利用高纯硅铁粉末生产硅锶合金的方法，其特征在于，溶液混合后流出至锭模的时候缓慢浇注到大断面锭模中，厚度不能超过60mm，注速过快或超厚，易产生合金偏析，出现质量误差。