CN1100149A

CN1100149A - 矿热炉冶炼铁合金的方法及其所用的碳质还原剂

Info

Publication number: CN1100149A
Application number: CN 94114896
Authority: CN
Inventors: 崔新东; 鞠远峰; 谢作桢
Original assignee: CRYSTALLINE SILICON FACTORY HUBEI PROV
Current assignee: Hubei Wall Technology Co., Ltd.
Priority date: 1994-08-18
Filing date: 1994-08-18
Publication date: 1995-03-15
Anticipated expiration: 2014-08-18
Also published as: CN1032975C

Abstract

一种新型的用于矿热炉法的碳质还原剂，其中含 8～50％(重量)的挥发分，其粒度小于10mm，而其中粒度小于5mm的部分占该还原剂总量的50％以上，及使用该还原剂冶炼铁合金的矿热炉法。该法可利用粒度小于5mm的焦粉，从而提高了铁合金的生产率，并可采用除冶金焦之外的其它廉价的碳质还原剂。

Description

本发明涉及矿热炉冶炼铁合金的方法，并涉及用于该法的碳质还原剂。

矿热炉法是目前用于生产铁合金的常规方法，该法适用于生产硅铁、碳素锰铁、碳素铬铁、硅铬合金等铁合金。用于该法的碳质还原剂应是灰份低、气孔率大、化学活性好、比电阻高、在高温下有一定的机械强度的碳素材料。可供选择的材料比如有木炭、石油焦、沥青焦、煤气焦、冶金焦、烟煤及无烟煤等。但从理化性能和经济合理性综合考虑，目前在矿热炉法中所用的碳质还原剂主要是冶金焦。尽管日本、挪威、德国、美国及前苏联等国家除冶金焦以外还按不同的比例配加了烟煤、木片、无烟煤和半焦来提高碳质还原剂的比电阻和透气性（见《铁合金冶金学》，李春德编，1991，5，第一版，P.19），但冶金焦仍然是其中的主要组成部分。然而冶金焦并不是理想的，用于矿热炉法的还原剂，因为其气孔率低，因而透气性差，所以将其用于矿热炉法中时对其粒度有一定的限制。例如对容量为12500KVA的电炉，要求焦炭粒度为5～18mm;容量为400～1800KVA的电炉，要求焦炭粒度为1～18mm，而且其中1～3mm粒度者不大于20%（见上述的《铁合金冶金学》，P.19）。限制了焦碳的粒度即牺牲了焦炭的比电阻及其反应表面积，结果降低了生产率、增加了电耗。而且相对于其它碳质还原剂，冶金焦的价格昂贵，同时在加工焦炭粒时形成的粒度小于5mm的焦粉不能用作还原剂而被弃之，这不但造成很大浪费，同时还污染了环境。尽管在上述的小容量电炉中允许使用粒度3mm以下的焦炭，但这并不意味着这种细焦粒（焦粉）会给矿热炉生产带来任何有益效果，这样的规定只不过是考虑到加工焦炭的实际困难，即不可能以经济的方法将小于5mm的焦粉充分除去，而是在技术上作的一定让步和宽容。就矿热炉运行的理想状态而言，焦炭的粒度应为5～18mm（生产硅铁及硅铬合金），对于生产碳素锰铁或碳素铬铁为5～25mm（见《铁合金及合金添加剂手册》，陆友琪等编，1990年12月出版）。本申请人的已授权的专利CN87104601A中虽然公开过在冶炼高纯硅铁时，优先选用粒度为0～5mm的石油焦作碳质还原剂，但就该专利技术而言，首先它主要只适用于生产高纯硅铁，此外，采用该专利技术的碳质还原剂时，由于石油焦极易石墨化，所以必须将矿热炉温度升到1000℃以上时方可加料，否则将产生炉底上涨而炉况恶化等问题。所以以石油焦作还原剂时要求很苛刻的反应条件。如何在不存在透气性差的前提下，将粒度小于5mm的焦粉或其它碳质还原剂用于普通的矿热炉，在其反应过程中充分利用其比电阻高，反应表面积大的优点及选用更为便宜的碳质还原剂是急待解决的问题。

因此，本发明的目的是提供一种利用粒度小于5mm的碳质还原剂进行矿热炉冶炼铁合金的方法。

本发明的另一目的是提供一种利用粒度小于10mm，其中小于5mm的部分大于50%，而透气性反应性均好的用于矿热炉法的碳质还原剂。

本发明是这样实现的：

1、提供一种用于矿热炉生产铁合金的碳质还原剂，该还原剂由基本上不含挥发份的碳质材料和含有20～70%（重量）挥发份的碳质材料组成，其中挥发份占该还原剂总量的8～50%（重量），所述还原剂的粒度小于10mm，而且其中粒度小于5mm的部分占该还原剂总量的50%（重量）以上。

该还原剂中所述的基本上不含挥发份的碳质材料为选自由冶金焦、兰炭、无烟煤和沥青焦组成的物组中的一种或几种;

其中所述的含20～70%（重量）挥发份的碳素材料是选自由泥煤、褐煤和烟煤所组成的物组中的一种或几种;

对于挥发份为8～50%（重量）的碳素材料则可将其直接用作本发明的还原剂而无需配加其它材料;

所述还原剂的粒度最好是小于5mm，而其中粒度小于3mm的部分为该还原剂总量的50%（重量）以上;

所述的含20～70%（重量）挥发份的碳素材料还可以是木屑和/或粒度不大于100mm的一年生植物桔杆;

2、提供一种用于矿热炉生产铁合金的方法，该法以矿石作为合金元素源，以上述的还原剂作碳质还原剂进行冶炼。

本说明书中所用术语“基本上不含挥发份的碳质材料”指的是其挥发份含量小于2%（重量）的碳质材料。

在上述的碳质材料还原剂中，基本上不含挥发份的碳素材料主要作用是提供还原合金元素的碳源，而含20～70%（重量）挥发份的碳素材料，除用作提供还原合金元素的碳源外，主要用于改善炉料的透气性。所述的还原剂的粒度小，则使比电阻增大，反应表面积增大，使电耗下降，生产率提高，而且低强度的碳质材料可得到充分的利用。比如，由于该还原剂粒度很小，则可大量使用固定碳高，灰份少，价格低廉的无烟煤而无需顾虑其在加热过程中爆裂及强度不足的问题。

另外本发明的还原剂中的挥发份含量若低于8%时，虽可以进行冶炼，但透气性不好，操作困难，而其高于50%时，冶炼也可以进行，但由于挥发份逸出过多而浪费了还原剂。因此，本发明的还原剂中的挥发份含量以8～50%（重量）为宜。

本发明的碳质还原剂的制备步骤是：将基本上不含挥发份的碳质材料和含20～70%的碳质材料进行破碎、筛分，使其粒度小于10mm，而且其中小于5mm的部分在50%以上。分别测上述二者的水份、挥发份，固定碳和灰份然后按化学试剂配制的原理进行计算配份，再进行均匀混合。

根据上述配好的还原剂的固定碳含量和对合金元素含量的要求为基准，计算各种原料用量，将混配好的炉料加入矿热炉内冶炼。由于还原剂粒度很细，用前可喷上些自来水，以达到加料不扬尘为止。

采用本发明的矿热炉法及本发明的碳质还原剂，使过去被废弃的粒度小于5mm的焦粉得到应用，同时改善了生态环境。用价格低廉的碳质还原剂部分或全部地取代现有技术的冶金焦已成为可能，从而使铁合金的生产成本大幅度下降。

实施例1

以冶炼75硅铁为例

还原剂计算条件：

1、以100公斤硅石为单位进行计算，硅石中SiO₂的含量为98%。

2、目标合金元素的成份为：Si＝75%，Fe＝23%，其它杂质2%。

3、铁屑含铁量98%。

4、冶金焦炭的固定碳为84%，挥发分为2%。

5、烟煤固定碳为50%，挥发分为40%。

将70%的上述焦炭加上30%的上述烟煤破碎筛分而得到混合均匀，挥发分为13.4%，固定碳为73%，粒度小于10mm，其中小于5mm的部分为80%的还原剂。

由硅石中还原SiO₂所需的还原剂量为： 39.2/(0.9×73%) ＝59.66（此计算结果视为60）

以上计算均以干料为准

炉料配比为：

硅石∶还原剂∶钢屑＝100∶60∶12.3

将上述三种原料配好，混合均匀，按矿热炉法进行冶炼，操作顺利。所得产品成分为：Si＝75.5%，Al＝1.8%，C＝0.1%，S＝0.03%，P＝0.04%。

以上均为%（重量）

实施例2

除还原剂的品种变化外，其它条件同实施例1。

还原剂采用烟煤。其固定碳为62%，挥发份为32%，粒度小于5mm的部分为80%。

炉料配比为：

硅石∶烟煤∶钢屑＝100∶72-76∶12

将上述三种原料配好，混合均匀，若还原剂特别干燥加料前，适当喷些自来水，达到加料时不扬尘为止，以减少粉料的过多损失。此操作同样适用于实施例1和实施例2。所得产品的化学成分为：Si＝74.8%，AL＝2.0%，C＝0.1%，S＝0.03%，P＝0.04%。

以上均为%（重量）。

Claims

1、用于矿热炉生产铁合金的碳质还原剂，其特征在于，它由基本上由不含挥发份的碳质材料和含有20～70%(重量)挥发份的碳质材料组成，其中挥发份占该还原剂总量的8～50%(重量)，所述还原剂的粒度小于10mm，而其中粒度小于5mm的部份占该还原剂总量的50%(重量)以上。

2、权利要求1的还原剂，其特征在于所述的基本上不含挥发份的碳质材料为选自由冶金焦、兰炭、无烟煤和沥青焦组成的物组中的一种或几种。

3、权利要求1的还原剂，其特征在于所述的含20～70%（重量）挥发份的碳素材料是选自由泥煤、褐煤和烟煤所组成的物组中的一种或几种。

4、权利要求1的还原剂，其特征在于它只由含挥发份为8～50%（重量）碳质材料组成。

5、权利要求1的还原剂，其粒度小于5mm，其中粒度小于3mm的部分为该还原剂总量的50%（重量）以上。

6、权利要求1的还原剂，其中的含挥发份20～70%（重量）的碳质材料还可以是木屑和/或一年生的植物桔杆，其粒度为小于100mm。

7、一种矿热炉生产铁合金的方法，该法以矿石作为合金元素源，用碳素还原剂将其还原，以固定碳和对合金元素含量要求为基准，计算各种原料用量，将混配好的炉料加入矿热炉内进行冶炼，其特征在于所述还原剂由基本上不含挥发份的碳质材料和含有20～70%（重量）挥发份的碳质材料组成，其中挥发份占该还原剂总量的8～50%（重量），所述还原剂的粒度小于10mm，而其中粒度小于5mm的部分占该还原剂总量的50%（重量）以上。

8、权利要求7的方法，其特征在于所述的基本上不含挥发份的碳质材料为选自由冶金焦、兰炭、无烟煤和沥青焦组成的物组中的一种或几种。

9、权利要求7的方法，其特征在于所述的含20～70%（重量）挥发份的碳素材料是选自由泥煤、褐煤和烟煤所组成的物组中的一种或几种。

10、权利要求7～9中任一项所述的方法，其中所述的碳质还原剂的粒度小于5mm，其中小于3mm的部分占该还原剂总量的50%（重量）以上。

11、权利要求7的方法，其中的含挥发份20～70%（重量）的碳质材料还可以是木屑和/或一年的生植物桔杆，其粒度小于100mm。

12、权利要求7的方法，其中所述的铁合金为硅铁、碳素锰铁、碳素铬铁和硅铬合金。