CN111363921A

CN111363921A - 一种硅钡钙系多元合金的制备方法

Info

Publication number: CN111363921A
Application number: CN202010272704.XA
Authority: CN
Inventors: 魏创林; 郭曙强; 朱永东; 汪学广; 王凯; 尚兴付; 魏伟; 丁伟忠; 魏佳新; 魏波; 李健仁; 寇娟
Original assignee: Shizuishan Baoma Xingqing Special Alloy Co ltd
Current assignee: Shizuishan Baoma Xingqing Special Alloy Co ltd
Priority date: 2020-04-09
Filing date: 2020-04-09
Publication date: 2020-07-03
Anticipated expiration: 2040-04-09
Also published as: CN111363921B

Abstract

本发明提供了一种硅钡钙系多元合金的制备方法，首先，利用电石渣，铁合金厂回收除尘粉和兰炭矿热炉内制得硅钙系多元合金；其次，在精炼炉中加入毒重石、兰碳、硅石粉和铁合金厂回收除尘粉，得到硅钡多元合金溶液；最后，将硅钙系多元合金粉碎成粉末后，随着惰性气体吹入精炼炉中的硅钡多元合金溶液中，最终得到可以作为铸钢件、铸铁件生产的孕育剂使用的硅钡钙系多元合金。

Description

一种硅钡钙系多元合金的制备方法

技术领域

本发明涉及一种多元合金的制备方法，尤其涉及一种硅钡钙系多元合金的制备方法。

背景技术

铸铁主要由铁、碳和硅组成的合金的总称。在这些合金中，含碳量超过在共晶温度时能保留在奥氏体固溶体中的量，孕育处理就是在铁液进入铸件型腔前，把孕育剂附加到铁液中以改变铁液的冶金状态，从而改善铸铁的显微组织和性能。

现有技术中用于生产制备硅钡钙系多元合金普遍采用的方法是：在矿热炉或中频炉中加入石英石、钡矿石、碳质还原剂、生石灰加热融化，再精炼调节化学成分。实际上，矿热炉体积庞大，加入的原料很难保证充分熔合，最终导致孕育剂中关键元素含量不达标的情况时有发生，且制备孕育剂所需能耗巨大，生产周期长，生产成本较高。虽然可以通过采用中频炉生产，解决上述技术问题，但现有的生产方法多数以钡矿石作为钡元素的来源，以生石灰作为钙元素的来源，同时加入生铁或废钢或废铁等作为铁元素的来源，生产成本较高、且耗能高，不经济环保。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在的问题，利用电石渣和铁合金厂回收除尘粉作为孕育剂中钙元素和铁元素的来源，提出了一种更加灵活的硅钡钙系多元合金的制备方法。该方法包括如下步骤：

步骤一：将电石渣加入到矿热炉中，加热至850℃至950℃，经过4至6小时的保温后，得到含量大于80％的氧化钙，可以通过实验检测，确定本批次氧化钙的准确含量；

步骤二：继续向矿热炉内加入硅石粉、铁合金厂回收除尘粉、兰炭，加热至1800℃至2100℃直到原料呈熔融状态，保温10至30分钟后出炉，得到高钙的硅钙系多元合金，并将硅钙系多元合金破碎至微粉状；可以通过实验手段，对硅钙系多元合金中的Si、Fe、Ca、Al的含量进行确定。

步骤三：在精炼炉中加入毒重石、兰炭、硅石粉和铁合金厂回收除尘粉，加热至1700℃至1780℃，得到硅钡多元合金溶液，得到硅钡多元合金溶液；

步骤四：并向炉中通入氩气，在真空状态下将步骤二所得产物，随氩气一起喷入步骤三所得的硅钡多元合金溶液中，重新熔融为硅钡钙系多元合金。

进一步地，所述电石渣中各主要成分质量百分比为：80％≤Ca(OH)₂≤90％，3.5％≤SiO₂≤8％,1.6％≤Al₂O₃≤2.5％。

进一步地，所述步骤二和步骤三中加入的铁合金厂回收除尘粉主要为含硅的多元合金废料，其中各主要成分质量百分比为：50％≤Si≤60％,0.2％≤Mn≤0.6％,0.05％≤Cr≤0.2％,40％≤Fe≤50％。

进一步地，所述步骤二和步骤三所用硅石粉中各主要成分质量百分比为：76％≤SiO₂≤96％，1％≤Al₂O₃≤5％，0.5％≤Fe₂O₃≤5％，0.3％≤MgO≤3％。

进一步地，所述步骤三中加入的毒重石各主要成分质量百分比为：50％≤BaCO₃≤95％。

进一步地，用于实施所述步骤三和步骤四加料动作的装置，包括：盛装所述步骤三中毒重石、兰碳、硅石粉和铁合金厂回收除尘粉的渣料仓，盛装所述步骤四中硅钙系多元合金粉末的粉料仓，渣料仓下方设置有密斗传输机，用于将渣料仓内的物料提升并从出料口送入精炼炉中，精炼炉上还设有粉料进料管，粉料进料管的输入端在进料时与粉料仓连通，粉料进料管与精炼炉内的连接部分为进料钢管，粉料进料管与粉料仓连通的部分为进料软管。

进一步地，所述粉料仓，渣料仓和密斗传输机均设置于轨道小车上方，轨道小车可沿着钢轨的铺设方向移动，以便加料时加料装置的出料口可以与精炼炉对接，完成加料后使出料口远离精炼炉上方。

本发明的技术效果在于：

(1)可以大规模地回收利用电石渣，变废为宝，延伸工业废渣的资源价值链，本发明在制备炼钢、炼铁用孕育剂硅钙钡系多元合金的过程中，首先用矿热炉制备硅钙系多元合金，可一次性使用大量的电石渣，解决了电石渣回收能力和效率。

(2)本发明在制备炼钢、炼铁用孕育剂硅钙钡系多元合金的过程中，对于形成硅钙系多元合金溶剂相的合金成分也是规模化地加入了铁合金厂回收来的除尘粉，由于这种除尘粉中存在高纯度的合金成分，和常规技术中加入废钢废铁相比，其更加经济环保。

(3)由于炼钢、炼铁用孕育剂硅钙钡系多元合金中钙含量为2％～6％之间，通过采用本发明步骤一和步骤二在矿热炉中冶炼硅钙系多元合金，步骤三和步骤四在精炼炉中冶炼最终的硅钙钡系多元合金合金，化解了电石渣的资源回收量与制品低钙含量之间的矛盾，而且矿热炉中硅钙系多元合金合金也可作为成品对外销售。

(4)硅钙系多元合金合金制备完成后，进一步地在精炼炉中制备硅钙钡系多元合金合金，可以大幅度降低电耗，同时，便在精炼在熔炼过程中多次对融溶金属液进行成分检测，并以检测结果为依据，调整各物料的加入比例，确保最终产物的化学成分得到精确地控制。

(5)通过向精炼炉中通过喷粉技术加入硅钙系多元合金合金，并且在喷粉的过程中通入氩气，一方面通过喷粉的方式可以让硅钙系多元合金合金粉末瞬间在高温溶剂中熔化，降低了钙的烧损，另一方面通入氩气可显著降低钙的氧化。

附图说明

图1是本发明中精炼过程的设备布局图。

图中，1.粉料仓，2.渣料仓，3.密斗传输机，4.轨道小车，5.钢轨，6.出料口，7.粉料进料管，8.精炼炉，71.进料钢管，72.进料软管；

具体实施方式

下面结合图1至对本发明的实施方式进行说明。

实施例1：

步骤一：向矿热炉内加入Ca(OH)₂含量为80％的电石渣，反应生成CaO；

步骤二：继续向矿热炉内加入SiO₂含量为80％的硅石粉，Si含量为60％的铁合金厂回收除尘粉和兰炭。由于Ca元素在高温的矿热炉中损耗较大，因此我们将添加过量Ca(OH)₂进矿热炉反应，上述各物料质量比例为：46份电石渣，30份硅石粉，7份铁合金厂回收除尘粉，15份兰炭，从而制得到硅钙多元合金，并将其粉碎至微粉状备用。经实验室测得该硅钙多元合金中：Si含量为59％，Ca的含量为33％，其为Fe。

步骤三：向精炼炉8中加入BaCO₃含量为50％的毒重石，SiO₂含量为80％的硅石粉，Si含量为60％铁合金厂回收除尘粉和兰炭。由于步骤二制得的硅钙多元合金中Si的含量仅为59％，需要增加步骤三中硅石粉的加入量，因此，步骤三各物料质量比例为：14份毒重石，124份硅石粉，26份铁合金厂回收除尘粉，34份兰炭；从而制得到硅钡多元合金。

步骤四：将与48份粉碎后的硅钙多元合金从粉料进料管7中逐渐加入到精炼炉8。熔炼过程中经过多次的成分检测和成分调节，最终得到硅钡钙系多元合金；经实验室测得该硅钡钙系多元合金中各主要成分质量百分比为：Si为68％，Ba为5％，Ca为5％，Fe为22％，Al＜2％。

实施例2：

步骤二：继续向矿热炉内加入SiO₂含量为90％的硅石粉，Si含量为50％铁合金厂回收除尘粉和兰炭，由于Ca元素在高温的矿热炉中损耗较大，因此我们将添加过量Ca(OH)₂进矿热炉反应。上述各物料质量比例为：18.5份电石渣，26.5份硅石粉，6份铁合金厂回收除尘粉，10份兰炭，从而制得到硅钙多元合金，并将其粉碎至微粉状备用。经实验室测得该硅钙多元合金中：Si含量为70％，Ca的含量为18％，其为Fe。

步骤三：向精炼炉8中加入BaCO₃含量为90％的毒重石，SiO₂含量为90％的硅石粉，Si含量为50％铁合金厂回收除尘粉和兰炭。由于步骤二制得的硅钙多元合金中Si的含量为79％，需要降低步骤三中硅石粉的加入量，因此，步骤三各物料质量比例为：4份毒重石，108份硅石粉，24份铁合金厂回收除尘粉，25份兰炭；从而制得到硅钡多元合金。

步骤四：将与37份粉碎后的硅钙多元合金从粉料进料管7中逐渐加入到精炼炉8，熔炼过程中经过多次的成分检测和成分调节，。最终得到硅钡钙系多元合金；经实验室测得该硅钡钙系多元合金中各主要成分质量百分比为：Si为74％，Ba为3％，Ca为2％，Fe为20％，Al＜2％。

图1示意了步骤三至步骤四的反应装置和加料装置，反应装置为精炼炉8，其余为加料装置，加料装置包括：盛装所述步骤三中毒重石、兰碳、硅石粉和铁合金厂回收除尘粉的渣料仓2，盛装所述步骤四中硅钙系多元合金粉末的粉料仓1，渣料仓2下方设置有密斗传输机3，用于将渣料仓2内的物料提升并从出料口6送入精炼炉8中，精炼炉8上还设有粉料进料管7，粉料进料管7的输入端在进料时与粉料仓1连通，粉料进料管7与精炼炉8内的连接部分为进料钢管71，粉料进料管7与粉料仓1连通的部分为进料软管72；所述粉料仓1，渣料仓2和密斗传输机3均设置于轨道小车4上方，轨道小车4可沿着钢轨5的铺设方向移动。

其中，粉料仓1中可通入高压氮气或氩气等惰性气体，使其内部的物料通过粉料进料管7随着惰性气体一并吹入精炼炉8内，粉料进料管7与精炼炉8接触的一端为进料钢管71，以便插入已经熔融的料液中，避免粉料漂浮在熔融的料液表层而无法完全熔合的情况出现；靠近粉料仓1一端的进料软管72与进料钢管71为可拆卸连接，当精炼炉内需要通入氧气时，可将进料钢管71与高压氧气罐连通。

工作原理：步骤一，利用电石渣制备氧化钙，其中，电石渣是电石水解获取乙炔气后的以氢氧化钙为主要成分的废渣，为了除去电石渣中的水分，将电石渣在矿热炉内煅烧，使其转化为氧化钙，作为孕育剂中钙元素的来源。

步骤二，继续向矿热炉中加入铁合金厂回收除尘粉、硅石粉和兰炭，兰炭作为还原剂还原出铁合金厂回收除尘粉、硅石粉和氧化钙中的合金元素，硅元素和钙元素，形成硅钙系多元合金，出炉冷却后破碎至微粉状。

步骤三，在精炼炉8中加入毒重石，硅石粉和铁合金厂回收除尘粉，利用兰炭作为还原剂，将铁合金厂回收除尘粉、硅石粉和毒重石中的合金元素，硅元素和钡元素置换出来，形成硅钡系多元合金熔液。

步骤四，最后，将步骤二制得的硅钙系多元合金粉末随着惰性气体，从粉料进料管7中吹入精炼炉内融熔，即可得到硅钡钙系多元合金。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种硅钡钙系多元合金的制备方法，该方法用于制备炼钢炼铁用孕育剂的硅钡钙系多元合金，各成分的质量百分比为：67％≤Si≤75％，1％≤Ba≤6％，2％≤Ca≤6％，0≤Al≤2％，其余为Fe，其特征在于：

步骤一：将电石渣加入到矿热炉中，加热至850℃至950℃，经过4至6小时的保温后，得到含量大于80％的氧化钙；

步骤二：继续向矿热炉内加入硅石粉、铁合金厂回收除尘粉、兰炭，加热至1800℃至2100℃直到原料呈熔融状态，保温10至30分钟后出炉，得到高钙的硅钙系多元合金，并将硅钙系多元合金破碎至微粉状；

步骤三：在精炼炉(8)中加入毒重石、兰炭、硅石粉和铁合金厂回收除尘粉，加热至1700℃至1780℃，得到硅钡多元合金溶液；

2.根据权利要求1所述的硅钡钙系多元合金的制备方法，其特征在于，所述电石渣中各主要成分质量百分比为：80％≤Ca(OH)₂≤90％，3.5％≤SiO₂≤8％,1.6％≤Al₂O₃≤2.5％。

3.根据权利要求1所述的硅钡钙系多元合金的制备方法，其特征在于，所述步骤二和步骤三中加入的铁合金厂回收除尘粉主要为含硅的多元合金废料，其中各主要成分质量百分比为：,50％≤Si≤60％,0.2％≤Mn≤0.6％,0.05％≤Cr≤0.2％,40％≤Fe≤50％。

4.根据权利要求1所述的硅钡钙系多元合金的制备方法，其特征在于，所述步骤二和步骤三所用硅石粉中各主要成分质量百分比为：76％≤SiO₂≤96％，1％≤Al₂O₃≤5％、0.5％≤Fe₂O₃≤5％，0.3％≤MgO≤3％。

5.根据权利要求1所述的硅钡钙系多元合金的制备方法，其特征在于，所述步骤三中加入的毒重石各主要成分质量百分比为：50％≤BaCO₃≤95％。

6.根据权利要求1所述的硅钡钙系多元合金的制备方法，其特征在于，用于实施所述步骤三和步骤四加料动作的装置，包括：盛装所述步骤三中毒重石、兰碳、硅石粉和铁合金厂回收除尘粉的渣料仓(2)，盛装所述步骤四中硅钙系多元合金粉末的粉料仓(1)，渣料仓(2)下方设置有密斗传输机(3)，用于将渣料仓(2)内的物料提升并从出料口(6)送入精炼炉(8)中，精炼炉(8)上还设有粉料进料管(7)，粉料进料管(7)的输入端在进料时与粉料仓(1)连通，粉料进料管(7)与精炼炉(8)内的连接部分为进料钢管(71)，粉料进料管(7)与粉料仓(1)连通的部分为进料软管(72)。

7.根据权利要求6所述的硅钡钙系多元合金的制备方法，其特征在于，所述粉料仓(1)，渣料仓(2)和密斗传输机(3)均设置于轨道小车(4)上方，轨道小车(4)可沿着钢轨(5)的铺设方向移动。