CN115029555A - 一种利用工业固废生产制备超低碳硅基多元合金的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用工业固废生产制备超低碳硅基多元合金的方法,用于制备C≤0.03%的超低碳硅基多元合金,是根据欲生产的硅基多元合金成分要求,按比例称量经过破碎粘结后的硅泥、硅渣和微硅粉以及低碳废钢,以及剩余成分的其他金属合金或纯金属,在第一熔炼温度1550℃~1600℃熔炼30分钟以上形成合金熔融液,再升温至第二熔炼温度1730℃~1750℃熔炼10~20分钟,对制备的合金液取样进行成分检测合格后,则将熔融金属液自然降温至1500℃~1600℃静置保温10分钟以上出炉浇注。本发明提供的利用工业固废生产制备超低碳硅基多元合金的方法充分利用工业废渣及熔炼温度控制工艺,去除熔融液体中的碳元素,实现了超低碳硅基多元合金的制备。
Description
技术领域
本发明属于硅基多元合金制备领域,涉及超低碳硅基多元合金的方法,具体是一种利用工业固废生产制备超低碳硅基多元合金的方法。
背景技术
目前生产硅基微合金孕育剂的主要工艺技术路线有两种:
第一种是冶炼技术制备工艺,首先在矿热炉中加入富硅的矿石、还原质焦炭、废钢/废铁/铁屑,在电极糊放电引弧作用下熔化形成硅铁,该生产环节电耗达到8200kwh/t,生产吨产品碳使用量比例为1:1.1-1.3,吨产品折标准煤为 1.227;再将熔炼好的硅铁合金液倒入精炼炉中进行精炼,加入脱碳剂、脱磷剂、脱硫剂、脱氧剂等降低有害元素含量,再根据目标产物的化学成分要求进行成分调节,最终形成硅基微合金孕育剂,在精炼环节,电耗大约为4800kwh/t,合计生产吨产品电耗约为13000kwh/t。但目前行业内采用该工艺方法生产的硅基微合金孕育剂,碳含量最低能控制到0.1%左右,无法实现超低碳(碳含量小于0.03%)的技术水平。
第二种是熔炼工艺制备硅基微合金孕育剂,原料直接使用外购的70~80 牌号的硅铁,然后在精炼炉进行精炼制备成品,精炼工序和第一种工艺技术中的精炼工艺相同,吨产品电耗为4800kwh/t,最终制得的产品,碳含量最低能控制到0.1%左右,也无法实现超低碳(碳含量小于0.03%)的技术水平,由于外购原料成本较高,因此利润空间小。
如公开号为:CN105088052A,名称为:一种利用光伏行业切割废料生产硅铁合金方法的发明专利,充分利用了光伏行业切割多/单晶硅过程中产生的大量微硅粉废料,通过回收聚乙二醇和碳化硅再利用,以剩下的硅和二氧化微硅粉固废作原料,与兰炭和氧化铁皮按照一定的比例投入到电炉内,冶炼出硅铁合金。冶炼过程的主要原理基于以下的化学方程式:
2FeO+Si=2Fe+SiO2
SiO2+C=Si+CO2
采用该专利方法每生产1吨合格硅铁合金电耗只有5000度,比采用硅石,焦炭和氧化铁为原料进行冶炼相比,节省能耗28.6%~37.5%。但该专利技术仍然通过添加碳质还原剂,基于还原反应实现硅、铁元素的还原,实现硅铁合金的冶炼。
本发明的其他背景主要有硅泥、微硅粉、硅渣,具体如下:
硅泥:大批淘汰的光伏组件中含有价值昂贵的银,很多光伏组件生产厂家建成了晶硅光伏组件回收处理车间,专门用于提取废弃晶硅光伏组件中的银和铝,提取工艺中需要将晶硅光伏组件破碎,采用化学试剂进行提取,提取后,再进行水洗去除化学药剂,剩余的渣泥中主要成分为Si,含碳量≤1.00ppba。
微硅粉:硅铁生产行业领域,生产制备的硅铁根据用途的不同,出售前会破碎成不同尺寸/粒度大小的硅铁块或颗粒,在破碎筛分环节,就会存在扬尘,通过除尘系统收集的粉尘颗粒通常在100目以上,这类微硅粉由于粉末粒度小,无法在炼钢、铸铁/钢冶炼环境中再次回炉冶炼使用,由于其粒径太小,入炉后导致炉料透气性差造成矿热炉熄火等后果,通常生产企业将除尘系统收集的这部分微硅粉按除尘灰销售给水泥厂或作为固废处理。微硅粉主要是硅铁合金,硅含量与生产的硅铁牌号有关。微硅粉的成分为Si:70%~80%,Fe:20%~30%, C≤0.2%,Ca≤1.5,Al≤2.5%,Mn≤0.6%,Ti≤0.3%,Cr≤0.5%,P≤0.045%,S≤0.02%。
硅渣:以单质硅、SiO2和金属氧化物形成的二元或多元氧化渣剂为主。硅铁生产企业在进行硅铁冶炼过程中,矿热炉的合金熔液上层会形成一些渣层,硅铁熔液出炉进入浇包内,在浇注之前也要将浇包内上层的渣层去除掉,这些渣层中主要含有Si、Fe元素,还包含大量的金属氧化物以及未被还原的二氧化硅,这些熔渣在出炉时和硅混杂在一起,成为硅中的杂质,其中含有约15%左右的单质硅,企业通常会通过人工分选方式,将单质硅与渣分拣分离,但剩余的尾渣中依然含有约30%的Si和20%的Ca,主要成分为CaO-SiO2的二元渣剂以及与其交织在一起的硅铁合金,还有其他一些金属氧化物,这类尾渣通常按10元/吨廉价销售处理,或者用于铺路或者废渣堆存,造成硅资源的严重浪费。
发明内容
本发明提供了一种利用工业固废生产制备超低碳硅基多元合金的方法,用于制备C≤0.03%的超低碳硅基多元合金,本发明具体如下:
一种利用工业固废生产制备超低碳硅基多元合金的方法,用于制备 C≤0.03%、Al≤0.1%、P≤0.001%、S≤0.004%的硅基多元合金,高硅产品硅含量为:75%<Si≤78%,中硅产品硅含量为:72%<Si≤75%,低硅产品硅含量为: Si≤72%;上述产品的制备步骤如下:
步骤1:原料处理,使用无机粘接剂分别与破碎后的硅泥、硅渣、微硅粉混合压型,将硅泥、硅渣、微硅粉压型为块状或球状;
步骤2:原料配置,根据欲生产的硅基多元合金成分要求,按比例称量经过步骤1处理后的硅泥、硅渣和微硅粉和低碳废钢,以及剩余成分的其他金属合金或纯金属;
步骤3:熔炼,将步骤2所述原料加入中频炉中,在第一熔炼温度 1550~1600℃熔炼30分钟以上形成合金熔融液,再升温至第二熔炼温度 1730℃~1750℃熔炼10~20分钟;
步骤4:浇注,对实施步骤3后的合金液取样进行成分检测,成分合格,则将熔融金属液自然降温至1500~1600℃静置保温10分钟以上出炉浇注,否则向步骤3所述中频炉内继续加入成分元素不足的原料,直至成分合格。
本发明中,步骤3前30分钟的熔炼温度主要是将工业废料熔化,该熔炼温度取决于硅泥、硅渣中单质硅的熔化温度(熔点1410℃),微硅粉中硅铁的熔化温度(熔点1250~1360℃),低碳废钢的熔化温度(1480~1538℃)。熔炼30分钟形成合金熔融液后,再升温至第二熔炼温度1730℃~1750℃熔炼 10~20分钟,在此温度下,硅渣中富含的二氧化硅与合金液中C发生反应形成 SiC。
本发明生产制备的材料中要求碳含量小于0.03%,原料中碳含量本身就不高,硅泥中碳含量小于0.05%,微硅粉和硅渣中碳含量小于3%,低碳废钢中碳含量<0.25%,因此合金熔液中游离的碳与二氧化硅在高温下形成SiC,可以有效降低合金熔液中的碳含量。
所述步骤2中加入的硅渣为硅铁冶炼过程,从矿热炉合金熔液上层去除的渣层,成分含量为:60%~75%SiO2、8%~15%硅铁,1%~4%Al2O3、1%~3%CaO、 1%~8%BaO,1%~3%CaF2,其余为灰分和未还原的硅石。
所述步骤2中加入的硅泥为单晶硅或多晶硅电池片去除银、铝后的废渣, Si含量:97%~98%,Ag:0.001%~0.01%,Al:0.08%~0.1%,Fe:0.01%~0.03%, P:0.03%~0.05%。
所述步骤2中加入的微硅粉为硅铁破碎环节收集的粉尘,主要成分为: Si:70%~80%,Fe:20%~30%,C≤0.2%,Ca≤1.5,Al≤2.5%,Mn≤0.6%,Ti≤0.3%, Cr≤0.5%,P≤0.045%,S≤0.02%。
由于硅渣中含有8%~15%硅铁,保证一定量硅渣的加入量,可以有效回收硅渣中的硅铁,硅渣中其他氧化物主要以CaO-SiO2的二元渣剂、SiO2为主,熔炼过程中,由于这些氧化物渣较轻漂浮在金属合金液上方,形成了隔绝空气与炉料接触的屏障,本发明所述步骤2中硅渣加入量是其他原料合计加入量的 10%~25%。
由于高温下,硅渣粉末中的CaO-SiO2二元渣剂、SiO2、CaO、CaF2可作为精炼剂进一步脱除合金熔液中的C、P、S等杂质元素。本发明在步骤3之后通过喷粉的方式向中频炉内再加入5%~10%破碎至小于1mm硅渣粉末颗粒。
进一步,所述步骤4中,浇注将熔炼炉中的熔融金属液自然降温至 1500℃~1600℃静置保温10分钟以上出炉浇注。本发明步骤4降温至 1500~1600℃时,一部分SiC作为合金熔液的变质剂存在于合金组织的晶格中,改善了合金的力学性能,另一部分以固体形式析出,由于SiC密度比合金熔液的密度低,漂浮在合金熔液的上层,和渣层混合到一起。
进一步,所述硅泥前处理步骤为:将硅泥置于烘干炉中,在150~160℃条件下烘干1~3小时后,冷却至100℃以下出炉自然冷却至室温。
进一步,使用无机粘接剂分别将硅泥、硅渣、微硅粉压型为块状或球状前,分别将硅泥、硅渣、微硅粉破碎至小于1mm的颗粒。
本发明突出的技术效果为:
1.本发明通过控制熔炼炉温度,利用硅泥、硅渣、微硅粉等工业废弃物实现超低碳硅基多元合金的制备。本发明根据硅泥、硅渣、微硅粉等反应物的熔点温度,将熔炼炉温度设置在第一熔炼温度1550~1600℃熔炼30分钟以上形成合金熔融液,在再升温至第二熔炼温度1730℃~1750℃熔炼10~20分钟,将合金熔液中游离的碳与二氧化硅在高温下结合形成SiC。
2.本发明在出炉浇注前,将合金熔液温度降至1500℃~1600℃,一部分SiC 作为合金熔液的变质剂存在于合金组织的晶格中,改善了合金的力学性能,另一部分以固体形式析出,由于SiC密度比合金熔液的密度低,漂浮在合金熔液的上层,和渣层混合到一起,从而有效降低了合金熔液中的碳含量。
3.由于硅渣中含有8%~15%硅铁,本发明通过加入10%~25%的硅渣,可以有效回收硅渣中的硅铁,硅渣中其他氧化物主要以CaO-SiO2的二元渣剂、 SiO2为主,熔炼过程中,由于这些氧化物渣较轻漂浮在金属合金液上方,形成了隔绝空气与炉料接触的屏障。
4.由于高温下,硅渣粉末中的CaO-SiO2二元渣剂、SiO2、CaO、CaF2可作为精炼剂进一步脱除合金熔液中的C、P、S等杂质元素,本发明在步骤5 之后通过喷粉的方式向中频炉内再加入5%~10%的硅渣粉末颗粒。
5.此外,本发明超低碳硅基多元合金完全使用工业固废制备超低碳硅基多元合金,将生产过程转为短流程的熔炼工艺,电耗降至5600kwh/t,与传统工艺相比,吨产品电耗降低约57%,不再使用兰炭等还原质碳,煤炭耗量为0。
具体实施方式
本发明提供了一种利用工业固废生产制备超低碳硅基多元合金的方法,用于制备C≤0.03%、Al≤0.1%、P≤0.001%、S≤0.004%的硅基多元合金,高硅产品硅含量为:75%<Si≤78%,中硅产品硅含量为:72%<Si≤75%,低硅产品硅含量为:Si≤72%,其制备方法如下:
步骤1:原料处理,使用无机粘接剂分别与破碎后的硅泥、硅渣、微硅粉混合压型,将硅泥、硅渣、微硅粉压型为块状或球状;
步骤2:原料配置,根据欲生产的硅基多元合金成分要求,按比例称量经过步骤1处理后的硅泥、硅渣和微硅粉和低碳废钢,以及剩余成分的其他金属合金或纯金属;
步骤3:熔炼,将步骤4所述原料加入中频炉中,在第一熔炼温度1550~1600℃熔炼30分钟以上形成合金熔融液,在再升温至第二熔炼温度 1730℃~1750℃熔炼10~20分钟;
步骤4:浇注,对实施步骤3后的合金液取样进行成分检测,成分合格,则将熔融金属液自然降温至1500~1600℃静置保温10分钟以上出炉浇注,否则向步骤3所述中频炉内继续加入成分元素不足的原料,直至成分合格。
所述步骤2中加入的硅渣为硅铁冶炼过程,从矿热炉合金熔液上层去除的渣层,成分含量为:60%~75%SiO2、8%~15%硅铁,1%~4%Al2O3、1%~3%CaO、 1%~8%BaO,1%~3%CaF2,其余为灰分和未还原的硅石。
所述步骤2中加入的硅泥为单晶硅或多晶硅电池片去除银、铝后的废渣, Si含量:97%~98%,Ag:0.001%~0.01%,Al:0.08%~0.1%,Fe:0.01%~0.03%, P:0.03%~0.05%。
所述步骤2中加入的微硅粉为硅铁破碎环节收集的粉尘,主要成分为:Si:70%~80%,Fe:20%~30%,C≤0.2%,Ca≤1.5,Al≤2.5%,Mn≤0.6%,Ti≤0.3%, Cr≤0.5%,P≤0.045%,S≤0.02%。
所述步骤2中硅渣加入量是其他原料合计加入量的10%~25%。
在步骤3之后通过喷粉的方式向中频炉内再加入5%~10%的破碎至小于 1mm硅渣粉末颗粒。
所述步骤1硅泥前处理步骤为:将硅泥置于烘干炉中,在150~160℃条件下烘干1~3小时后,冷却至100℃以下出炉自然冷却至室温。
所述步骤1使用无机粘接剂分别将硅泥、硅渣、微硅粉压型为块状或球状前,分别将硅泥、硅渣、微硅粉破碎至小于1mm的颗粒。
下面,对本发明的实施方式进行说明。
在制备低碳多元合金前,首先设计目标冶炼多元合金成分含量,表1显示了各实施例和对比例中,设计的多元合金各成分含量。
表1为各实施例设计的多元合金各成分含量
合金成分设计完成后,按照上述实施步骤制备多元合金,
在步骤1前,对硅泥进行处理,将硅泥置于烘干炉中,在150~160℃条件下烘干1~3小时后,冷却至100℃以下出炉自然冷却至室温。并分别将硅泥、硅渣、微硅粉破碎至小于1mm的颗粒。
步骤1:使用无机粘接剂分别与破碎后的硅泥、硅渣、微硅粉混合压型,将硅泥、硅渣、微硅粉压型为块状或球状;,本发明所使用的无机粘接剂为硅溶胶、水玻璃、硅酸乙酯的任意一种,无机粘接剂的选择是本领域技术人员的常规选择,本发明对无机粘接剂的种类及使用量不做限制,本实施例中,使用的无机粘接剂为水玻璃粘接剂,
步骤2:根据欲生产的硅基多元合金成分要求,按比例称量经过步骤1处理后的硅泥、硅渣和微硅粉与低碳废钢,以及剩余成分的其他金属合金或纯金属;表2为各实施例步骤2中硅泥、硅渣、微硅粉、低碳废钢等原料的加入量,实施例中,钙渣的成分为20%~35%SiO2、55%~70%CaO、1%~6%Al2O3、其余为灰分。
表2各实施例步骤2中硅泥、硅渣、微硅粉等原料的加入量
步骤3:将步骤2所述原料加入中频炉中,在第一熔炼温度1550~1600℃熔炼30分钟以上形成合金熔融液,在再升温至第二熔炼温度1700℃~1750℃熔炼10~20分钟,表3是实施例步骤3的温度控制表;
表3各实施例步骤3的温度控制表
步骤4:对实施步骤3后的合金液取样进行成分检测,成分合格,将熔炼炉中的熔融金属液自然降温至1500℃~1600℃静置保温10分钟以上出炉浇注,成分不合格,则向步骤5所述中频炉内继续加入成分元素不足的原料,直至成分合格。表4为各实施例步骤4合金成分检测表,表5为成分合格后,将熔炼炉中的熔融金属液自然降温、静置保温的控制参数。
表4各实施例步骤4合金液取样成分检测值
实施例6步骤4合金液取样进行成分检测后,合金中钙的含量偏低,为此通过喷粉的方式在中频炉加入60kg钙渣,充分熔炼后检测合金液成分,钙含量达到3.568%,其他成分满足设计要求。
实施例7,其中13kg通过喷粉方式加入在合金熔炼过程中加入中频炉,由于高温下,硅渣粉末中的CaO-SiO2二元渣剂、SiO2、CaO、CaF2可作为精炼剂进一步脱除合金熔液中的C、P、S等杂质元素,因此,得到的合金液C、 P、S含量较低。发明人还试验了实施例7中,其中9kg、和18g通过喷粉方式加入在合金熔炼过程中加入中频炉,当加入量≤9kg时,合金熔液中的C、P、 S等杂质元素的含量与常规加入方式的基本相同,当加入量≥18kg时,C、P、 S的杂质含量变化不明显,合金成分保持在Si:73.64%,C:0.026%,Al:0.085%, P:0.0007%,S:0.0025%,Ca:3.735%。
表5各实施例步骤4浇注温度控制
将熔炼炉中的熔融金属液自然降温至1500℃~1600℃静置保温10分钟以上出炉浇注前进行合金液成分检测,表6为步骤4浇注前合金液成分检测值,表7是实施例3、对比例4-7浇注后的合金力学性能测试表。
表6:各实施例步骤4后的合金液取样进行成分检测值
表7实施例3、对比例4-7浇注后的合金力学性能测试表
由表7反应的是数据可知,冷却温度过低后浇注,不利于碳化硅改善合金力学性能,冷却温度高浇注,也不利于碳化硅改善合金力学性能,冷却时间少,不利于碳化硅改善合金力学性能,冷却温度高,冷却时间少,不利于碳化硅改善合金力学性能。
通过实施例2、对比例1、对比例2得到的合金熔液成分检测分析,实施例2中,硅渣加入量是其他原料合计加入量的18%,由于硅渣中含有8%~15%硅铁,保证一定量硅渣的加入量,可以有效回收硅渣中的硅铁,硅渣中其他氧化物主要以CaO-SiO2的二元渣剂、SiO2为主,熔炼过程中,由于这些氧化物渣较轻漂浮在金属合金液上方,形成了隔绝空气与炉料接触的屏障,可有效阻止氧气与合金熔液中的金属元素发生反应,阻止氧气合金成分生成氧化物,有利于降低合金中的杂质,有利于控制合金溶液中各成分的占比。当对比例1 硅渣加入量是其他原料合计加入量的8%时,由于硅渣加入量太少,造成渣层太薄,渣层隔绝氧气的效果差,导致氧气与中频炉中的合金液发生反应,生成氧化物,导致产品中杂质较多。当对比例2硅渣加入量是其他原料合计加入量的28%时,由于硅渣加入量太多,导致渣层太厚,出炉时需要大量的扒渣工作,造成合金产出比太少,造成大量的原料浪费。
通过实施例1-4、对比例3得到的合金熔液成分检测分析,实施例1-4根据硅泥、硅渣、微硅粉等反应物的熔点温度,将熔炼炉温度设置在第一熔炼温度1550℃~1600℃熔炼30分钟以上形成合金熔融液,在再升温至第二熔炼温度1730℃~1750℃熔炼10~20分钟,将合金熔液中游离的碳与二氧化硅在高温下结合形成SiC。对比例3中第二熔炼温度设定为1580℃,由于原料在第二熔炼温度的熔炼温度过低,导致合金熔液的温度达不到C与不SiO2的反应温度,造成合金溶液的碳含量达不到设计值。
通过实施例1-4、对比例4、对比例5、对比例6得到的合金熔液成分检测分析,实施例1-4步骤4降温至1500℃~1600℃时,一部分SiC作为合金熔液的变质剂存在于合金组织的晶格中,改善了合金的力学性能,另一部分以固体形式析出,由于SiC密度比合金熔液的密度低,漂浮在合金熔液的上层,和渣层混合到一起。对比例4、对比例5、对比例6与实施例3的不同仅在于浇注前温度和静置时间不同。实施例3浇注前降温至1550℃、静置15min后合金中的碳含量成分与冷却前的含量略低,对比例4浇注前降温至1480℃、静置 15min浇注后,合金中各成分与降温前的成分基本相同,得到的合金抗压强度比实施例3低。对比例5浇注前降温至1550℃、静置15min浇注后,得到的合金抗压强度比实施例3低,浇注前的合金碳含量与冷却前的基本相同,对比例6浇注前降温至1650℃、静置7min浇注后,得到的合金抗压强度比实施例 3低,浇注前的合金碳含量与冷却前的基本相同,由此可说明,降温温度太低、静置时间太短再进行浇注,不利于SiC作为合金熔液的变质剂在合金组织的晶格中,改善合金的力学性能,同时静置时间太长,有利于SiC漂浮在合金熔液的上层,有利于降低合金中的碳含量。
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 (9)
1.一种利用工业固废生产制备超低碳硅基多元合金的方法,用于制备C≤0.03%、Al≤0.1%、P≤0.001%、S≤0.004%的硅基多元合金,高硅产品硅含量为:75%<Si≤78%,中硅产品硅含量为:72%<Si≤75%,低硅产品硅含量为:Si≤72%;其特征在于:上述产品的制备步骤如下:
步骤1:原料处理,使用无机粘接剂分别与破碎后的硅泥、硅渣、微硅粉混合压型,将硅泥、硅渣、微硅粉压型为块状或球状;
步骤2:原料配置,根据欲生产的硅基多元合金成分要求,按比例称量经过步骤1处理后的硅泥、硅渣和微硅粉与低碳废钢,以及剩余成分的其他金属合金或纯金属;
步骤3:熔炼,将步骤2所述原料加入中频炉中,在第一熔炼温度1550~1600℃熔炼30分钟以上形成合金熔融液,再升温至第二熔炼温度1730℃~1750℃熔炼10~20分钟;
步骤4:浇注,对实施步骤3后的合金液取样进行成分检测,成分合格,则将熔融金属液自然降温后出炉浇注,若成分不合格,则向步骤5所述中频炉内继续加入成分元素不足的原料,直至成分合格。
2.根据权利要求1所述一种利用工业固废生产制备超低碳硅基多元合金的方法,其特征在于,所述步骤2中加入的硅渣为硅铁冶炼过程从矿热炉合金熔液上层去除的渣层,主要成分含量为:60%~75%SiO2、8%~15%硅铁,1%~4%Al2O3、1%~3%CaO、1%~8%BaO,1%~3%CaF2,其余为灰分和未还原的硅石。
3.根据权利要求1所述一种利用工业固废生产制备超低碳硅基多元合金的方法,其特征在于,所述步骤2中加入的硅泥为单晶硅或多晶硅电池片去除银、铝后的废渣,硅泥中各元素含量为Si:97%~98%,Ag:0.001%~0.01%,Al:0.08%~0.1%,Fe:0.01%~0.03%,P:0.03%~0.05%。
4.根据权利要求1所述一种利用工业固废生产制备超低碳硅基多元合金的方法,其特征在于,所述步骤2中加入的微硅粉为硅铁破碎环节收集的粉尘,主要成分为:Si:70%~80%,Fe:20%~30%,C≤0.2%,Ca≤1.5,Al≤2.5%,Mn≤0.6%,Ti≤0.3%,Cr≤0.5%,P≤0.045%,S≤0.02%。
5.根据权利要求1所述一种利用工业固废生产制备超低碳硅基多元合金的方法,其特征在于,所述步骤2中硅渣加入量是其他原料合计加入量的10%~25%。
6.根据权利要求1所述一种利用工业固废生产制备超低碳硅基多元合金的方法,其特征在于,在步骤3之后通过喷粉的方式向中频炉内再加入5%~10%硅渣粉末颗粒。
7.根据权利要求1所述一种利用工业固废生产制备超低碳硅基多元合金的方法,其特征在于,所述步骤4中,浇注前将熔炼炉中的熔融金属液自然降温至1500℃~1600℃静置保温10分钟以上出炉浇注。
8.根据权利要求1所述一种利用工业固废生产制备超低碳硅基多元合金的方法,其特征在于,所述步骤1硅泥前处理步骤为:将硅泥置于烘干炉中,在150℃~160℃条件下烘干1~3小时后,冷却至100℃以下出炉自然冷却至室温。
9.根据权利要求1所述一种利用工业固废生产制备超低碳硅基多元合金的方法,其特征在于,所述步骤1使用无机粘接剂分别将硅泥、硅渣、微硅粉压型为块状或球状前,分别将硅泥、硅渣、微硅粉破碎至小于1mm的颗粒。
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103602846A (zh) * | 2013-11-07 | 2014-02-26 | 昆明理工大学 | 一种利用微硅粉生产硅铁合金的方法 |
CN105543633A (zh) * | 2014-12-17 | 2016-05-04 | 王先玉 | 一种利用晶体硅废料冶炼硅铁的方法 |
CN105986121A (zh) * | 2015-03-02 | 2016-10-05 | 石嘴山市宝马兴庆特种合金有限公司 | 一种利用山皮石、除尘微粉生产多元合金的方法 |
WO2018103712A1 (zh) * | 2016-12-09 | 2018-06-14 | 成都斯力康科技股份有限公司 | 一种利用硅渣进行熔炼生产硅锭的工艺 |
CN111254302A (zh) * | 2020-02-26 | 2020-06-09 | 贵州镇远鸿丰新材料有限公司 | 一种用固废硅渣精炼高纯硅铁合金的工艺 |
CN112593103A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-04-02 | 石嘴山市宝马兴庆特种合金有限公司 | 一种利用喷粉技术制备多元合金的方法 |
-
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103602846A (zh) * | 2013-11-07 | 2014-02-26 | 昆明理工大学 | 一种利用微硅粉生产硅铁合金的方法 |
CN105543633A (zh) * | 2014-12-17 | 2016-05-04 | 王先玉 | 一种利用晶体硅废料冶炼硅铁的方法 |
CN105986121A (zh) * | 2015-03-02 | 2016-10-05 | 石嘴山市宝马兴庆特种合金有限公司 | 一种利用山皮石、除尘微粉生产多元合金的方法 |
WO2018103712A1 (zh) * | 2016-12-09 | 2018-06-14 | 成都斯力康科技股份有限公司 | 一种利用硅渣进行熔炼生产硅锭的工艺 |
CN111254302A (zh) * | 2020-02-26 | 2020-06-09 | 贵州镇远鸿丰新材料有限公司 | 一种用固废硅渣精炼高纯硅铁合金的工艺 |
CN112593103A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-04-02 | 石嘴山市宝马兴庆特种合金有限公司 | 一种利用喷粉技术制备多元合金的方法 |
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