CN1022192C - 一种冶炼硅铁的方法 - Google Patents

Abstract

本发明系一种新的硅铁冶炼方法。其主要技术特征是冶炼硅铁所采用原料及配比(重量单位)为：以硅石为100(重量单位)为基，铁硅焦65～90(重量单位)，钢屑＜18(重量单位)。炼制铁硅焦的原料配比(重量%)为：高挥发中等粘结性煤60～80%，铁矿粉10～39%，硅石粉1～10%。铁硅焦的成焦温度为800～1100℃。采用本发明方法冶炼硅铁，其效果是所耗的还原剂少，硅铁中的含硅量高，硅、铁回收率高。

Description

本发明属于铁合金冶炼方法。主要适用于生产硅铁。

传统的硅铁生产方法是用硅石、钢屑和炭质还原剂在矿冶电炉内进行冶炼，原料经破碎后按其配比进行备料，然后分批加入炉中，原料在炉中熔炼后，硅铁熔体从炉口流出。所用的炭质还原剂是冶金焦，另外还可用煤气焦、半焦、兰炭和无烟煤等。钢屑主要是机械制造业加工下来的车屑。而钢屑堆比重小，占体积大，运输不经济;另外，机械加工下来的钢屑一般较长，不能直接使用，破碎又困难，成本较高。

在现有技术中，也有用铁矿球团、轧钢铁皮和块状铁矿代替钢屑作为生产硅铁的含铁料（中国专利CN87106762.5）。但这种方法所用铁矿料均为铁的氧化物，在冶炼硅铁的过程中，还原这些铁的氧化物要增加还原剂的消耗量及热量，导致电耗升高。

本发明的目的在于提供了一种其原料不用冶金焦、不用或少用钢屑的，且成本低的生产硅铁的方法。

本发明的主要技术措施是生产硅铁所采用的主要原料为铁硅焦和硅石，另外不加或加少量钢屑。

铁硅焦除含碳外，还含有一定量的铁和二氧化硅。这是由高挥发分中等粘结性煤、含Al₂O₃低及含SiO₂高的铁矿粉和一定量硅石粉，经混合后，在无回收炼焦炉内炼制而成。

为了使炼制的铁硅焦具有较高的反应性和较高的比电阻，并且破碎损失小，就必须采用较低的成焦温度和较短的炼焦时间。由煤化学可知，无定形炭不但比电阻高，而且反应性强。煤通过热解缩聚成为焦炭的过程就是无定形碳向石墨转化的过程。成焦温度越高，时间越长，则煤中无定形碳向石墨转化越多。因此，采用适当的热制度，用较低的成焦温度和较短的炼焦时间，尽量降低焦炭的石墨化程度。这样既可避免使用优质主焦煤，又可获得满足铁合金生产需要的专用焦。

在炼焦过程中，煤发生一系列热解缩聚作用，其中挥发物质碳氢化合物经裂解后，产生大量的CO和H₂等气体，形成良好的还原性气氛，使均匀分散在煤中的铁矿粉具有良好的还原条件，铁矿中的氧化铁被还原成金属铁，氧化铁的还原率＞95%，且还原过程中，不消耗煤中的固定碳;还原结果增强了焦炭的结构强度。硅石粉在炼焦过程中不发生变化，但它起到阻止无定形炭石墨化和提高铁硅焦比电阻的作用。

铁硅焦在水熄焦过程中，焦炭中的金属铁一部分被氧化成Fe₃O₄，即

但由于金属铁被焦炭中的碳包围，在水熄过程中，水和碳所生成的还原性气体起到保护作用。

因此，仍有大部分金属铁未被氧化，经X-光衍射和化学分析证明，焦炭中的金属铁再氧化率＜50%，并且铁硅焦中没有硅酸铁存在。同时，在炼焦过程中也不生成硅酸铁。

在考虑铁硅焦的原料配比时，配煤中首先考虑铁矿粉的含量，而硅石粉的含量要以确保焦炭有一定的强度和较高的比电阻为依据，同时，还要考虑加入铁矿粉后，煤料的剩余粘结能力和铁矿粉在炼焦过程中的变化程度。

综上所述，炼制铁硅焦的原料配比（重量%）为：高挥发中等粘结性煤60～80%，铁矿粉10～39%。硅石粉1～10。

高挥发分中等粘结性煤的参数（干基）为：FC46～64%，Vdaf28～40%，Aadf8～14%，GRI58～85，Y12～25mm。

铁硅焦的具体生产方法如下：

按其原料配比进行配料，并进行混合，待混合均匀后，通过传送带及运输车，将混合料送入布料台，料层厚度1000～1800mm，然后点火炼焦，成焦温度800～1100℃，最佳成焦温度850～950℃，时间7～9天。焦炭炼成后，不闷炉，即时出炉，减少石墨化程度。

按照上述方法所炼制的铁硅焦含固定碳45～70%，TFe10～35%，SiO₂6～20%。

铁硅焦的物理性能力：

比电阻＞2000Ω·mm²/m

反应性：＞80%

本发明所述的冶炼硅铁的方法是以铁硅焦和硅石为主要原料，另外不加或加少时钢屑，在矿冶电炉内进行冶炼。

冶炼硅铁的原料配比（重量单位）为：以硅石为100（重量单位）为基，铁硅焦为65～90（重量单位），钢屑＜18（重量单位）。

其中铁硅焦经破碎，粒度为2～15mm的占80%，粒度小于2mm的不超过20%。

采用本发明冶炼硅铁可在各种容量的硅铁冶炼电炉中进行，可生产各种牌号的硅铁。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

本发明冶炼硅铁方法的第一个特点是所耗的还原剂低，在相同条件上，硅铁的含硅量高。

冶炼过程中，电炉内的主要化学反应如下：

由于在水熄焦过程中产生的Fe₃O₄是新生态的高度分散物，在冶炼硅铁过程中，炉料未下降到炉缸之前即被还原SiO₂过程中产生的CO还原成金属铁，因此炉缸内不发生Fe₃O₄的直接还原反应，即Fe₃O₄的还原不消耗焦炭中的炭，而只靠还原SiO₂产生的CO就足够还原Fe₃O₄的需要。由于反应产生的气体含CO₂较高，出炉口气体中可燃成分低，因此，炉口面上火焰显著减少，使炉口温度低，不但操作方便，而且由于炉口温度低，加之铁硅焦本身含固定碳相对低，含有较多的惰性物，使铁硅焦燃煤损失大大减少。为此，在铁硅焦配料时，作用还原剂的煤的含量按下限配比即可满足冶炼硅铁的要求，因而节约了还原剂用量。

另一方面，由于铁硅焦中含有较高的SiO₂（煤中的SiO₂、铁、矿中的SiO₂和硅石中的SiO₂三者之和超过10%），并高度分散在铁硅焦中，与铁硅焦中的碳紧密接触，造成还原动力学条件好，极易被还原，在相同条件下提高了硅铁的含硅量。

本发明冶炼硅铁方法的第二个特点是二次电压高，使电耗降低。

由于铁硅焦的比电阻高于冶金焦，再加上冶炼配料中没有高导电料-钢屑，因此炉料的总电阻大幅度提高，因而可采用比普通冶炼硅铁二次电压高一级的供电制度。由于二次电压提高了，短网损失降低，故提高了电效率，增加了产量，降低了电耗。

本发明冶炼硅铁方法的第三个特点是硅回收率高，产品含硅量提高。

由于炉料总的电阻增高，则电极下插深，料面低，热量集中在炉缸下部，因此电炉热效率高，出铁温度高，不但硅回收率高，而且产品的含硅量提高。

实施例

按照本发明所述的方法，首先在无回收焦炉上冶炼制了4批铁硅焦。这4批铁硅焦所采用的煤。铁矿粉和硅石的化学成分分别于表1、表2和表3所示，其原料配比如表4所示，所炼制的铁硅焦的物理性能如表5所示。（表见文后）

采用上述4批铁硅焦，再配备相应的硅石或少量钢屑，在铁合金矿冶电炉上冶炼相应的4炉硅铁。4炉硅铁的原料配比（重量单位）如表6所示。（表见文后）。

所冶炼成的4批炉硅铁的化学成分（重量%）如表7示，4炉硅铁的铁、硅回收率如表8所示。（表见文后）

表1    所用煤的煤质分析结果

干基灰分    干基挥发分    干基固定碳    粘结指数    胶质层厚度

Aad%    Vdaf%    FC%    GR·I    ymm

9.25    31.42    59.33    81.0    15.5

表2    所用铁矿粉的化学成分（重量%）

TFe FeO Al₂O₃CaO SiO₂MnO S P₂O₅MgO 其它

61.00    23.15    0.39    0.39    11.08    0.065    0.055    0.069    2.40    1.401

表3    所用硅石的化学成分（重量%）

SiO₂Al₂O₅Fe₂O₃其它

98.1    0.13    0.09    1.68

表4    实施例炼制铁硅焦的原料配比（重量%）

批号    煤    铁矿粉    硅石粉

1    80    10    10

2    76.19    19.05    4.76

3    72.12    24.04    3.84

4    66.37    32.41    1.22

表5    4批铁硅焦的物理性能

批号

性能    1    2    3    4

比电阻Ω·mm₂/m 5547 3856 4113 2866

反应性%    70.6    86.7    97.6    98

表6    冶炼4炉硅铁的原料配比（重量单位）

炉号

原料    1    2    3    4

铁硅焦    135    145    160    180

硅石    200    200    200    200

钢屑    /    /    /    36

表7    实施例冶炼硅铁的化学成分（重量%）

炉号    硅铁牌号    化学成分（重量%）

Si    AL    Ca    Mn    Cr    P    S    c    Fe

1    FeSi90    89.53    2.78    1.05    0.32    0.15    0.04    0.02    0.2    5.91

2    FeSi75    72.72    1.88    0.56    0.26    0.36    0.03    0.02    0.2    23.97

3    FeSi65    67.18    1.5    1.0    0.52    0.40    0.03    0.02    0.2    29.15

4    FeSi45    43.35    1.5    1.0    0.67    0.40    0.03    0.02    0.2    52.83

表8    冶炼4炉硅铁的铁、硅回收率（%）

炉号

原料    1    2    3    4

硅    80.0    88.96    90    92

铁    92.3    90.4    88.7    86.6

Claims (4)

1、一种冶炼硅铁的方法，以硅石、炭质还原剂和铁矿料为原料，在矿冶电炉内进行冶炼，原料经破碎后按其配比进行备料，然后分批加入炉中，原料在炉中熔炼后，硅铁熔体从炉口流出，其特征在于：

A、冶炼硅铁的原料及配比(重量单位)为：以硅石为100(重量单位)为基，铁硅焦65～90(重量单位)，钢屑＜18(重量单位)；

B、炼制铁硅焦的原料及配比(重量%)为：高挥发中等粘结性煤60～80%，铁矿粉10～39%，硅石粉1～10%；

C、铁硅焦的成焦温度为800～1100℃。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于铁硅焦的粒度为2～15mm范围的80%，粒度小于2mm的不超过20%。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于最佳成焦温度为850～950℃。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于铁硅焦的化学成分（重量%）为：固定碳45～70%，TFe10～35%，SiO₂6～20%。