CN103602846B - 一种利用微硅粉生产硅铁合金的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用微硅粉生产硅铁合金的方法,属于硅铁合金及工业硅技术领域。首先向微硅粉和小颗粒硅石中加入粘结剂和水混合均匀后,压制成球团;然后在还原气氛下,将上述步骤得到的球团干燥,将干燥后的球团和碳质还原剂装入冶金炉中,球团和碳质还原剂在从冶金炉炉口到达高温区域的下降过程中完成预焙烧,然后球团和碳质还原剂在冶金炉高温区域温度冶炼,在冶炼过程中添加钢屑、轧钢铁皮和铁精矿球团含铁原料得到硅铁合金熔体;将上述步骤得到的硅铁合金熔体经炉外精炼后即能生产得到硅铁合金。本方法利用微硅粉和小颗粒硅石造球作为硅源生产硅铁合金,为铁合金行业生产过程中废弃的微硅粉和小颗粒硅石提供了有效的利用途径。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用微硅粉生产硅铁合金的方法,属于硅铁合金及工业硅技术领域。
背景技术
硅铁合金及工业硅属于铁合金行业中的硅系合金,在炼钢、铸造、有色金属及其他工业生产中应用广泛。硅铁合金及工业硅的生产都是以硅石为原料,经水洗后与碳质还原剂混合加入矿热炉,在高温条件下碳热还原得到硅铁合金和金属硅。
在硅铁合金和工业硅生产中,为了保证炉料的透气性,要求炉料在一定的粒度范围内。在硅矿石清洗过程中,粒径<20mm的硅矿石将被筛分,以免进入矿热炉中,影响炉料的透气性。由于缺乏有效的利用途径,这部分粒径<20mm的硅矿石通常被废弃堆存,造成硅矿资源的浪费,同时增加了硅铁合金和工业硅的生产成本。
硅铁合金和工业硅生产过程中产生的烟气富含大量二氧化硅微粉,经除尘设备收集后即得到二氧化硅含量为80~95%的微硅粉。我国铁合金厂每生产5t硅铁将产生1t微硅粉;每生产3t工业硅将产生1t微硅粉。据统计,我国2012年硅铁产量为478万t、工业硅产量为113万t。相应地,仅2012年一年,我国将产生微硅粉133万t。目前,微硅粉主要用于混凝土、耐火材料等领域作为添加剂,使用量小,经济价值低。导致微硅粉销路不畅,大量堆存在厂区内,既占用了产区面积,又给周围的环境带来污染。
目前,对于硅铁合金和工业硅生产过程中产生的小粒径硅矿石(粒径<20mm)和微硅粉,尚没有较好的利用途径。大量的小粒径硅矿石和微硅粉堆存在厂区内,不仅造成了硅矿石资源的浪费,降低了工厂的经济效益,同时也占用了大片产区面积,给厂区周边环境带来了污染,威胁企业健康发展。如何有效利用小粒径硅矿石和微硅粉已成为铁合金行业亟待解决的问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题及不足,本发明提供一种利用微硅粉生产硅铁合金的方法。本方法利用微硅粉和小颗粒硅石造球作为硅源生产硅铁合金,为铁合金行业生产过程中废弃的微硅粉和小颗粒硅石提供了有效的利用途径。
一种利用微硅粉生产硅铁合金的方法,其具体步骤如下:
(1)首先向微硅粉和小颗粒硅石中加入微硅粉质量2~12%的粘结剂和微硅粉质量3~15%的水混合均匀后,在5~30t的压力下压制成球团;
(2)在还原气氛下,步骤(1)得到的球团在温度为100~300℃的条件下干燥后,将质量比为(2.4~3.0):(1.0~2.0)的干燥后的球团和碳质还原剂装入表面温度为800~1200℃的冶金炉中,球团和碳质还原剂在从冶金炉炉口到达高温区域的下降过程中完成预焙烧,然后球团和碳质还原剂在冶金炉高温区域温度为1800~2500℃条件下冶炼0.5~2h,在冶炼过程中添加钢屑、轧钢铁皮和铁精矿球团含铁原料得到硅铁合金熔体;
(3)步骤(2)得到的硅铁合金熔体经炉外精炼后即能生产得到硅铁合金。
所述微硅粉中SiO2含量大于80wt.%、Al2O3含量小于2wt.%。
所述小颗粒硅石粒径为5mm以下,加入量为微硅粉质量的50%以下。
所述粘结剂为煤焦油、煤沥青、木质纤维中的一种或几种任意比例混合物。
所述步骤(1)得到的球团粒径为25~150mm。
所述碳质还原剂为焦炭、木炭、煤、石油焦、生物质或生物质炭。
所述冶金炉为矿热炉。
所述钢屑、轧钢铁皮和铁精矿球团含铁原料的添加量根据产品要求调整,以获得符合国家标准GB/T2272-2009的硅铁合金产品。
上述步骤(2)中球团的干燥时间为0.5~6h。
上述炉外精炼过程为通过吹气、造渣等技术手段去除杂质元素以便获得符合国家标准GB/T2272-2009的硅铁合金产品。
吹气过程为:往硅铁合金熔体中吹入一定量的富氧空气、氧气、氯气中的一种或几种任意比例的混合气体,去除硅铁合金中的Al、Ca、C、S、Ti、P、Mn、Cr、Mg、Cu、V、Ni等金属或非金属杂质,吹气压力为2~8atm,流量为0.1~1hm3/min,时间为0.5~5h。
造渣过程为:往硅铁合金熔体中添加一定量的合成渣,去除硅铁合金中的Al、Ca、C、S、Ti、P、Mn、Cr、Mg、Cu、V、Ni等金属或非金属杂质,合成渣的成分包括生石灰、石英砂、萤石、铁磷、碱金属氧化物中的一种或几种,添加量为硅铁合金熔体量的5~25%,时间为0.5~5h。
上述吹气精炼过程和造渣精炼过程分别可以单独进行,也可以同时进行。
对于硅铁合金和工业硅生产过程中产生的小粒径硅矿石(粒径<20mm)首先按粒度进行分级,小粒径硅矿石粒径为5mm以下时,可以在本方法中直接作为原料进行冶炼;当小粒径硅矿石粒径在5~20mm之间时,必须经过破碎到粒径为5mm以下,才能在本方法中作为原料进行冶炼。
本发明的有益效果是:(1)本发明在不改变现有硅铁合金生产冶炼设备和操作制度的基础上提出了一种利用微硅粉和小颗粒硅石生产硅铁合金的方法;(2)以微硅粉和小颗粒硅石为原料,以煤焦油、煤沥青及其混合物等作为粘结剂生产微硅粉球团,符合硅铁合金生产入炉要求;(3)以微硅粉和小颗粒硅石为原料生产硅铁合金,减少了硅铁合金生产中的硅石用量,提高了企业经济效益,解决了铁合金生产中微硅粉和小颗粒硅石大量堆存带来的环境问题。
附图说明
图1是本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式,对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示,该利用微硅粉生产硅铁合金的方法,其具体步骤如下:
(1)首先向微硅粉和小颗粒硅石中加入微硅粉质量2%的粘结剂和微硅粉质量3%的水混合均匀后,在5t的压力下压制成球团,其中微硅粉中SiO2含量90.4wt.%、Al2O3含量1.2wt.%,小颗粒硅石粒径为5mm以下,加入量为微硅粉质量的40%,粘结剂为煤焦油,球团粒径为25mm;
(2)在还原气氛下,步骤(1)得到的球团在温度为100℃的条件下干燥6h后,将质量比为2.4:1.0的干燥后的球团和碳质还原剂装入表面温度为800℃的冶金炉中,球团和碳质还原剂在从冶金炉炉口到达高温区域的下降过程中完成预焙烧,然后球团和碳质还原剂在冶金炉高温区域温度为1800℃条件下冶炼0.5h,在冶炼过程中添加钢屑、轧钢铁皮和铁精矿球团含铁原料得到硅铁合金熔体,其中碳质还原剂为焦炭,冶金炉为矿热炉,钢屑、轧钢铁皮和铁精矿球团含铁原料的添加量根据产品要求调整,以获得符合国家标准GB/T2272-2009的硅铁合金产品;
(3)步骤(2)得到的硅铁合金熔体经炉外精炼后即能生产得到硅铁合金。
上述炉外精炼过程为通过吹气技术手段去除杂质元素,以便获得符合国家标准GB/T2272-2009的硅铁合金产品。
吹气过程为:往硅铁合金熔体中吹入一定量的富氧空气,去除硅铁合金中的Al、Ca、C、S、Ti、P、Mn、Cr、Mg、Cu、V、Ni等金属或非金属杂质,吹气压力为2atm,流量为0.1hm3/min,时间为0.5h。
该硅铁合金产品成分为Si含量77.4wt.%,Al含量0.4wt.%,Ca含量0.4wt.%,Mn含量0.6wt.%,Cr含量0.4wt.%,余量为Fe。
实施例2
如图1所示,该利用微硅粉生产硅铁合金的方法,其具体步骤如下:
(1)首先向微硅粉和小颗粒硅石中加入微硅粉质量12%的粘结剂和微硅粉质量15%的水混合均匀后,在30t的压力下压制成球团,其中微硅粉中SiO2含量88.5wt.%、Al2O3含量小于1.4wt.%,小颗粒硅石粒径为5mm以下,加入量为微硅粉质量的50%以下,粘结剂为质量比为1:1的煤沥青和木质纤维,球团粒径为150mm;
(2)在还原气氛下,步骤(1)得到的球团在温度为300℃的条件下干燥0.5h后,将质量比为3.0:2.0的干燥后的球团和碳质还原剂装入表面温度为1200℃的冶金炉中,球团和碳质还原剂在从冶金炉炉口到达高温区域的下降过程中完成预焙烧,然后球团和碳质还原剂在冶金炉高温区域温度为2500℃条件下冶炼2h,在冶炼过程中添加钢屑、轧钢铁皮和铁精矿球团含铁原料得到硅铁合金熔体,其中碳质还原剂为木炭,冶金炉为矿热炉,钢屑、轧钢铁皮和铁精矿球团含铁原料的添加量根据产品要求调整,以获得符合国家标准GB/T2272-2009的硅铁合金产品;
(3)步骤(2)得到的硅铁合金熔体经炉外精炼后即能生产得到硅铁合金。
上述炉外精炼过程为通过吹气、造渣等技术手段去除杂质元素以便获得符合国家标准GB/T2272-2009的硅铁合金产品。
吹气过程为:往硅铁合金熔体中吹入一定量的体积比为1:1的氧气和富氧空气的混合气体,去除硅铁合金中的Al、Ca、C、S、Ti、P、Mn、Cr、Mg、Cu、V、Ni等金属或非金属杂质,吹气压力为8atm,流量为1hm3/min,时间为5h。
造渣过程为:往硅铁合金熔体中添加一定量的合成渣,去除硅铁合金中的Al、Ca、C、S、Ti、P、Mn、Cr、Mg、Cu、V、Ni等金属或非金属杂质,合成渣的成分包括生石灰,添加量为硅铁合金熔体量的5%,时间为0.5h。
该硅铁合金产品成分为Si含量73.5wt.%,Al含量0.6wt.%,Ca含量0.7wt.%,Mn含量0.4wt.%,Cr含量0.2wt.%,余量为Fe。
实施例3
如图1所示,该利用微硅粉生产硅铁合金的方法,其具体步骤如下:
(1)首先向微硅粉和小颗粒硅石中加入微硅粉质量8%的粘结剂和微硅粉质量10%的水混合均匀后,在15t的压力下压制成球团,其中微硅粉中SiO2含量86.3wt.%、Al2O3含量1.2wt.%,小颗粒硅石粒径为5mm以下,加入量为微硅粉质量的48%,粘结剂为煤焦油,球团粒径为100mm;
(2)在还原气氛下,步骤(1)得到的球团在温度为150℃的条件下干燥4h后,将质量比为2.5:1.5的干燥后的球团和碳质还原剂装入表面温度为900℃的冶金炉中,球团和碳质还原剂在从冶金炉炉口到达高温区域的下降过程中完成预焙烧,然后球团和碳质还原剂在冶金炉高温区域温度为2000℃条件下冶炼1.2h,在冶炼过程中添加钢屑、轧钢铁皮和铁精矿球团含铁原料得到硅铁合金熔体,其中碳质还原剂为煤,冶金炉为矿热炉,钢屑、轧钢铁皮和铁精矿球团含铁原料的添加量根据产品要求调整,以获得符合国家标准GB/T2272-2009的硅铁合金产品;
(3)步骤(2)得到的硅铁合金熔体经炉外精炼后即能生产得到硅铁合金。
上述炉外精炼过程为通过吹气、造渣等技术手段去除杂质元素以便获得符合国家标准GB/T2272-2009的硅铁合金产品。
吹气过程为:往硅铁合金熔体中吹入一定量的氯气,去除硅铁合金中的Al、Ca、C、S、Ti、P、Mn、Cr、Mg、Cu、V、Ni等金属或非金属杂质,吹气压力为6atm,流量为0.8hm3/min,时间为3h。
造渣过程为:往硅铁合金熔体中添加一定量的合成渣,去除硅铁合金中的Al、Ca、C、S、Ti、P、Mn、Cr、Mg、Cu、V、Ni等金属或非金属杂质,合成渣的成分包括石英砂和萤石,添加量为硅铁合金熔体量的25%,时间为5h。
该硅铁合金产品成分为Si含量91.2wt.%,Al含量0.3wt.%,Ca含量0.7wt.%,Mn含量0.2wt.%,Cr含量0.1wt.%,余量为Fe。
实施例4
如图1所示,该利用微硅粉生产硅铁合金的方法,其具体步骤如下:
(1)首先向微硅粉和小颗粒硅石中加入微硅粉质量9%的粘结剂和微硅粉质量8%的水混合均匀后,在18t的压力下压制成球团,其中微硅粉中SiO2含量94.6wt.%、Al2O3含量0.8wt.%,小颗粒硅石粒径为5mm以下,加入量为微硅粉质量的48%,粘结剂为煤焦油,球团粒径为115mm;
(2)在还原气氛下,步骤(1)得到的球团在温度为180℃的条件下干燥4h后,将质量比为2.8:1.2的干燥后的球团和碳质还原剂装入表面温度为900℃的冶金炉中,球团和碳质还原剂在从冶金炉炉口到达高温区域的下降过程中完成预焙烧,然后球团和碳质还原剂在冶金炉高温区域温度为2200℃条件下冶炼1.5h,在冶炼过程中添加钢屑、轧钢铁皮和铁精矿球团含铁原料得到硅铁合金熔体,其中碳质还原剂为石油焦,冶金炉为矿热炉,钢屑、轧钢铁皮和铁精矿球团含铁原料的添加量根据产品要求调整,以获得符合国家标准GB/T2272-2009的硅铁合金产品;
(3)步骤(2)得到的硅铁合金熔体经炉外精炼后即能生产得到硅铁合金。
上述炉外精炼过程为通过吹气、造渣等技术手段去除杂质元素以便获得符合国家标准GB/T2272-2009的硅铁合金产品。
吹气过程为:往硅铁合金熔体中吹入一定量的氯气,去除硅铁合金中的Al、Ca、C、S、Ti、P、Mn、Cr、Mg、Cu、V、Ni等金属或非金属杂质,吹气压力为6atm,流量为0.8hm3/min,时间为2.5h。
造渣过程为:往硅铁合金熔体中添加一定量的合成渣,去除硅铁合金中的Al、Ca、C、S、Ti、P、Mn、Cr、Mg、Cu、V、Ni等金属或非金属杂质,合成渣的成分包括铁磷和碱金属氧化物,添加量为硅铁合金熔体量的15%,时间为2.5h。
该硅铁合金产品成分为Si含量92.2wt.%,Al含量0.7wt.%,Ca含量0.3wt.%,Mn含量0.2wt.%,Cr含量0.1wt.%,余量为Fe。
实施例5
如图1所示,该利用微硅粉生产硅铁合金的方法,其具体步骤如下:
(1)首先向微硅粉和小颗粒硅石中加入微硅粉质量7%的粘结剂和微硅粉质量13%的水混合均匀后,在28t的压力下压制成球团,其中微硅粉中SiO2含量82.6wt.%、Al2O3含量1.8wt.%,小颗粒硅石粒径为5mm以下,加入量为微硅粉质量的30%,粘结剂为木质纤维,球团粒径为85mm;
(2)在还原气氛下,步骤(1)得到的球团在温度为160℃的条件下干燥5.5h后,将质量比为2.7:1.0的干燥后的球团和碳质还原剂装入表面温度为1100℃的冶金炉中,球团和碳质还原剂在从冶金炉炉口到达高温区域的下降过程中完成预焙烧,然后球团和碳质还原剂在冶金炉高温区域温度为1900℃条件下冶炼1.8h,在冶炼过程中添加钢屑、轧钢铁皮和铁精矿球团含铁原料得到硅铁合金熔体,其中碳质还原剂为生物质,冶金炉为矿热炉,钢屑、轧钢铁皮和铁精矿球团含铁原料的添加量根据产品要求调整,以获得符合国家标准GB/T2272-2009的硅铁合金产品;
(3)步骤(2)得到的硅铁合金熔体经炉外精炼后即能生产得到硅铁合金。
上述炉外精炼过程为通过造渣技术手段去除杂质元素以便获得符合国家标准GB/T2272-2009的硅铁合金产品。
造渣过程为:往硅铁合金熔体中添加一定量的合成渣,去除硅铁合金中的Al、Ca、C、S、Ti、P、Mn、Cr、Mg、Cu、V、Ni等金属或非金属杂质,合成渣的成分为生石灰、石英砂和碱金属氧化物,添加量为硅铁合金熔体量的22%,时间为3h。
该硅铁合金产品成分为Si含量78.5wt.%,Al含量0.4wt.%,Ca含量0.7wt.%,Mn含量0.3wt.%,Cr含量0.2wt.%,余量为Fe。
实施例6
如图1所示,该利用微硅粉生产硅铁合金的方法,其具体步骤如下:
(1)首先向微硅粉和小颗粒硅石中加入微硅粉质量8%的粘结剂和微硅粉质量15%的水混合均匀后,在28t的压力下压制成球团,其中微硅粉中SiO2含量83.6wt.%、Al2O3含量1.7wt.%,小颗粒硅石粒径为5mm以下,加入量为微硅粉质量的20%,粘结剂为煤焦油,球团粒径为55mm;
(2)在还原气氛下,步骤(1)得到的球团在温度为280℃的条件下干燥0.5h后,将质量比为2.4:1.0的干燥后的球团和碳质还原剂装入表面温度为1000℃的冶金炉中,球团和碳质还原剂在从冶金炉炉口到达高温区域的下降过程中完成预焙烧,然后球团和碳质还原剂在冶金炉高温区域温度为1900℃条件下冶炼1.6h,在冶炼过程中添加钢屑、轧钢铁皮和铁精矿球团含铁原料得到硅铁合金熔体,其中碳质还原剂为生物质炭,冶金炉为矿热炉,钢屑、轧钢铁皮和铁精矿球团含铁原料的添加量根据产品要求调整,以获得符合国家标准GB/T2272-2009的硅铁合金产品;
(3)步骤(2)得到的硅铁合金熔体经炉外精炼后即能生产得到硅铁合金。
上述炉外精炼过程为通过吹气、造渣等技术手段去除杂质元素以便获得符合国家标准GB/T2272-2009的硅铁合金产品。
吹气过程为:往硅铁合金熔体中吹入一定量的氧气,去除硅铁合金中的Al、Ca、C、S、Ti、P、Mn、Cr、Mg、Cu、V、Ni等金属或非金属杂质,吹气压力为8atm,流量为1hm3/min,时间为5h。
造渣过程为:往硅铁合金熔体中添加一定量的合成渣,去除硅铁合金中的Al、Ca、C、S、Ti、P、Mn、Cr、Mg、Cu、V、Ni等金属或非金属杂质,合成渣的成分包括碱金属氧化物,添加量为硅铁合金熔体量的10%,时间为3h。
该硅铁合金产品成分为Si含量78.2wt.%,Al含量0.3wt.%,Ca含量0.4wt.%,Mn含量0.4wt.%,Cr含量0.2wt.%,余量为Fe。
Claims (8)
1.一种利用微硅粉生产硅铁合金的方法,其特征在于具体步骤如下:
(1)首先向微硅粉和小颗粒硅石中加入微硅粉质量2~12%的粘结剂和微硅粉质量3~15%的水混合均匀后,在5~30t的压力下压制成球团;
(2)在还原气氛下,步骤(1)得到的球团在温度为100~300℃的条件下干燥后,将质量比为(2.4~3.0):(1.0~2.0)的干燥后的球团和碳质还原剂装入表面温度为800~1200℃的冶金炉中,球团和碳质还原剂在从冶金炉炉口到达高温区域的下降过程中完成预焙烧,然后球团和碳质还原剂在冶金炉高温区域温度为1800~2500℃条件下冶炼0.5~2h,在冶炼过程中添加钢屑、轧钢铁皮和铁精矿球团含铁原料得到硅铁合金熔体;
(3)步骤(2)得到的硅铁合金熔体经炉外精炼后即能生产得到硅铁合金;
其中对于硅铁合金和工业硅生产过程中产生的粒径<20mm小粒径硅矿石首先按粒度进行分级,小粒径硅矿石粒径为5mm以下时,可以在本方法中直接作为原料进行冶炼;当小粒径硅矿石粒径在5~20mm之间时,必须经过破碎到粒径为5mm以下,才能在本方法中作为原料进行冶炼。
2.根据权利要求1所述的利用微硅粉生产硅铁合金的方法,其特征在于:所述微硅粉中SiO2含量大于80wt.%、Al2O3含量小于2wt.%。
3.根据权利要求1或2所述的利用微硅粉生产硅铁合金的方法,其特征在于:所述小颗粒硅石粒径为5mm以下,加入量为微硅粉质量的50%以下。
4.根据权利要求1或2所述的利用微硅粉生产硅铁合金的方法,其特征在于:所述粘结剂为煤焦油、煤沥青、木质纤维中的一种或几种任意比例混合物。
5.根据权利要求1或2所述的利用微硅粉生产硅铁合金的方法,其特征在于:所述步骤(1)得到的球团粒径为25~150mm。
6.根据权利要求1或2所述的利用微硅粉生产硅铁合金的方法,其特征在于:所述碳质还原剂为焦炭、木炭、煤、石油焦、生物质或生物质炭。
7.根据权利要求1或2所述的利用微硅粉生产硅铁合金的方法,其特征在于:所述冶金炉为矿热炉。
8.根据权利要求1或2所述的利用微硅粉生产硅铁合金的方法,其特征在于:所述钢屑、轧钢铁皮和铁精矿球团含铁原料的添加量根据产品要求调整,以获得符合国家标准GB/T2272-2009的硅铁合金产品。
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2013
- 2013-11-07 CN CN201310545060.7A patent/CN103602846B/zh active Active
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