CN118006952A - 一种利用氧化皮生产硅铁合金的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于硅铁合金技术领域，提供了一种利用氧化皮生产硅铁合金的方法。该方法包含下列步骤：将硅石、炭质还原剂、钢屑和氧化皮混合进行冶炼，完成硅铁合金的生产。其中，硅石、炭质还原剂、钢屑和氧化皮的质量比为100～110：55～65：4.5～5.5：11～14。通过本发明特定配比的原料，能够制备出符合国标GB2272‑87的FeSi75合金。本发明选用特定粒径比例的氧化皮，起到提升炉料透气性、加快热量传递、稳定硅铁合金冶炼质量的作用。此外，本发明在混合时将氧化皮平铺于混合料的上表面，提高熔化速度，防止积渣上涨并提高矿热炉的使用寿命。本发明制备工艺简单，成本低，所得产品质量稳定，具有很强的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及硅铁合金技术领域，尤其涉及一种利用氧化皮生产硅铁合金的方法。
背景技术
硅铁合金是以硅石、炭质还原剂和铁料为原料炼制而成的铁和硅的合金，能够广泛应用于低合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、耐热钢及电工硅钢之中。目前，硅铁合金生产中配入的铁料大多为钢屑。一方面，由于合金冶炼对废钢的需求量越来越大，促使钢屑价格不断上涨，使得硅铁合金的生产成本过高；另一方面，钢屑的加入量少于硅石和焦炭，加上粒度难以保证，因而不可避免的造成炉内钢屑分布不均匀，引起炉内电阻值分布不均和频繁波动，炉内铁量减少，碳和硅易发生反应形成碳化硅，造成炉内碳化硅积聚，致使电极深插困难，刺火频繁，炉温降低，冶炼时间延长，产量下降。
氧化皮主要成分是Fe2O3、Fe3O4、FeO，产量充足且价格低廉。氧化皮电阻值大于钢屑电阻值，能够使炉料电阻提升，继而提升操作电阻，使电极易于深插，坩埚反应区温度提升。可见，使用氧化皮代替钢屑生产硅铁合金具有广泛的应用前景。然而，目前利用该工艺生产出的硅铁存在质量不稳定，表面氧化、掉粉严重等问题。因此，提供一种利用氧化皮生产高品质硅铁合金的方法具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种利用氧化皮生产硅铁合金的方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种利用氧化皮生产硅铁合金的方法，包含下列步骤：
将硅石、炭质还原剂、钢屑和氧化皮混合进行冶炼，完成硅铁合金的生产；
所述硅石、炭质还原剂、钢屑和氧化皮的质量比为100～110：55～65：4.5～5.5：11～14。
作为优选，所述硅石包含硅石a、硅石b和硅石c；
所述硅石a的粒径大于等于30mm且小于60mm，所述硅石b的粒径大于等于60mm且小于90mm，所述硅石c的粒径大于等于90mm且小于等于120mm；
所述硅石a、硅石b和硅石c的质量比为0.5～1.5：0.5～1.5：0.5～1.5。
作为优选，所述炭质还原剂包含焦炭和/或兰炭，所述炭质还原剂的粒径为8～15mm。
作为优选，所述钢屑的卷尺长度≤300mm。
作为优选，所述氧化皮包含氧化皮a和氧化皮b；
所述氧化皮a的粒径大于等于5mm且小于10mm，所述氧化皮b的粒径大于等于10mm且小于等于20mm；
所述氧化皮a和氧化皮b的质量比为0.5～1.5：0.5～1.5。
作为优选，所述冶炼的温度为1800～2800℃。
作为优选，所述冶炼的时间为0.5～2.5h。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种利用氧化皮生产硅铁合金的方法，包含下列步骤：将硅石、炭质还原剂、钢屑和氧化皮混合进行冶炼，完成硅铁合金的生产；其中，硅石、炭质还原剂、钢屑和氧化皮的质量比为100～110：55～65：4.5～5.5：11～14。通过本发明特定配比的原料，能够制备出符合 GB2272-87的FeSi75合金。其中，氧化皮粒度小，比表面积大，有利于还原反应的顺利进行，促进电极深插，降低电耗和料面高度；氧化铁皮中的铁在冶炼过程中被还原，反应活性较大，容易破坏碳化硅的形成，避免矿热炉炉底上涨，有利于冶炼的顺利进行；本发明选用特定粒径比例的氧化皮搭配使用，能够起到提升炉料的透气性、加快热量传递、稳定硅铁合金冶炼质量的作用。此外，本发明在混合时，将氧化皮平铺于混合料的上表面，能够提高熔化速度，防止积渣上涨，并提高矿热炉的使用寿命。本发明工艺不需要加入额外的氧化钙，减少了杂质的含量，延长了矿热炉的使用寿命。本发明制备工艺简单，原料成本低，所得硅铁产品质量稳定，具有很强的实用性。
具体实施方式
本发明提供了一种利用氧化皮生产硅铁合金的方法，包含下列步骤：
将硅石、炭质还原剂、钢屑和氧化皮混合进行冶炼，完成硅铁合金的生产；
所述硅石、炭质还原剂、钢屑和氧化皮的质量比为100～110：55～65：4.5～5.5：11～14，优选为102～108：56～63：4.7～5.3：11.5～13，进一步优选为104～106：57～61：4.9～5.1：11.7～12.5，更优选为105～105.5：58～59：5～5.05：11.8～12。
在本发明中，硅石中SiO2的质量分数优选≥98％，进一步优选≥98.5％，更优选≥99％；炭质还原剂中固定碳的质量分数优选≥80％，进一步优选≥83％，更优选≥85％；钢屑中Fe的质量分数优选≥95％，进一步优选≥95.5％，更优选≥96％；氧化皮中Fe的质量分数优选为67～78％，进一步优选为69～76％，更优选为72～73％。
在本发明中，硅石包含硅石a、硅石b和硅石c。
在本发明中，所述硅石a的粒径优选大于等于30mm且小于60mm，进一步优选大于等于35mm且小于55mm，更优选大于等于40mm且小于50mm；所述硅石b的粒径优选大于等于60mm且小于90mm，进一步优选大于等于65mm且小于85mm，更优选大于等于70mm且小于80mm；所述硅石c的粒径优选大于等于90mm且小于等于120mm，进一步优选大于等于95mm且小于115mm，更优选大于等于100mm且小于110mm。
在本发明中，所述硅石a、硅石b和硅石c的质量比优选为0.5～1.5：0.5～1.5：0.5～1.5，进一步优选为0.7～1.3：0.7～1.3：0.7～1.3，更优选为0.9～1.0：0.9～1.0：0.9～1.0。
在本发明中，所述炭质还原剂优选包含焦炭和/或兰炭，所述炭质还原剂的粒径优选为8～15mm，进一步优选为9～14mm，更优选为10～13mm。
在本发明中，所述钢屑的卷尺长度优选≤300mm，进一步优选≤280mm，更优选≤260mm。
在本发明中，所述氧化皮优选包含氧化皮a和氧化皮b。
在本发明中，所述氧化皮a的粒径优选大于等于5mm且小于10mm，进一步优选大于等于6mm且小于9mm，更优选大于等于7mm且小于8mm；所述氧化皮b的粒径优选大于等于10mm且小于等于20mm，进一步优选大于等于12mm且小于18mm，更优选大于等于13mm且小于17mm。
在本发明中，所述氧化皮a和氧化皮b的质量比优选为0.5～1.5：0.5～1.5，进一步优选为0.7～1.3：0.7～1.3，更优选为0.9～1.0：0.9～1.0。
在本发明中，所述混合优选包含下列步骤：先将硅石、炭质还原剂和钢屑混合均匀得到混合料，将混合料置于矿热炉中，然后再在混合料上表面平铺氧化皮，避免氧化皮接触矿热炉，最后进行冶炼；通过本发明的混合方式能够提高熔化速度，防止积渣上涨，并提高矿热炉的使用寿命。
在本发明中，所述冶炼优选在12500KVA矿热炉中进行，所述冶炼的温度优选为1800～2800℃，进一步优选为2000～2600℃，更优选为2200～2500℃。
在本发明中，所述冶炼的时间优选为0.5～2.5h，进一步优选为1.0～2.0h，更优选为1.3～1.5h。
在本发明中，冶炼结束后，出炉，采用本领域常规技术手段进行浇锭，得到所述的硅铁合金。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将105kg硅石(硅石包含粒径为30～60mm的硅石a、粒径为60～90mm的硅石b和粒径为90～120mm的硅石c，硅石a、硅石b和硅石c的质量比为0.7：0.7：1.0)、58kg粒径为10～13mm的焦炭和5kg卷尺长度为260mm的钢屑混合均匀得到混合料，将混合料置于12500KVA矿热炉中，然后再在混合料上表面平铺11.7kg氧化皮(氧化皮包含粒径为5～10mm的氧化皮a和粒径为10～20mm的氧化皮b，氧化皮a和氧化皮b的质量比为1.0：1.0)，避免氧化皮接触矿热炉，最后在2500℃下冶炼1.3h，得到硅铁合金。
其中，本实施例中硅石中SiO2的质量分数为99％，焦炭中固定碳的质量分数为85％，钢屑中Fe的质量分数为95％，氧化皮中各元素及其质量分数，如表1所示。
表1实施例1中氧化皮中各元素及其质量分数
本实施例所得硅铁合金中硅含量为76.2％，铁含量为23％，其余杂质含量为0.8％，符合 GB2272-87。
实施例2
将102kg硅石(硅石包含粒径为30～60mm的硅石a、粒径为60～90mm的硅石b和粒径为90～120mm的硅石c，硅石a、硅石b和硅石c的质量比为0.7：0.9：1.3)、57kg粒径为9～14mm的兰炭和4.5kg卷尺长度为280mm的钢屑混合均匀得到混合料，将混合料置于12500KVA矿热炉中，然后再在混合料上表面平铺11.8kg氧化皮(氧化皮包含粒径为5～10mm的氧化皮a和粒径为10～20mm的氧化皮b，氧化皮a和氧化皮b的质量比为1.3：0.7)，避免氧化皮接触矿热炉，最后在2200℃下冶炼1.5h，得到硅铁合金。
其中，本实施例中硅石中SiO2的质量分数为98.5％，焦炭中固定碳的质量分数为83％，钢屑中Fe的质量分数为96％，氧化皮中各元素及其质量分数，如表2所示。
表2实施例2中氧化皮中各元素及其质量分数
本实施例所得硅铁合金中硅含量为75.8％，铁含量为23.3％，其余杂质含量为0.9％，符合 GB2272-87。
实施例3
将110kg硅石(硅石包含粒径为30～60mm的硅石a、粒径为60～90mm的硅石b和粒径为90～120mm的硅石c，硅石a、硅石b和硅石c的质量比为1.0：1.0：1.0)、64kg粒径为10～15mm的焦炭和5.5kg卷尺长度为260mm的钢屑混合均匀得到混合料，将混合料置于12500KVA矿热炉中，然后再在混合料上表面平铺12kg氧化皮(氧化皮包含粒径为5～10mm的氧化皮a和粒径为10～20mm的氧化皮b，氧化皮a和氧化皮b的质量比为1.3：0.9)，避免氧化皮接触矿热炉，最后在2600℃下冶炼1.0h，得到硅铁合金。
其中，本实施例中硅石中SiO2的质量分数为98％，焦炭中固定碳的质量分数为80％，钢屑中Fe的质量分数为95.5％，氧化皮中各元素及其质量分数，如表3所示。
表3实施例3中氧化皮中各元素及其质量分数
本实施例所得硅铁合金硅含量为76.0％，铁含量为23.2％，其余杂质含量为0.8％，符合 GB2272-87。
由以上实施例可知，本发明提供了一种利用氧化皮生产硅铁合金的方法，包含下列步骤：将硅石、炭质还原剂、钢屑和氧化皮混合进行冶炼，完成硅铁合金的生产；其中，硅石、炭质还原剂、钢屑和氧化皮的质量比为100～110：55～65：4.5～5.5：11～14。通过本发明特定配比的原料，能够制备出符合 GB2272-87的FeSi75合金。其中，氧化皮粒度小，比表面积大，有利于还原反应的顺利进行，促进电极深插，降低电耗和料面高度；氧化铁皮中的铁在冶炼过程中被还原，反应活性较大，容易破坏碳化硅的形成，避免矿热炉炉底上涨，有利于冶炼的顺利进行；本发明选用特定粒径比例的氧化皮搭配使用，能够起到提升炉料的透气性、加快热量传递、稳定硅铁合金冶炼质量的作用。此外，本发明在混合时，将氧化皮平铺于混合料的上表面，能够提高熔化速度，防止积渣上涨，并提高矿热炉的使用寿命。本发明工艺不需要加入额外的氧化钙，减少了杂质的含量，延长了矿热炉的使用寿命。本发明制备工艺简单，原料成本低，所得硅铁产品质量稳定，具有很强的实用性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种利用氧化皮生产硅铁合金的方法，其特征在于，包含下列步骤：
将硅石、炭质还原剂、钢屑和氧化皮混合进行冶炼，完成硅铁合金的生产；
所述硅石、炭质还原剂、钢屑和氧化皮的质量比为100～110：55～65：4.5～5.5：11～14。
2.如权利要求1所述的一种利用氧化皮生产硅铁合金的方法，其特征在于，所述硅石包含硅石a、硅石b和硅石c；
所述硅石a的粒径大于等于30mm且小于60mm，所述硅石b的粒径大于等于60mm且小于90mm，所述硅石c的粒径大于等于90mm且小于等于120mm；
所述硅石a、硅石b和硅石c的质量比为0.5～1.5：0.5～1.5：0.5～1.5。
3.如权利要求2所述的一种利用氧化皮生产硅铁合金的方法，其特征在于，所述炭质还原剂包含焦炭和/或兰炭，所述炭质还原剂的粒径为8～15mm。
4.如权利要求3所述的一种利用氧化皮生产硅铁合金的方法，其特征在于，所述钢屑的卷尺长度≤300mm。
5.如权利要求4所述的一种利用氧化皮生产硅铁合金的方法，其特征在于，所述氧化皮包含氧化皮a和氧化皮b；
所述氧化皮a的粒径大于等于5mm且小于10mm，所述氧化皮b的粒径大于等于10mm且小于等于20mm；
所述氧化皮a和氧化皮b的质量比为0.5～1.5：0.5～1.5。
6.如权利要求5所述的一种利用氧化皮生产硅铁合金的方法，其特征在于，所述冶炼的温度为1800～2800℃。
7.如权利要求6所述的一种利用氧化皮生产硅铁合金的方法，其特征在于，所述冶炼的时间为0.5～2.5h。
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