用紅柱石原礦為原料直接還原製備矽鋇鋁鈣鈦多元合金的方法
2023-06-04 03:09:11 1
專利名稱：用紅柱石原礦為原料直接還原製備矽鋇鋁鈣鈦多元合金的方法
技術領域：
本發明涉及一種用紅柱石原料製備矽鋇鋁鈣鈦多元合金的方法，屬於金屬材料和
煉鋼用複合鐵合金生產工藝領域。
背景技術：
紅柱石是一種富鋁礦物，屬於藍晶石類礦物，是天然高鋁矽酸鹽礦物，化學組成為 A1203 Si02，分子式AlJSi0j0，斜方晶系，柱狀晶形，硬度7-7.5，密度3. 10-3.20。主要分 布在南非、法國、中國和印度等國家，被廣泛作為冶金、制陶、水泥等工業的耐火材料，主要 消費國是美國、日本、俄羅斯、德國和英國等國家。 目前國內生產含鋁和矽為主元素的煉鋼脫氧用多元複合合金均系採用鋁土礦為 原料。我國鋁土礦儲量僅佔世界總量的2.4%，但年開採量卻佔世界開採總量的8%，開採、 消耗的速度大於探明儲量的增速。另外，我國鋁土礦資源亂採濫挖現象突出，回採率僅為 40 % ，遠遠低於國外80%的水平，造成國內鋁土礦資源開採浪費嚴重。同時，我國氧化鋁企 業規模普遍較小，生產工藝相對落後，生產成本高出國際平均水平50%以上。鋁土礦和其它 礦種一樣屬於不可再生資源，按"十一五"期間氧化鋁生產能力估算，國內現有已探明經濟 可供儲量靜態保證期限約13年，鋁工業發展勢必受限於資源的制約。統計資料表明，中國 鋁土礦供應的對外依存度已從2005年的9. 4%迅速上升到2006年的26. 2%。鋁土礦原材 料的緊缺甚至中斷，將直接影響我國整個鋁行業的健康發展。加上近幾年氧化鋁項目的盲 目投資帶來鋁土礦資源大規模無序開採，使國內本來就短缺的鋁土礦資源雪上加霜，導致 中國鋁工業本土資源保障年限大幅縮短，極易受到國際市場的衝擊，對全行業可持續發展 十分不利。 目前電熱法生產鋁矽多元素複合合金，尚無使用紅柱石為原料的生產實踐。
發明內容
本發明的目的在於避免現有技術的不足之處提供一種用紅柱石原礦為原料直接 還原製備矽鋇鋁鈣鈦多元合金的方法。本發明以含鋁和矽元素的非鋁土礦的紅柱石粗精礦 和尾礦為原料生產鋁矽多元複合合金，不僅在礦種原料選用上破解了難題，而且在冶煉工 藝上也有獨創。本工藝每噸的電耗10000KVh/t，比傳統工藝耗電11000KWh/t降低10%，煙 塵的排放濃度是國家標準的百分之五十，粉塵中主要是八1203和Si(^，不產生公害，本工藝 具備了綜合能耗低、汙染小、產品品質穩定優越等特點。 為實現上述目的，本發明採取的技術方案為一種用紅柱石原礦為原料直接還原 製備矽鋇鋁鈣鈦多元合金的方法，其主要特點在於製備步驟如下 a.製備礦石紅柱石原礦按重量百分比40-85%，粒度為10-100mm，含鈣原料 3-45%，粒度為10 80mm，鈦鐵礦5_50%，粒度為10 80mm，重晶石礦10-55 %，粒度為 10 80mm製備；
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b.製備碳質還原劑將碳質還原劑製備為粒度為3-10mm，經計算後還原劑按礦石 混合總重量的60_110%配入；也可以按本領域技術人員的常規方法計算還原劑中固定碳 和礦石中氧化物的含量以確定還原劑的配入量的百分比。
c.將碳質還原劑與礦石均勻混合； d.將混合後的物料加入到礦熱電弧爐中，爐內溫度控制在1950-215(TC，物料在 爐內冶煉3-4小時； e.間隔3-4小時從出鐵口向中間包放出粗製的矽鋇鋁鈣鈦多元合金液體，在中間 包加入精煉劑除渣後鑄錠，即得到矽鋇鋁鈣鈦多元合金的成品。 —種用紅柱石原礦為原料直接還原製備矽鋇鋁鈣鈦多元合金的方法，其主要特點 在於製備步驟如下 a.製備礦石紅柱石原礦按重量百分比為40-85%，粒度為<0.5咖，含鈣原料為 3-45%，粒度為< 0. 5mm，鈦鐵礦為5_50%，粒度為< 0. 5mm，重晶石礦為10-55%，粒度為 < 0. 5mm製備； b.製備碳質還原劑將碳質還原劑製備粒度為92%，具有好的化學活性和較大的比電阻，煙煤和石油焦的配料比為6-8 : 2-4。
所述的用紅柱石原礦為原料直接還原製備矽鋇鋁鈣鈦多元合金的方法，所述的紅 柱石礦中A1203含量為25-53%， Si02含量20-50%，鈦鐵礦含Ti02量10-15% ，重晶石礦中 BaSi04含量80-85% ，方解石中CaC03 > 98%。 本發明的有益效果是矽鋁鋇鈣鈦多元合金是煉鋼用的脫氧劑和脫硫劑，它能使 鋼中的氧降到最低，同時形成的含鈣、鋇、矽、鈦、鋁的複雜氧化物，形成大顆粒爐渣從鋼液 中上浮，純淨鋼液，提高鋼的力學性能和加工性能；在脫氧的同時，鈣和鋇起脫硫作用。
本發明有以下特點 1、所用紅柱石的八1203和5102含量高、採用"一步法"在礦熱電爐中冶煉複合合金， 生產成本低、礦料供應及時充分。 2、本發明人生產矽鋇鋁鈣鈦多元複合合金採用了直接用粒度礦石不壓球工藝和 壓球工藝兩種方法，不壓球工藝所用粒狀紅柱石系礦山直接生產，直接用於冶煉用的原料， 節約了壓球系列工序及粘結劑材料，大幅度降低了生產成本。
3、目前國內生產以鋁矽含量為主元素複合合金全部採用鋁土礦為原料，鋁土礦在 我國是短缺礦物，本發明人所採用的紅柱石礦儲量高達2億噸，本方法採用的原料及工藝 完全符合國家的礦產資源合理利用的政策。 4、本專利所述多元素複合合金是煉鋼工業脫氧和微合金化用高效合金，有廣泛的 市場需求。 5、本工藝方法製取的多元複合合金中，由於含有Ba元素，合金比重可高達 3. 5-4. 2g/cm3，比一般Al合金脫氧劑的利用率高1. 5倍，本合金中Al的脫氧利用率高達 45X，一般A1在煉鋼脫氧時的利用率為15-20%。大量節約Al資源。 表1是實驗室5噸中頻爐煉A3鋼用矽鋁鋇f丐鈦多元合金和純鋁進行的脫氧脫硫 對比試驗效果。 表l 5噸中頻爐煉A3鋼脫氧脫硫試驗效果
爐號鋼液/t脫氧脫硫 劑用量/kg單耗 /kg/t鋼液中 氧量/%鋼液中 硫量/%
15多元合金1.450.290.02250.015
25純鋁1.250.250.02660.045 表1中試驗表明，每噸A3鋼用0. 3kg矽鋁鋇f丐鈦多元合金和0. 25kg純鋁脫氧和 硫相比，鋼中氧含量平均值降低了 21%，硫含量平均值降低了 67%。
圖1為本發明的實施例1、2、3、4流程示意圖。
圖2為本發明的實施例5、6、7流程示意圖。
具體實施例方式
以下結合實施例對本發明的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本發明， 並非用於限定本發明的範圍。 實施例1 :一種用紅柱石原礦為主要原料直接還原製備矽鋇鋁鈣鈦多元合金的方 法，其主要特點在於製備138. 25kg矽鋁鈣鋇鈦合金步驟如下 a.製備礦石紅柱石原礦按重量百分比61%，粒度為10 100mm，含方解石4% ， 粒度為10 80咖，鈦鐵礦23%，粒度為10 80mm，重晶石礦10%，粒度為10 80mm製備；
紅柱石礦塊289. 66kg ;重晶石礦塊45. 56kg ;方解石塊22. 08kg ;鈦鐵礦砂111. 45kg。
紅柱石礦中八1203含量為35%， Si02含量50X，鈦鐵礦含Ti02量15%，重晶石礦 中BaSi04含量80 % ，方解石CaC03 > 98 % 。 b.製備碳質還原劑將碳質還原劑製備為粒度為3 10mm，還原劑按礦石混合總
重量的90%配入；煙煤423kg :煙煤固定碳含量50%。 c.將碳質還原劑與礦石均勻混合；
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d.將混合後的物料加入到礦熱電弧爐中，爐內溫度控制在1950-215(TC，物料在 爐內冶煉3-4小時； e.間隔3-4小時從出鐵口向中間包放出粗製的矽鋇鋁鈣鈦多元合金液體，在中間 包加入精煉劑除渣，後鑄錠，即得到矽鋇鋁鈣鈦多元合金的成品。 該合金成品為主要化學成分為Si 34. 98%， Ca 6. 43%， Ba9. 52%， Ti3. 95%， Al 17. 05%，Fe 28.07%。完全能夠滿足企業標準。 實際生產時。可以將紅柱石礦塊、煙煤混合均勻，加入熔煉爐中熔煉，生產矽鋁合 金；然後分批加入方解石和煙煤，促進矽鋁鈣的形成；再分批加入鋇礦和煙煤，促其形成矽 鋁鈣鋇合金；再加入鈦鐵礦砂球團和煙煤，形成矽鋁鈣鋇鈦合金形成。也可以將所有礦按比 例配均勻，連同煙煤一塊加入。 實施例2 :—種用紅柱石原礦為原料直接還原製備矽鋇鋁鈣鈦多元合金的方法， 其主要特點在於製備步驟如下 a.製備礦石紅柱石原礦按重量百分比40%，粒度為10 80mm，方解石20% ，粒 度為10 80mm，鈦鐵礦15%，粒度為10 80mm，重晶石礦25%，粒度為10 80mm製備；
紅柱石礦塊660kg ;重晶石礦塊412kg ;方解石412kg ;鈦鐵礦砂247kg。 紅柱石礦中八1203含量為50%， Si02含量25X，鈦鐵礦含Ti02量15%，重晶石礦
中BaSi04含量85X，方解石中CaC03 > 98%。 b.製備碳質還原劑將碳質還原劑製備為粒度為3 10mm，還原劑按礦石混合總 重量的80配入；1350kg，按煙煤和石油焦的混合物，煙煤固定碳含量45X、石油焦固定碳含 量92%，煙煤和石油焦的配料比為6 : 4。
c.將碳質還原劑與礦石均勻混合； d.將混合後的物料加入到礦熱電弧爐中，爐內溫度控制在1950-215(TC，物料在 爐內冶煉3-4小時； e.間隔3-4小時從出鐵口向中間包放出粗製的矽鋇鋁鈣鈦多元合金液體，在中間 包加入精煉劑除渣，後鑄錠，即得到矽鋇鋁鈣鈦多元合金的成品。 實施例3 :—種用紅柱石原礦為原料直接還原製備矽鋇鋁鈣鈦多元合金的方法， 其主要特點在於製備步驟如下 a.製備礦石紅柱石原礦按重量百分比75%，粒度為20-60咖，方解石5%，粒度為 10 80mm，鈦鐵礦10%，粒度為10 80mm，重晶石礦10%，粒度為10 80mm製備；
b.製備碳質還原劑將碳質還原劑製備為粒度為3-10mm，經計算後還原劑按礦石 混合總重量的60_110%配入； 紅柱石礦中八1203含量為50%， Si02含量25X，鈦鐵礦含Ti02量15%，重晶石礦 中BaSi04含量85X，方解石中CaC03 > 98%。 b.製備碳質還原劑將碳質還原劑製備為粒度為3 10mm，還原劑按本領域技術
人員的常規方法計算還原劑中固定碳和礦石中氧化物的含量以確定還原劑的配入量的百
分比；按煙煤和石油焦的混合物，煙煤固定碳含量45%、石油焦固定碳含量92%，煙煤和石
油焦的配料比為6 : 4。 c.將碳質還原劑與礦石均勻混合； d.將混合後的物料加入到礦熱電弧爐中，爐內溫度控制在1950-215(TC，物料在
6爐內冶煉3-4小時； e.間隔3-4小時從出鐵口向中間包放出粗製的矽鋇鋁鈣鈦多元合金液體，在中間 包加入精煉劑除渣，後鑄錠，即得到矽鋇鋁鈣鈦多元合金的成品。 實施例4 :一種用紅柱石原礦為原料直接還原製備矽鋇鋁鈣鈦多元合金的方法， 所述的含鈣原料為活性石灰。其餘步驟與實施例1-3相同。 實施例5 :—種用紅柱石原礦為原料直接還原製備矽鋇鋁鈣鈦多元合金的方法， 其主要特點在於製備步驟如下
a.製備礦石 紅柱石原礦按重量百分比60 % ， 241kg，粒度為0-3mm ;方解石8 % ， 39kg，粒度為 0-3mm ;鈦鐵礦22X，109kg，粒度為0_3mm ;重晶石礦10X，49kg，粒度為0_3mm製備。
紅柱石礦中八1203含量為35. 77%，510251.86%，方解石中含0&0)3為98%。鈦鐵 礦含Ti02量14. 23% ，重晶石礦中BaSi04含量88. 52% 。 b.製備碳質還原劑將碳質還原劑製備粒度為0-3mm，碳質還原劑按礦石混合總 重量的60%配入；煙煤295kg，煙煤固定碳含量48X。 c.將碳質還原劑與礦石均勻混合，對混合好的物料加粘結劑進行壓球， 制團按配方稱量的各種原料在機械攪拌球磨機中進行混合，攪拌時間為30min。
將混合均勻的爐料加水或加粘結劑紙漿，在實驗室成型機上壓成兩種球形，在碳管爐中的
小型試驗樣為圓柱體，制團壓力為30Mpa，團塊為小20mmX60mm圓柱體；在多功能燒結爐上
試驗樣為橢球體，制團壓力為30Mpa，團塊為橢球體，長軸6cm，短軸cm。 本試驗採用電熱乾燥箱對球團進行乾燥脫水，球團含水量降到1 %以下。乾燥溫度
為30(TC，時間為2h。 溼球落下強度0. 7米二次不破裂；生球最大抗壓強度400kg/cm2 ;生球落下強 度5米一次不破裂；熱強度100(TC不粉化。 d.將乾燥後的物料加入到礦熱電弧爐中，爐內溫度控制在1950-215(TC，物料在 爐內冶煉3-4小時； 將乾燥後不同類型球團在20W工頻碳管爐進行條件試驗，擴大試驗在多功能燒結 爐上進行，10kg橢球形試驗樣放入石墨坩鍋內，置於燒結爐中，按照操作規程，抽真空達到 2Pa後升溫到210(TC，保溫4h。然後，降到室溫取出石墨坩鍋，分別將渣和矽鋇鋁f丐鈦多元 合金稱量，再將粗矽鋇鋁鈣鈦多元合金精煉除渣，進行x-射線衍射分析、掃描電鏡能譜分 析及化學分析。 e.間隔3-4小時從出鐵口向中間包放出粗製的矽鋇鋁鈣鈦多元合金液體，在中間
包加入精煉劑除渣，後鑄錠，即得到矽鋇鋁鈣鈦多元合金的成品。
實施例6 : a、試生產在3000KVA中型礦熱電爐中進行，採用的礦石原料以紅柱石為主，配用 方解石、重晶石、鈦鐵礦、鐵粉，還原劑用煙煤。 礦石組成比例為紅柱石礦1000kg、方解石100kg、鈦鐵礦100kg、重晶石礦200kg， 合計批料重量為1500kg，煙煤1600kg。 紅柱石成分A1203 51 %、Si02 30%、Fe203 18%。重晶石BaS04 85%，方解石 CaC03 95%，鈦鐵礦1102 16%。
b、制粉壓球 將各種礦石和還原劑煙煤破碎成l-3mm粉料，在圓盤混料機中均勻混料，並加入約10%的紙漿粘結劑，在強力壓球機中壓製成直徑30mm的圓球，在35(TC溫度下烘乾10小時待用。生球在lm落地實驗兩次不破裂，抗壓強度350kg/cm2，加熱IOO(TC不粉化不破裂。
c入爐冶煉按批料配比將球料人工加入到3000KVA礦熱電爐中冶煉，採用燜火升溫工藝，每爐冶煉時間4. 5小時，期間兩次燜燒，爐溫約210(TC左右，冶煉4-4. 5小時後打開出鐵口出鐵到鐵水包中，經天車吊包進行合金澆注成型，合金厚度小於80mm，取樣檢測Al、Si、Fe主元素成分後，將合金破碎成10-30mm粒度裝袋發貨。
合金成分A1 33%、 Si 36%、 Ca 3%、Ba 5%、Ti 1%、
d、噸合金總礦耗1320kg，煙煤1200kg，電耗11000kwh/t。 實施例7 :—種用紅柱石原礦為原料直接還原製備矽鋇鋁鈣鈦多元合金的方法，所述的含鈣原料為活性石灰。其餘步驟與實施例5-6相同。 以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
一種用紅柱石原礦為原料直接還原製備矽鋇鋁鈣鈦多元合金的方法，其特徵在於製備步驟如下a.製備礦石紅柱石原礦按重量百分比40-85％，粒度為10-100mm，含鈣原料3-45％，粒度為10～80mm，鈦鐵礦5-50％，粒度為10～80mm，重晶石礦10-55％，粒度為10～80mm製備；b.製備碳質還原劑將碳質還原劑製備為粒度為3-10mm，經計算後還原劑按礦石混合總重量的60-110％配入；c.將碳質還原劑與礦石均勻混合；d.將混合後的物料加入到礦熱電弧爐中，爐內溫度控制在1950-2150℃，物料在爐內冶煉3-4小時；e.間隔3-4小時從出鐵口向中間包放出粗製的矽鋇鋁鈣鈦多元合金液體，在中間包加入精煉劑除渣後鑄錠，即得到矽鋇鋁鈣鈦多元合金的成品。
2. —種用紅柱石原礦為原料直接還原製備矽鋇鋁鈣鈦多元合金的方法，其特徵在於製備步驟如下a. 製備礦石紅柱石原礦按重量百分比為40-85 %，粒度為< 0.5mm，含鈣原料為 3-45%，粒度為< 0. 5mm，鈦鐵礦為5_50%，粒度為< 0. 5mm，重晶石礦為10-55%，粒度為 < 0. 5mm製備；b. 製備碳質還原劑將碳質還原劑製備粒度為< 0. 5mm，碳質還原劑按礦石混合總重 量的60-100%配入；c. 將碳質還原劑與礦石均勻混合，對混合好的物料加粘結劑進行壓球，然後乾燥，乾燥 溫度為300-40(TC，物料中水分按重量百分比小於1% ;d. 將乾燥後的物料加入到礦熱電弧爐中，爐內溫度控制在1950-215(TC，物料在爐內 冶煉3-4小時；e. 間隔3-4小時從出鐵口向中間包放出粗製的矽鋇鋁鈣鈦多元合金液體，在中間包加 入精煉劑除渣後鑄錠，即得到矽鋇鋁鈣鈦多元合金的成品。
3. 如權利要求1或2所述的用紅柱石原礦為原料直接還原製備矽鋇鋁鈣鈦多元合金的 方法，其特徵在於還包括有所述的含鈣原料為方解石或活性石灰。
4. 如權利要求1或2所述的用紅柱石原礦為原料直接還原製備矽鋇鋁鈣鈦多元合金的 方法，其特徵在於還包括有所述的碳質還原劑為煙煤和石油焦的混合物，煙煤固定碳含量 > 50%，石油焦固定碳含量> 92%，煙煤和石油焦的配料比為6-8 : 2-4。
5. 如權利要求1或2所述的用紅柱石原礦為原料直接還原製備矽鋇鋁鈣鈦多元合金 的方法，其特徵在於所述的紅柱石礦中八1203含量為25-53%， Si(^含量20-50%，鈦鐵礦含 Ti02量10-15% ，重晶石礦中BaSi04含量80-85% ，方解石中CaC03 > 98%。
全文摘要
本發明涉及一種用紅柱石原料製備矽鋇鋁鈣鈦多元合金的方法，屬於金屬材料和煉鋼用複合鐵合金生產工藝領域。一種用紅柱石原礦為原料直接還原製備矽鋇鋁鈣鈦多元合金的方法，其特徵在於製備步驟如下a.製備礦石；b.製備碳質還原劑；c.將碳質還原劑與礦石均勻混合；d.將混合後的物料加入到礦熱電弧爐中，爐內溫度控制在1950-2150℃，物料在爐內冶煉3-4小時；e.間隔3-4小時從出鐵口向中間包放出粗製的矽鋇鋁鈣鈦多元合金液體，在中間包加入精煉劑除渣後鑄錠，即得到矽鋇鋁鈣鈦多元合金的成品。本發明以含鋁和矽元素的非鋁土礦的紅柱石粗精礦和尾礦為原料生產鋁矽多元複合合金，不僅在礦種原料選用上破解了難題，而且在冶煉工藝上也有獨創。
文檔編號C22B5/10GK101775493SQ20101000325
公開日2010年7月14日 申請日期2010年1月8日 優先權日2010年1月8日
發明者盧慧民, 唐允平, 張勇, 徐鹿鳴, 方景芳, 謝建毅, 陳家興, 魏家駿 申請人:甘肅紫鑫礦業煤化工有限公司