用芒硝直接燃燒法冶煉矽鐵工藝的製作方法

2023-07-19 13:31:01

專利名稱：：用芒硝直接燃燒法冶煉矽鐵工藝的製作方法
技術領域：
：本發明的用芒硝直接燃燒法冶煉矽鐵工藝涉及矽鐵及其多元合金的新型生產工藝。目前，工業上冶煉矽鐵及其多元合金的生產工藝均為電解冶煉法，即將石英石和鐵屑按一定比例投入矽鐵電解爐內，經1800℃的高溫電解化合而成，每生產一噸矽鐵成品耗電量高達4000度以上。該生產工藝設備投資大，耗電量多，只能大工業生產，不能土法上馬。本發明的目的是提出一種用芒硝(Na2SO4)或矽酸鈉(Na2SiO3)為主原料，以煤炭、重油或天然氣為燃料，在特製冶煉爐中直接燃燒，加熱反應，生成矽鐵及其多元合金的新工藝。本發明的原理基於申請人發明的《用芒硝生產矽酸鈉的生產工藝》專利技術(專利申請號為90100416.2)，是用芒硝、石英砂和碳混合，在1400℃高溫下共熔，可以生成國標一類或二類固體矽酸鈉;矽酸鈉是氧化鈉和二氧化矽的化合物，含二氧化矽75～80%，含氧化鈉17%，熔態的二氧化矽在碳和氧化鈉的作用下生成偏矽酸鈉或被碳還原成矽，這項專利技術的生產實踐證明了熔點為1713℃的二氧化矽，在碳的作用下只需1380℃即能夠迅速熔融的重要事實。據此，我們可以從降低二氧化矽的熔點著手，把矽還原出來，直接與鐵化合即可生成矽鐵，無需用電解法產生1713℃的高溫去熔融二氧化矽，只需用在特製的冶煉爐中1380℃的溫度即可熔融熔點為1713℃的二氧化矽，這就是本發明的可貴之處。即可在1400℃的高溫下用芒硝直接燃燒法冶煉矽鐵及其多元合金。降低石英熔點的測試見下表該表數字表明熔點為1713℃的二氧化矽，在本工藝實驗條件下，可在1380℃溫度條件下熔融。在此基礎上，我們曾用新疆石英砂採用芒硝生產了SiO2含量為77.5%、模數為4.2的矽酸鈉，並進一步按國標70～80號矽鐵配料使用4.2模數的固體硫酸鈉，在1400℃高溫下反應生成含鐵24%;含矽72%;含少量碳酸鈉(Na2CO3)和少量硫化物的「75」號矽鐵產品。本發明的用芒硝直接燃燒法冶煉矽鐵工藝將芒硝(Na2SO4)，二氧化矽(SiO2)，鐵(Fe)，炭(C)，錳(Mn)等物質在高溫下共熔生成矽鐵合金，是基於物質在高溫下進行氧化還原反應，即以外力(溫度)，促成物質原子最外層電子轉移躍迂，從而促成元素性質的改變，即產生了新的化合物和單質;從生產工藝上講，是採用煤炭直接燃燒技術實現持續穩定的高溫。在冶煉爐中用一步燃燒法和矽酸鈉法冶煉矽鐵及多元合金的化學方程式如下一.芒硝一步法二.矽酸鈉法上述兩組方程式的反應生成過程比較複雜，簡單敘述是對熱穩定的物質無水芒硝在與碳共熱時具有氧化性，硫酸根在高溫中被分解並在一定條件下被還原成金屬硫化物，如碳在催化條件和1420℃的高溫作用下，硫酸根被徹底分解被生成二氧化硫氣體，並得到氧化鈉，在同一反應過程中，氧化鈉作用於SiO2化合為矽酸鈉熔態物，並進一步在碳作用下裂解，同時作用於陽離子的鐵(Fe2)，使其與矽化合為矽鐵及其合金元素。本發明的應用實例如下附圖是加熱反應冶煉爐附圖。1.燃燒室;2.反應室;3.儲熱室;4.蓄熱除硫室，其反應室爐池呈橢圓型池柱。其儲料室爐池呈圓型池柱。畜熱除硫池和地下煙道、水封煙道綜合起來為本爐的除硫裝置，分別實現的重力沉降、蒸汽過濾、水解等對二氧化硫氣體的處理工序。本發明的工藝流程配料→分批加料→加熱反應→出爐及產品檢驗出廠配料後的分批加料和加熱反應工藝基本在反應室內完成，如需冶煉多元合金可在仍然保持1420℃高溫的儲料室中進行，即根據生產需求按量加入合金品種所需要的金屬元素，在儲熱室內進行冶煉，儲熱室料缸必須保持20公分料位，可定時定量出料，當出料後，必須清理出料門並堵好出料口。本發明的工藝配料計算(一)關於用芒硝和生產矽酸鈉配方計算可參照專利申請《用芒硝生產矽酸鈉工藝》。(二)Na2SiO3生成值批料量計算1.Na2SiO3生成值批量料＝批料總加量-(總加量×30(常數))/100例70Kg(Na2SiO3生成量)＝100Kg-(100×30)/100＝70Kg2.矽酸鈉批料量含二氧化矽量計算批料量含SiO2總量＝Na2SiO3批料量×(模數中SiO2值×2.5(常數))/100例查表或檢測Na2SiO3中SiO2%值為28%設Na2SiO3;批量為100Kg即SiO2總量＝100Kg×(28×2.5)/100＝70Kg3.鐵配量計算例批料鐵配量＝(70Kg×0.22)/78×100＝19.74Kg4.碳配量計算批料碳量＝(鐵配量×碳原子量)/(鐵原子量×焦炭碳含量)＝(19.7×12)/(56×0.82)＝5.15Kg批料碳量＝(Na2SiO3量×碳原子量)/(Na2SiO3量×碳含量)＝(100Kg×12)/(124×0.82)＝11.8Kg(12Kg)碳總配量＝5.51Kg+11.8Kg＝16.95Kg附上列各式物料加量必須加入常數方為實際加料量。本工藝對燃料的選擇本發明是採用直接燃燒加熱給生產提供熱量，以保障反應溫度持續穩定在1420℃以上，因此要求1.7000千卡/小時公斤工業用煤，揮發份在20%以上，含硫量不超過1%;2.亦可採用重油噴射燃燒或可燃氣體為燃料。五.本發明的專用爐型類似球性多拱式爐，分燃燒室、反應室、儲料室、蓄熱除硫室四大部分，其中反應室室頂為圓拱形，室壁為橢圓柱形，其上部設加料口，自動卸料鬥，電動行車，其儲熱室上部設加料口，其室壁為圓柱形，整個爐體必須採用國標一等高鋁、鎂、鉻和剛玉耐火材料，磚型及規格按設計圖紙加工製作。該工藝與傳統矽鐵生產工藝相比能顯著提高經濟效益和社會效益。權利要求1.一種用芒硝直接燃燒法冶煉矽鐵工藝，採用芒硝(NaSO4)、石英砂(SiO2)為原料或者直接採用固體矽酸鈉為原料與鐵、錳等金屬或非金屬在特製的冶煉爐中高溫熔融生產矽鐵及多元合金，其特徵是在球型多拱式冶煉爐內，採用燃煤、燃油、燃氣等直接燃燒加熱技術，使爐內持續而穩定地保持在1420℃～1430℃的反應溫度；主含量在95%以上的國標產品無水芒硝(Na2SO4)，細度要求達到40目，SiO2含量在98%以上的石英砂，以及固定碳含量為75～85%，含硫量不超過1%的焦碳、蘭碳、無煙煤和符合國標質量的固體矽酸鈉(Na2SiO3)、鐵(Fe)、錳(Mn)、鋁(Al)的主含量均應在95%以上；作為燃料的工業標準煤炭的發熱量為7000千卡/公斤小時，揮發份在20%以上，也可採用重油或工業天然氣為燃料種類，其特製冶煉爐內設置蓄熱除硫室，重力沉降室等除硫裝置。2.如權利要求1所述的用芒硝直接燃燒法冶煉矽鐵工藝，其特徵是所述冶煉爐分燃燒室、反應室、儲熱室及蓄熱除硫室;3.如權利要求1和權利要求2所述的用芒硝直接燃燒法冶煉矽鐵工藝的冶煉爐，其特徵是其反應室爐池呈橢圓柱形，其儲料室爐池呈圓柱形池;4.如權利要求1所述的用芒硝直接燃燒法冶煉矽鐵工藝，其特徵是原料即可採用芒硝一步冶煉矽鐵及多元合金，亦可採用矽酸鈉直接冶煉矽鐵及其合金;5.如權利要求1所述的用芒硝直接燃燒法冶煉矽鐵工藝，其特徵是有關配料的計算如下a.Na2SiO3生成值批量料＝批料總加量-(總加量×30(常數))/100b.批料量含SiO2總量＝Na2SiO3批料量×(模數中SiO2值×2.5(常數))/100d.批料碳配量＝(鐵配量×碳原子量)/(鐵原子量×焦炭碳含量)+(Na2SiO3量×碳原子量)/(Na2SiO3量×碳含量)6.如權利要求1所述的用芒硝直接燃燒法冶煉矽鐵工藝，其特徵是選用發熱量為7000千卡/千克小時，揮發份在20%以上，含硫量不超過1%的工業用煤。全文摘要本發明的用芒硝直接燃燒法冶煉矽鐵工藝克服了傳統的電解法生產矽鐵及多元合金，因大量耗電而造成生產成本高，設備投資大的弊端，提出了用芒硝(Na文檔編號C22C38/02GK1058620SQ9110475公開日1992年2月12日申請日期1991年7月14日優先權日1991年7月14日發明者馮中一申請人:馮中一