專利名稱：碳熱還原法生產(chǎn)稀土鋇硅化物合金的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用碳熱還原含稀土、硅和鋇的原料制取稀土鋇硅化物合金的工藝，屬冶煉技術(shù)。適于在礦熱爐中，以碳還原含有稀土、硅和鋇的原料，生產(chǎn)含有10～35％稀土金屬(REM)和5～15％鋇(Ba)的稀土鋇硅化物合金。
含鋇稀土硅鐵合金，已被廣泛用作煉鋼脫氧劑、改性劑，并作為球墨鑄鐵用球化劑和蠕墨鑄鐵用蠕化劑，也可直接用作高強(qiáng)度灰鑄鐵的孕育劑。含鋇稀土硅鐵在使用過(guò)程中，一方面發(fā)揮了稀土的作用，同時(shí)又有鋇的協(xié)同作用，其使用性能比用稀土硅鐵合金會(huì)更加優(yōu)越?！跋⊥龄^系復(fù)合變質(zhì)劑研究及應(yīng)用”，和“稀土鋇系硅鐵合金新產(chǎn)品”，已獲得工業(yè)應(yīng)用。是在電弧爐中，使用稀土、重晶石等原料，用硅鐵作還原劑進(jìn)行二階段還原制得。該方法解決了用稀土硅鐵合金和硅鋇合金二次熔配法合成稀土鋇硅鐵合金的繁瑣工藝，一次制得含鋇稀土硅鐵合金。但稀土和鋇收率低、渣量大，綜合工藝電耗高。美國(guó)福特礦物公司使用高品位氟碳鈰礦、碳酸鋇、碳酸鍶、鐵和硅石作原料，在礦熱爐中碳還原制取含有鈣、鍶和鋇的稀土硅化物合金，該工藝中的配料采用碳還原劑過(guò)理論量高達(dá)50％，必然導(dǎo)致?tīng)t底結(jié)瘤和有粘渣從爐中排出，爐況惡化和縮短爐子的連續(xù)生產(chǎn)周期，并引起產(chǎn)品合金粉化。
本發(fā)明的目的在于提供一種在礦熱爐中生產(chǎn)稀土鋇硅化物合金的新工藝，該工藝生產(chǎn)的稀土鋇硅化物合金成分均勻，不夾渣、不粉化、稀土與鋇的回收率高。生產(chǎn)過(guò)程中爐底無(wú)明顯上漲，無(wú)渣熔煉；并能降低合金生產(chǎn)的工藝電耗。
本發(fā)明的基本原理在于使稀土和鋇的化合物首先生成碳化物，避免了稀土和鋇化合物與二氧化硅接觸的造渣反應(yīng)，稀土和鋇的碳化物被一氧化硅還原而生成稀土鋇硅化物合金。
本發(fā)明的工藝步驟是1.將含有稀土和鋇的粉狀原料(-85um)與碳質(zhì)還原劑(粒度＜0.5mm)、粘結(jié)劑充分混合，在壓力高于17MPa的制團(tuán)機(jī)中造團(tuán)，配入的碳質(zhì)還原劑的固定碳加入量為將稀土和鋇全部轉(zhuǎn)變成REC2和BaC2所需理論碳量的1-3倍，球團(tuán)直徑30～50mm。
2.冶煉配料將含有稀土和鋇原料球團(tuán)、硅石、碳質(zhì)還原劑按如下原則配制批料，其稀土金屬和鋇與硅的比率為0.3～0.8，碳質(zhì)還原劑的配入量為稀土、鋇和硅化合物還原為金屬理論需要量的0.9～1.0倍。
3.將配制好的批料均勻加入礦熱爐內(nèi)進(jìn)行冶煉。每隔2小時(shí)放出一次合金進(jìn)入中間包，經(jīng)靜置5分鐘后，澆入鑄鐵錠模中。
所述的含稀土原料是氟碳鈰精礦(REFCO3)、稀土氧化物(RExOy)、稀土氫氧化物(RE(OH)3)、稀土碳酸鹽(RE2(CO3)3)等。
所述的含鋇原料是重晶石(硫酸鋇BaSO4)、毒重石(碳酸鋇BaCO3)或沉淀硫酸鋇和沉淀碳酸鋇。含有鋇的氟碳鈰型稀土精礦應(yīng)屬首選原料。
所述的碳質(zhì)還原劑是木炭(木塊)、焦碳、煤。木炭與焦碳(或煤)的固定碳比率為0.1～0.4，也可只用焦碳(或煤)。
所述的焦碳是冶金焦、煤氣焦、石油焦、蘭碳(土焦)等。
所述的煤是無(wú)煙煤、煙煤或其它型式的原煤。
所述的粘結(jié)劑是紙漿廢液、水玻璃或其他粘結(jié)劑。
本發(fā)明采用優(yōu)先強(qiáng)化稀土與鋇的碳化過(guò)程，冶煉中虧碳操作，經(jīng)礦熱爐冶煉試驗(yàn)表明，合金成分均勻，無(wú)夾渣，不粉化，稀土和鋇進(jìn)入合金的收率高于95％，每噸稀土鋇硅化物合金的工藝電耗低于9500kwh，無(wú)渣連續(xù)冶煉，爐底無(wú)明顯上漲，本發(fā)明為工業(yè)實(shí)施提供可靠工藝。
下面通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容。
例1使用主要化學(xué)成分為∑REO61.5％，BaO9.6％的含鋇氟碳鈰型稀土精礦，在550-750℃溫度下焙燒1～1.5小時(shí)，采用焙燒礦200公斤，木炭粉21公斤，低灰分煤粉32公斤配料，加入紙漿廢液27公斤，充分?jǐn)嚢?，混合均勻，然后在?duì)輥式造球機(jī)中，以大于17MPa壓力造球，經(jīng)干燥得到稀土鋇球團(tuán)。按照硅石200公斤，稀土鋇球團(tuán)125公斤，煤氣焦69Kg，冶金焦37Kg，木炭15公斤的配料料批，配料中稀土金屬和鋇與硅的比率為0.61。加入7000KVA礦熱爐中進(jìn)行冶煉，該礦熱爐的極心園直徑Φ2000mm，自焙電極直徑Φ740mm，一次側(cè)電壓10000V，操作電壓105V，電極插入爐料深度1200～1500mm。爐料疏松，冒火均勻，塌料、搗料容易，間隔2小時(shí)放出合金一次，流入中間包，靜置5分鐘澆入鑄鐵錠模中。冶煉出的合金典型的化學(xué)成分RE 25～27％，Si53～57％，Ba6～8％。
例2使用主要化學(xué)成分為∑REO44％，BaO21.2％的含鋇氟碳鈰稀土礦，采用稀土鋇精礦200公斤，焦碳粉46公斤，水玻璃(40％)26公斤，按例1方法進(jìn)行混合、造球、干燥，制得稀土鋇球團(tuán)。采用硅石200公斤，稀土鋇球團(tuán)120公斤，煤95公斤，木炭10公斤配料料批，加入與例1相同的礦熱爐中進(jìn)行冶煉，制得稀土鋇硅化物合金典型的化學(xué)成分為RE19～21％，Ba7～8％，Si55～60％。
例3采用稀土氧化物(∑REO 95％)，重晶石礦粉(BaSO494％)，按照稀土氧化物100公斤，重晶石礦粉117公斤，焦碳粉53公斤，紙漿廢液25公斤，按例1辦法進(jìn)行混合、造球、干燥，制得稀土鋇球團(tuán)。采用硅石200公斤、稀土鋇球團(tuán)84公斤，蘭炭97公斤，木炭11公斤配料料批，加入3000KVA礦熱爐中冶煉，該礦熱爐極心園直徑Φ1520mm，自焙電極直徑Φ630mm，一次側(cè)電壓10000V，操作二次電壓84V，電極插入爐料深度900～1000mm，料面透氣良好，塌料均勻，間隔2小時(shí)放出一次合金入中間包，靜置5分鐘后，澆入鑄鐵錠模中。生產(chǎn)出合金典型成分為RE15～17％，Ba13～15％，Si50～57％。
本發(fā)明的工藝冶煉出的稀土鋇硅化物合金，經(jīng)化學(xué)分析的化學(xué)成分為RE10～35％，Ba5～15％，Si45～60％，Ca＜3％，Al＜1.5％，Ti＜0.2％，余量為鐵。
權(quán)利要求
1.一種碳熱還原稀土、鋇和硅原料制取稀土鋇硅化物合金工藝，其特征在于工藝步驟是1)將含有稀土和鋇的粉狀原料與碳質(zhì)還原劑粉、粘結(jié)劑充分混合，在壓力大于17MPa的造團(tuán)機(jī)中造團(tuán)，制得稀土鋇球團(tuán)。配入的碳質(zhì)還原劑的固定碳加入量為稀土和鋇全部轉(zhuǎn)變?yōu)镽EC2、BaC2所需理論碳量的1-3倍，球團(tuán)直徑30～50mm。2)配料將稀土鋇球團(tuán)、硅石、碳質(zhì)還原劑按如下原則配料，其稀土金屬和鋇與硅的比率為0.3～0.8，碳質(zhì)還原劑的配入量為稀土、鋇和硅化合物還原為金屬所需理論碳量的0.9～1.0倍。3)將配制好的批料均勻入礦熱爐內(nèi)進(jìn)行冶煉，每隔兩小時(shí)左右放出合金一次入中間包，靜置5分鐘澆入鑄鐵錠模中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于所述的稀土原料是氟碳鈰礦精礦，稀土氧化物，稀土氫氧化物和稀土碳酸鹽等；所述的含鋇原料是重晶石、毒重石或沉淀碳酸鋇和沉淀硫酸鋇；氟碳鈰礦與重晶石共生礦精礦應(yīng)屬首選原料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于所述的碳質(zhì)還原劑是焦碳、煤與木炭(木塊)，其木炭與焦碳(或煤)的固定碳比率為0.1～0.4，也可以只用焦碳或煤。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述工藝，其特征在于所述的焦碳是冶金焦、煤氣焦、石油焦、蘭炭(土焦)等，所述的煤為無(wú)煙煤、煙煤或其它型式的原煤。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述工藝，其特征在于所述的粘結(jié)劑是紙漿廢液、水玻璃等。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種碳熱還原制取稀土鋇硅化物合金的工藝方法,其主要工藝過(guò)程是將含有稀土和鋇的原料,在過(guò)量碳質(zhì)還原劑條件下造球;以稀土鋇球團(tuán)、硅石、碳質(zhì)還原劑按如下原料配制批料,其稀土金屬和鋇與硅的比率為0.3～0.8,碳質(zhì)還原劑的量為理論值的0.9～1.0倍,均勻入礦熱爐進(jìn)行冶煉。實(shí)現(xiàn)無(wú)渣冶煉,爐底無(wú)明顯上漲,稀土和鋇收率高的效果。適于礦熱爐生產(chǎn)含有10～35%RE,5～15%B
文檔編號(hào)C22C29/18GK1257131SQ9812107
公開(kāi)日2000年6月21日 申請(qǐng)日期1998年12月16日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月16日
發(fā)明者張成祥, 任存治, 涂贛峰, 李春材, 金美惠 申請(qǐng)人:東北大學(xué)