碳热还原法生产稀土钡硅化物合金的工艺

摘要

本发明涉及一种碳热还原制取稀土钡硅化物合金的工艺方法,其主要工艺过程是将含有稀土和钡的原料,在过量碳质还原剂条件下造球;以稀土钡球团、硅石、碳质还原剂按如下原料配制批料,其稀土金属和钡与硅的比率为0.3～0.8,碳质还原剂的量为理论值的0.9～1.0倍,均匀入矿热炉进行冶炼。实现无渣冶炼,炉底无明显上涨,稀土和钡收率高的效果。适于矿热炉生产含有10～35%RE,5～15%Ba,45～60%Si的稀土钡硅化物合金。

说明书

本发明涉及使用碳热还原含稀土、硅和钡的原料制取稀土钡硅化物合金的工艺，属冶炼技术。适于在矿热炉中，以碳还原含有稀土、硅和钡的原料，生产含有10～35％稀土金属(REM)和5～15％钡(B_a)的稀土钡硅化物合金。

含钡稀土硅铁合金，已被广泛用作炼钢脱氧剂、改性剂，并作为球墨铸铁用球化剂和蠕墨铸铁用蠕化剂，也可直接用作高强度灰铸铁的孕育剂。含钡稀土硅铁在使用过程中，一方面发挥了稀土的作用，同时又有钡的协同作用，其使用性能比用稀土硅铁合金会更加优越。“稀土钡系复合变质剂研究及应用”，和“稀土钡系硅铁合金新产品”，已获得工业应用。是在电弧炉中，使用稀土、重晶石等原料，用硅铁作还原剂进行二阶段还原制得。该方法解决了用稀土硅铁合金和硅钡合金二次熔配法合成稀土钡硅铁合金的繁琐工艺，一次制得含钡稀土硅铁合金。但稀土和钡收率低、渣量大，综合工艺电耗高。美国福特矿物公司使用高品位氟碳铈矿、碳酸钡、碳酸锶、铁和硅石作原料，在矿热炉中碳还原制取含有钙、锶和钡的稀土硅化物合金，该工艺中的配料采用碳还原剂过理论量高达50％，必然导致炉底结瘤和有粘渣从炉中排出，炉况恶化和缩短炉子的连续生产周期，并引起产品合金粉化。

本发明的目的在于提供一种在矿热炉中生产稀土钡硅化物合金的新工艺，该工艺生产的稀土钡硅化物合金成分均匀，不夹渣、不粉化、稀土与钡的回收率高。生产过程中炉底无明显上涨，无渣熔炼；并能降低合金生产的工艺电耗。

本发明的基本原理在于使稀土和钡的化合物首先生成碳化物，避免了稀土和钡化合物与二氧化硅接触的造渣反应，稀土和钡的碳化物被一氧化硅还原而生成稀土钡硅化物合金。

本发明的工艺步骤是：

1.将含有稀土和钡的粉状原料(-85um)与碳质还原剂(粒度＜0.5mm)、粘结剂充分混合，在压力高于17MPa的制团机中造团，配入的碳质还原剂的固定碳加入量为将稀土和钡全部转变成REC₂和B_aC₂所需理论碳量的1-3倍，球团直径30～50mm。

2.冶炼配料

将含有稀土和钡原料球团、硅石、碳质还原剂按如下原则配制批料，其稀土金属和钡与硅的比率为0.3～0.8，碳质还原剂的配入量为稀土、钡和硅化合物还原为金属理论需要量的0.9～1.0倍。

3.将配制好的批料均匀加入矿热炉内进行冶炼。每隔2小时放出一次合金进入中间包，经静置5分钟后，浇入铸铁锭模中。

所述的含稀土原料是氟碳铈精矿(REFCO₃)、稀土氧化物(RE_xO_y)、稀土氢氧化物(RE(OH)₃)、稀土碳酸盐(RE₂(CO₃)₃)等。

所述的含钡原料是重晶石(硫酸钡B_aSO₄)、毒重石(碳酸钡B_aCO₃)或沉淀硫酸钡和沉淀碳酸钡。含有钡的氟碳铈型稀土精矿应属首选原料。

所述的碳质还原剂是木炭(木块)、焦碳、煤。木炭与焦碳(或煤)的固定碳比率为0.1～0.4，也可只用焦碳(或煤)。

所述的焦碳是冶金焦、煤气焦、石油焦、兰碳(土焦)等。

所述的煤是无烟煤、烟煤或其它型式的原煤。

所述的粘结剂是纸浆废液、水玻璃或其他粘结剂。

本发明采用优先强化稀土与钡的碳化过程，冶炼中亏碳操作，经矿热炉冶炼试验表明，合金成分均匀，无夹渣，不粉化，稀土和钡进入合金的收率高于95％，每吨稀土钡硅化物合金的工艺电耗低于9500kwh，无渣连续冶炼，炉底无明显上涨，本发明为工业实施提供可靠工艺。

下面通过实施例进一步描述本发明的技术内容。

例1：使用主要化学成分为∑REO61.5％，B_aO9.6％的含钡氟碳铈型稀土精矿，在550-750℃温度下焙烧1～1.5小时，采用焙烧矿200公斤，木炭粉21公斤，低灰分煤粉32公斤配料，加入纸浆废液27公斤，充分搅拌，混合均匀，然后在对辊式造球机中，以大于17MP_a压力造球，经干燥得到稀土钡球团。按照硅石200公斤，稀土钡球团125公斤，煤气焦69Kg，冶金焦37Kg，木炭15公斤的配料料批，配料中稀土金属和钡与硅的比率为0.61。加入7000KVA矿热炉中进行冶炼，该矿热炉的极心园直径Φ2000mm，自焙电极直径Φ740mm，一次侧电压10000V，操作电压105V，电极插入炉料深度1200～1500mm。炉料疏松，冒火均匀，塌料、捣料容易，间隔2小时放出合金一次，流入中间包，静置5分钟浇入铸铁锭模中。冶炼出的合金典型的化学成分RE 25～27％，S_i53～57％，B_a6～8％。

例2：使用主要化学成分为∑REO44％，B_aO21.2％的含钡氟碳铈稀土矿，采用稀土钡精矿200公斤，焦碳粉46公斤，水玻璃(40％)26公斤，按例1方法进行混合、造球、干燥，制得稀土钡球团。采用硅石200公斤，稀土钡球团120公斤，煤95公斤，木炭10公斤配料料批，加入与例1相同的矿热炉中进行冶炼，制得稀土钡硅化物合金典型的化学成分为RE19～21％，B_a7～8％，S_i55～60％。

例3：采用稀土氧化物(∑REO 95％)，重晶石矿粉(B_aSO₄94％)，按照稀土氧化物100公斤，重晶石矿粉117公斤，焦碳粉53公斤，纸浆废液25公斤，按例1办法进行混合、造球、干燥，制得稀土钡球团。采用硅石200公斤、稀土钡球团84公斤，兰炭97公斤，木炭11公斤配料料批，加入3000KVA矿热炉中冶炼，该矿热炉极心园直径Φ1520mm，自焙电极直径Φ630mm，一次侧电压10000V，操作二次电压84V，电极插入炉料深度900～1000mm，料面透气良好，塌料均匀，间隔2小时放出一次合金入中间包，静置5分钟后，浇入铸铁锭模中。生产出合金典型成分为：RE15～17％，B_a13～15％，S_i50～57％。

本发明的工艺冶炼出的稀土钡硅化物合金，经化学分析的化学成分为：RE10～35％，B_a5～15％，S_i45～60％，C_a＜3％，Al＜1.5％，T_i＜0.2％，余量为铁。