一种用于一步法硅钙合金冶炼的碳质还原剂与石灰复合炉料制备方法

摘要

本发明公开了一种用于一步法硅钙合金冶炼的碳质还原剂与石灰复合炉料的制备方法，属于铁合金冶炼技术领域。该方法是将碳质还原剂破碎、球磨、兑入石灰粉、混料并喷水制团，阴干之后，采用吹入石灰窑废气的烘干窑进行碳酸化处理，制备得到以碳酸钙为骨架的碳质还原剂与石灰的复合炉料。采用该复合炉料可全部或者部分代替焦炭和石灰在矿热炉内进行一步法硅钙合金生产，相对现有冶炼工艺，本发明可将钙回收率提高到70～80％，硅回收率提高到75～90％，冶炼电耗降低到9000～10000度/吨。

说明书

技术领域

本发明属于铁合金冶炼技术领域，具体涉及一种用于一步法硅钙合金冶炼的碳质还原剂与石灰复合炉料的制备方法。

背景技术

硅钙合金冶炼工艺可以分为一步法和二步法两种。一步法是将生产原料硅石、石灰或石灰石和碳质还原剂入炉进行冶炼。二步法则不同，一种工艺是先在第一台电炉制成碳化钙(电石)，然后将碳化钙、硅石和碳质还原剂加入第二台电炉。另一种工艺是采用硅铁作原料，用硅铁中的硅还原石灰中的CaO。目前，由于二步法需要两台电炉，综合电耗高，操作要求高，过程难控制，对原料中的水分要求严格，企业常采用相对二步法成本较低的一步法冶炼工艺生产硅钙合金。

由于石灰、硅石和碳质还原剂三种原料品位非常高，一步法冶炼硅钙合金的工艺应属于无渣法生产，但实际的冶炼过程中产生大量硅酸钙炉渣与高熔点碳化物，元素回收率低(Ca:30～60％,Si:40～70％)，电耗高(理论电耗8620度，实际电耗11000～15000度/吨)。造成这种情况主要有三个原因：(1)硅石与石灰的成渣反应以及硅石与碳质还原剂生成高熔点碳化硅反应；(2)硅钙合金密度小，熔点低，处于两层炉渣之间，热量很难传到底部，造成炉底上涨；(3)钙的蒸汽压高，挥发损失大。

为解决一步法硅钙合金冶炼存在的困难，国内外科技工作者进行了大量的研究工作，提出了诸如分层冶炼法、石灰石替代石灰等优化工艺，但是，硅钙合金冶炼回收率低及电耗高的问题仍没有得到根本解决。

从已有研究与生产实践看，要想解决硅钙合金冶炼的根本问题，关键在于抑制硅石与石灰成渣以及硅石与碳质还原剂生成高熔点碳化硅两大反应。要想彻底抑制并破坏两个反应的发生，可以采取两个手段。第一，从配料角度，不让硅石与石灰接触，也不让硅石与碳质还原剂接触。第二，从反应角度看，尽快让碳质还原剂与石灰反应生成液态电石流入熔池，在熔池中，电石还原硅石制备硅钙合金，从而在根本上抑制成渣反应以及碳化硅生成。本发明借鉴电石生产用“碳化焦球”技术，提供一种碳质还原剂与石灰复合炉料用于硅钙合金冶炼，能够促进硅钙合金冶炼过程中电石生成，同时尽量减少硅石与石灰和碳质还原剂的接触。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提出一种用于一步法硅钙合金冶炼的碳质还原剂与石灰复合炉料制备方法，以期进一步提高硅和钙的回收率，降低硅钙合金冶炼电耗。

为了实现以上技术目标，本发明通过以下技术方案予以实现。

本发明提供一种用于硅钙合金冶炼的碳质还原剂与石灰复合炉料制备方法，具体是：将碳质还原剂破碎细磨之后，加入石灰粉在混料机中混匀，经过圆盘造球机或压球机成型后，送入烘干窑(吹入石灰窑废气)进行碳酸化处理，得到以碳酸钙为骨架的碳质还原剂与石灰的复合炉料。通过检测合格的复合原料部分或全部代替石灰和焦炭进行硅钙合金冶炼。

进一步的，所述复合炉料制备原料中碳质还原剂与石灰的质量比为1:(0.5-2)。

进一步的，所述的碳质还原剂为冶金焦、兰炭、石油焦、半焦、木炭和无烟煤中的一种或两种以上。

进一步的，所述碳质还原剂粉的粒度为100目以下，石灰粉粒度为100目以下；

进一步的，所述复合炉料直径为8毫米到60毫米。

进一步的，烘干窑碳酸化处理时的烟气的温度为100～180℃，碳化时间为8～15小时。碳酸化处理的主要反应见式1和式2。

CaO+H₂O＝Ca(OH)₂(式1)

Ca(OH)₂+CO₂＝CaCO₃+H₂O(式2)

在一定温度下，球团中的氢氧化钙与窑气中的二氧化碳反应形成坚固的碳酸钙晶体网状骨架，团固粉状碳质还原剂，成为有一定强度的复合炉料。反应式2产生的水汽随尾气被带走。

进一步的，对所述复合炉料进行检测：从10米高度的位置由静止状态开始下落，球状炉料的破损率≤5％时，该复合炉料可用于硅钙合金冶炼。

进一步的，所述复合炉料用于硅钙合金冶炼时，配料为复合炉料、硅石、石灰、焦炭，其中复合炉料可全部代替石灰和焦炭，也可以部分代替石灰和焦炭进行硅钙合金冶炼。

进一步的，所述冶炼硅钙合金为“YB/T 5051-2007”规定的Ca31Si60，Ca28Si60，Ca24Si60，Ca20Si55和Ca16Si55。

与现有硅钙合金一步法生产技术相比，本发明具有以下技术效果：

1.采用本发明炉料制备方法，可充分利用企业石灰和焦炭破碎加工过程中产生的粉状料，还可充分利用企业石灰窑产生废气中的二氧化碳和余热。

2.采用该复合炉料进行硅钙合金冶炼，可极大减小难还原的硅酸钙炉渣与高熔点碳化硅的生成量，解决炉渣下沉造成炉底上涨的生产难题。

3.采用该复合炉料进行硅钙合金冶炼，可促进石灰与碳质还原剂反应生成电石，提高熔池炉渣中电石含量，降低炉渣密度、提高炉渣熔点，有利于渣金分离和熔池温度提高。

4.采用该复合炉料进行硅钙合金冶炼，极大提高了矿热炉内炉料层的炉料电阻，使得电极能够深插，提高熔池区能量供应与冶炼温度，促进硅钙合金的生成。

5.尽管碳质还原剂与石灰复合炉料提高了硅钙合金冶炼原料成本，但本发明可将钙回收率提高到70～80％，硅回收率提高到75～90％，冶炼电耗降低到9000～10000度/吨，成本降低200～800元/吨。

附图说明

图1为本发明所述的用于硅钙合金冶炼的碳质还原剂与石灰复合炉料的制备流程图。

具体实施方式

以下结合具体实施例详述本发明，但本发明不局限于下述实施例。

实施例1

采用焦炭和石灰粉为原料。焦炭的成分为固定碳78％，水分8％，灰分14％，挥发分2％。石灰粉中，CaO为79％，余者为SiO₂与MgO等。石灰粉的粒度为100目以下。

如图1所示一种用于硅钙合金冶炼的碳质还原剂与石灰复合炉料制备方法，包括如下步骤：

(1)将破碎并细磨到粒度为100目以下的焦炭粉与石灰粉在混料机中充分混匀。粉状焦炭与石灰粉的质量比为1:1。

(2)在圆盘造球机上喷水造球，喷水量为18～20％，所得球团粒度为8～30毫米。球团经过阴干，阴干时间大于8小时，阴干时球团料层厚度在100毫米以内。

(3)阴干球团放入碳酸化烘干窑进行碳酸化处理。处理时烘干窑进气温度为110℃±5℃处理时间为10小时。碳酸化处理采用石灰窑废气成分为，CO₂含12％，CO含5％，O₂含0.3％，余者为N₂。碳酸化处理之后的球团，碳化度(氢氧化钙与二氧化碳反应变成碳酸钙的程度)为85％，水分含量在2％左右。

(4)对球团进行强度测试。在10米高度的位置由静止状态开始下落，复合炉料的破损率为3％，该炉料可用于硅钙合金冶炼。

用于硅钙合金冶炼时，只采用复合炉料和硅石进行冶炼，即复合炉料全部替代石灰和焦炭，复合炉料与硅石的质量比为1:(1.0～1.1)。硅石要求二氧化硅含量≥98％。

实施例2

采用无烟煤和石灰粉为原料。无烟煤的固定碳含量为82％、挥发份含量为7％、灰分含量为11％、水分含量5％。石灰粉中，CaO为77％，余者为SiO₂与MgO等。石灰粉的粒度为100目以下。

如图1所示一种用于硅钙合金冶炼的碳质还原剂与石灰复合炉料制备方法，包括如下步骤：

(1)将破碎并细磨到粒度为100目以下的煤粉与石灰粉在混料机中充分混匀。粉状煤粉与石灰粉的质量比为1:1.1。

(2)对混料喷水，喷水量为18～20％，然后采用对辊式压球机造块，压球机转速为9转/分，型轮间隙3mm。所得球团尺寸为Φ50×40×25(扁椭圆型)。球团经过阴干，阴干时间大于9小时，阴干时球团料层厚度在100毫米以内。

(3)阴干球团放入碳酸化烘干窑进行碳酸化处理。处理时烘干窑进气温度为120℃±5℃，处理时间为9小时。碳酸化处理采用石灰窑废气成分为，CO₂含13％，CO含4％，O₂含0.2％，余者为N₂。碳酸化处理之后的球团，碳化度(氢氧化钙与二氧化碳反应变成碳酸钙的程度)为89％，水分含量在1％左右。

(4)对球团进行测试。从10米高度的位置由静止状态开始下落，复合炉料的破损率为4％，该炉料可用于硅钙合金冶炼。

用于硅钙合金冶炼时，只采用复合炉料和硅石进行冶炼，即复合炉料全部替代石灰和焦炭，复合炉料与硅石的质量比为1:(1.0～1.1)。硅石要求二氧化硅含量≥98％。

实施例3

采用兰炭(半焦炭)和石灰粉为原料。兰炭的成分为固定碳81％，水分7％，灰分6％，挥发分4％。石灰粉中，CaO为80％，余者为SiO₂与MgO等。石灰粉的粒度为100目以下。

如图1所示一种用于硅钙合金冶炼的碳质还原剂与石灰复合炉料制备方法，包括如下步骤：

(1)将破碎并细磨到粒度为100目以下的焦炭粉与石灰粉在混料机中充分混匀。粉状焦炭与石灰粉的质量比为1:0.8。

(2)在圆盘造球机上喷水造球，喷水量为18～20％，所得球团粒度为8～30毫米。球团经过阴干，阴干时间大于8小时，阴干时球团料层厚度在100毫米以内。

(3)阴干球团放入碳酸化烘干窑进行碳酸化处理。处理时烘干窑进气温度为110℃±5℃处理时间为10小时。碳酸化处理采用石灰窑废气成分为，CO₂含14％，CO含4％，O₂含0.2％，余者为N₂。碳酸化处理之后的球团，碳化度(氢氧化钙与二氧化碳反应变成碳酸钙的程度)为88％，水分含量在3％左右。

(4)对球团进行测试。从10米高度的位置由静止状态开始下落，复合炉料的破损率为3％，该炉料可用于硅钙合金冶炼。

用于硅钙合金冶炼时，采用复合炉料、硅石和石灰进行冶炼，即复合炉料部分代替石灰。配料中，复合炉料：硅石：石灰的质量比为1:1.2:0.2。硅石要求二氧化硅含量≥98％。