稀土硅鐵合金冶煉工藝及反應(yīng)機理.pdf

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1、第10卷第2期廣東有色金屬學(xué)報Vol110,No122000年11月JOURNALOFGUANGDONGNON2FERROUSMETALSNov.2000文章編號:1003-7837(2000)02-0112-05稀土硅鐵合金冶煉工藝及反應(yīng)機理121222張世榮,涂贛峰,馬秀芳,任存治,張成祥,李春材(1.北京有色金屬研究總院,北京100088;2.東北大學(xué)材料與冶金學(xué)院,遼寧沈陽110006)摘要:綜述了硅熱法還原高爐渣、稀土富渣、稀土精礦及碳熱法還原稀土氧化物、稀土富渣、氟碳鈰精礦等生產(chǎn)稀土硅鐵合金的工藝特點和技術(shù)進(jìn)展.指出碳熱還原法較硅熱法具有能耗低、稀土收率高、

2、無工業(yè)廢渣等優(yōu)點.分析了碳熱還原法冶煉過程中的有關(guān)物理化學(xué)反應(yīng),碳熱還原法工藝的關(guān)鍵是要強化稀土碳化物的生成.關(guān)鍵詞:稀土硅鐵合金;硅熱還原;碳熱還原中圖分類號:TF645文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A[1]稀土硅鐵合金廣泛應(yīng)用于鋼鐵工業(yè),一般約占我國稀土總消耗量的30%左右.制取稀土硅鐵合金的方法從原理上可分為硅熱法、碳熱法、熔鹽電解法、熔兌法等,但只有前兩種方法實現(xiàn)了大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn).本文就國內(nèi)外采用硅熱法、碳熱法生產(chǎn)稀土硅鐵合金的冶煉工藝及碳熱法的反應(yīng)機理進(jìn)行了述評.1硅熱法冶煉工藝在電弧爐中用硅鐵(通常為75號硅鐵)作還原劑,用石灰調(diào)整堿度,還原稀土原料制得稀土硅鐵合金,此法

3、也稱為兩步法.到目前為止,硅熱法大致有如下幾種工藝.1.1硅鐵還原高爐渣50年代中期,包頭鋼鐵公司稀土一廠利用鄒元的研究成果,采用硅鐵還原含稀土的高[2]爐渣,生產(chǎn)稀土硅鐵合金,開創(chuàng)了我國稀土硅鐵合金生產(chǎn)的歷史,比前蘇聯(lián)、美國采用這種方法生產(chǎn)稀土合金早約3～9a.但由于高爐渣的稀土品位低于6%,稀土回收率僅40%左右,每生產(chǎn)1t合金產(chǎn)出5～7t渣,且能耗高、成本高、產(chǎn)品質(zhì)量差,因而限制了稀土硅鐵合金的應(yīng)用.1.2硅鐵還原中貧鐵礦脫鐵稀土富渣60年代初,包頭冶金研究所采用中貧鐵礦高爐脫鐵后獲得的稀土富渣冶煉稀土硅鐵合[3]金,獲得了成功.由于稀土富渣中的稀土氧化物為10%

4、～15%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同),品位比高爐渣有所提高,故各項技術(shù)指標(biāo)得到大幅度的提高,其中稀土回收率達(dá)60%.但采用此富渣為收稿日期:1999—08—19作者簡介:張世榮(1971-),男,安徽人,工程師,碩士.第10卷第2期張世榮等:稀土硅鐵合金冶煉工藝及反應(yīng)機理113原料生產(chǎn)高牌號的合金(30%RE)仍有困難,且合金中鈦含量高于2.5%,限制了其應(yīng)用與出口.此工藝經(jīng)過數(shù)年的完善,曾在工業(yè)化生產(chǎn)中取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益.1.3硅鐵還原稀土精礦脫鐵富渣對硅熱法而言,提高稀土原料中稀土氧化物含量,有助于提高工藝指標(biāo).70年代以后,包頭鋼鐵公司每年可選出數(shù)萬噸稀土精礦,

5、其品位(REO)為30%～60%,鈦含量低于0.3%,其中高品位的礦用于濕法分離,低品位的用于生產(chǎn)稀土合金,顯然具有原料優(yōu)勢.為此,包頭冶金研究所完成了“包頭稀土精礦碳酸化冷固結(jié)球團,經(jīng)礦熱爐脫鐵、電硅熱法冶煉低鈦稀土硅鐵[4]合金工藝”,成功地冶煉出RE含量高于30%,Ti含量小于0.5%的低鈦稀土硅鐵合金,產(chǎn)品不粉化.但是,此工藝還存在一些不足:每生產(chǎn)1t富渣耗電1200kWh,每噸合金耗渣1196t,增加二次能耗約2400kWh,綜合能耗達(dá)5400kWh;生產(chǎn)線過長,工藝環(huán)節(jié)復(fù)雜,設(shè)備投資大;礦熱爐冶煉稀土入渣率90%,電弧爐冶煉過程稀土收率70%,因此稀土綜合收

6、率不足65%.1.4硅鐵直接還原包頭稀土精礦針對上一工藝的缺點,南京冶金研究所于1986年研究了直接使用包頭稀土精礦冶煉稀土[5]硅鐵合金的工藝.該工藝重點對冶煉過程中磷的行為和走向進(jìn)行了控制,優(yōu)選出合適的渣系,在有效控制爐內(nèi)冶金氣氛的條件下,配以合理的冶煉制度,使70%的磷進(jìn)入氣相,約30%磷穩(wěn)定在渣中,合金中磷含量小于0.03%,成功地解決了合金因含磷高而導(dǎo)致粉化的問題,同時,稀土收率提高到75%,每噸合金能耗約2950kWh,取得了良好的指標(biāo).但是,工藝對造渣劑石灰的成分要求相當(dāng)苛刻,且爐況不易控制,現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中基本不采用此法.1.5包頭稀土精礦配稀土富渣的硅鐵

7、還原[6]最近幾年,包鋼稀土一廠采用品位50%的稀土精礦配稀土富渣的工藝,提高原料中的稀土含量,并有效地控制了磷的走向,合金中磷含量小于0.1%,效果良好.1.6硅鐵還原氟碳鈰精礦80年代以來,我國開始規(guī)模開采氟碳鈰礦.南京特種合金廠隨之采用氟碳鈰礦冶煉稀土[7]硅鐵合金,開辟了新的原料體系.這種原料的優(yōu)點是稀土礦物為單一的氟碳鈰礦,基本不含獨居石,放射性低,鈦含量低.通常使用含30%～50%REO的精礦為原料.從工藝方面考慮,使用這種原料比包頭混合稀土礦難度小,產(chǎn)品質(zhì)量得到了提高,可以生產(chǎn)低鈦、低鋁、低鈣的稀土硅鐵合金.此工藝是將稀土精