專利名稱：在礦熱爐制取高稀土鐵合金的工藝及其產品的制作方法
技術領域：
本發明屬于稀土鐵合金制備領域，涉及在礦熱爐制取高稀土鐵合金的工藝及其產品。
目前，稀土鐵合金的生產方法主要有四種，即1.電熱硅法 在電弧爐中間歇操作，又稱“兩步法”其用石灰做溶劑用硅鐵作還原劑，還原稀土富渣中的稀土元素，我國主要采用此法生產稀土鐵合金。其不足是稀土回收率低僅60％±，綜合電耗高14000～15500kwh/d，爐齡短每月必須大修一次。
2.碳還原法 此法又稱“一步法”，稀土富渣、硅石、焦炭和鋼屑混合入礦熱爐，用焦炭還原硅石得到硅，硅再還原稀土富渣中的稀土元素而得稀土鐵合金。可連續操作，成本為“兩步法”的0.8±，一般用于生產中、低品位稀土鐵合金。其缺點是此法稀土鐵合金品位低，稀土回收率僅75％±，電耗10000～11000kwh/d，爐齡1～2個月。
3.熔鹽電解法 通常用鐵或其它金屬作陰極，對稀土熔鹽進行電解，稀土回收率80～90％，是生產混合稀土金屬的方法。其缺陷是生產周期長、電耗高達20000kwh/d，對環境污染大，成本昂貴。
4.兌混法 把不同的單一稀土金屬按所欲制的合金成份，配制成爐料在感應爐內熔化而得到稀土合金；或用電硅熱法省得液態稀土合金沖熔鐵水包中的鎂而得到稀土硅鎂合金。
以上諸法各有優劣，但普遍存在能耗高、稀土回收率低、爐齡短或生產周期長等問題，制約了稀土合金業的發展。多年來，業內人士針對提高產品品位、延長工藝爐齡進行了不少改進，但隨之又出現了還原劑的選擇及配碳當量不適，團塊粉化，透氣性變壞等諸多因素，使爐內碳化物生成不受控制爐底迅速上漲；冶煉效果不理想等問題。
本發明的目的是改進現有技術，提供一種全新的解決方案，直接在礦熱爐制取高稀土鐵合金的工藝及其產品。
本發明的技術方案是研制一種在礦熱爐制取高稀土鐵合金的工藝，主要工藝過程為選取 稀土氧化物(Rare earths oxide，以下簡稱REO)的稀土精礦，配碳量是精礦中稀土氧化物全部轉化為碳化物所需碳量的2～5倍，加粘合劑混勻擠壓成蜂巢狀體，經焦化處理成稀土團塊；再配入硅石，焦化稀土團塊中稀土金屬與硅石中硅總量之比為1∶0.50～1.2；用焦碳作還原劑；工藝用碳量為理論用碳量的0.85～0.94；三者均勻加入礦熱爐中冶煉，供電系統條件為電極極芯圓在90～105％間可調，電位梯度1.0～1.4V/cm間可調，一次側電流185～240A，二次側電壓82～96V；2～3h出鐵一次，澆注、破碎、精整得稀土鐵合金。
上述的稀土精礦中加入的碳是冶金焦粉和精煤粉。上述的焦化處理溫度為600～850℃，時間5～15min。上述的還原劑用焦碳是氣煤焦及蘭碳，其中氣煤焦占30％。
一種在礦熱爐制取的高稀土鐵合金產品，其百分組成為RE 30～58％，其中Ce/RE 48％，La/RE 34％，Si 30～54％，Al＜1.5％，Ba+Ca＜4％，Ti＜0.3％，余量為Fe。
一種在礦熱爐制取的高稀土高鈰鐵合金產品，其特征在于焦化處理時配入REO含量75～90％的鈰富聚物，其中Ce/RE 65～85％，高稀土高鈰鐵合金的百分組成為RE 30～58％，其中Ce/RE 48～80％，Si 30～54％，Al＜1.5％，Ba+Ca＜4％，Ti＜0.3％，余量為Fe。
一種在礦熱爐制取的高稀土高鑭鐵合金產品，其特征在于焦化處理時配入REO含量65～80％的鑭富聚物，其中La/RE 50～70％，高稀土高鑭鐵合金的百分組成為RE 30～58％，其中La/RE 33～60％，Si 30～54％，Al＜1.5％，Ba+Ca＜4％，Ti＜0.3％，余量為Fe。
本發明的優點是采用中、高稀土精礦混入冶金焦粉和精煤粉擠壓焦化，配入硅石，選用氣煤焦及蘭碳作還原劑，使稀土回收率提高到92％±，電耗降低到8500～11500kwh/d，爐齡延長到6個月以上，產品品位穩定，用本工藝生產的高稀土高鈰和高稀土高鑭鐵合金產品，可直接鑄錠代替價格昂貴的混合稀土金屬。
本工藝將稀土精礦制成蜂巢狀體焦化后入爐，增大了團塊的展比面積，因而比電阻升高團塊中碳嚴重過剩，而爐料中碳不足，在爐內形成特殊“骨架”，爐料下降速度緩慢，電極易深插，確保了高溫區的建立；在冶煉不同合金時施加不同的功率密度，有效控制冶煉所需溫度，加速了中間產物的轉化，從而有效抑制了爐底上漲，降低了電耗，提高了稀土回收率，改善了產品品質。
本工藝研制出的高稀土高鈰、高稀土高鑭產品，可調配鈰及鑭在合金中的配份，因合金中硅含量30～40％，鐵含量3～6％，可直接拔絲、鑄錠，用來替代價格昂貴的混合稀土金屬單一稀土金屬，適應了有色、黑色冶金及鑄造業的不同需求，降低了稀土使用的生產成本，推動了稀土的發展。
※稀土回收率％＝(合金中稀土總量/團塊中稀土氧化物總量×轉換系數0.8326×投料批數)×100一、原材料要求稀土精礦REO含量45～85％，粒度120～300目；精煤粉固定碳含量58～64％，粒度120～300目；冶金焦粉固定碳含量80～86％，粒度80～150目；氣煤焦固定碳含量80～86％，粒度5～15mm；蘭碳固定碳含量80～86％，粒度5～15mm；硅石SiO含量97.5～99％，粒度30～60mm；鈰富聚物REO 75～90％，Ce/RE65～85％，粒度150～300目；鑭富聚物REO 65～80％，La/RE50～70％，粒度150～300目。
二、高稀土工藝過程為(一)配料1.焦化處理制備焦化團塊根據所需生產合金的指標將45～85％的稀土精礦與冶金焦粉、精煤粉混勻，配碳量是精礦中稀土氧化物全部轉化為碳化物所需碳量的2～10倍，焦粉占碳總量的30％±，加入5％±的粘合劑(糊精、紙漿、水玻璃等)在混料機混勻，經壓強35MPa+擠壓成蜂巢狀體，焦化溫度600～800℃，滯留時間10min，經焦化處理成稀土團塊，冷卻備用，焦化后的團塊中REO含量40～52％(舉例REO含量70.1％的稀土精礦100kg，配入氣煤焦粉30kg，蘭碳粉60kg加粘合劑9kg)；2.配碳工藝用碳量與理論碳比控制在0.85～0.94，選用氣煤焦及蘭碳，氣煤焦占碳總量的30％±；
3.硅石 焦化稀土團塊中稀土金屬總量與硅總量值控制在0.50～1.2；(二)冶煉澆注、破碎、精整 將上述三種材料按配量比配置攪勻，加入礦熱爐內冶煉，供電系統條件為電極極芯圓，在90～105％間可調，電位梯度1.0～1.4V/cm間可調，一次側電流185～240A，二次側電壓82～96V；2～3h出鐵一次，澆注、破碎、精整得稀土鐵合金。
三、生產高稀土高鈰或高稀土高鑭產品，則添加鈰或鑭富聚物，其它相同。
以下結合實施例(按上述工藝)對本發明作進一步闡述實施例一3000KVA礦熱爐制取FeSiRE45焦化稀土團塊161kg，硅石170kg，氣煤焦28kg，蘭碳52kg；控制參數 電極極芯圓1650mm，電極直徑620mm，電位梯度1.0～1.2V/cm，一次側電流185～220A，二次側電壓84～92V；2～3h出鐵一次，回收率91.96％。成品指標(％)RE46.23；Ce/RE48.01；Si41.19；Al1.48；Ti0.23；Ca1.87；Ba1.91；Fe余量。
實施例二3000KVA礦熱爐制取FeSiRE45 Ce/RE60％配料 焦化稀土團塊160kg(團塊中CeO/REO＞66％)，硅石175kg，氣煤焦30kg，蘭碳52kg；控制參數 電極極芯圓1600mm，電極直徑620mm，電位梯度1.1～1.2V/cm，一次側電流190～240A，二次側電壓82～86V；2.5～3h出鐵一次，回收率92.96％。成品指標(％)RE46.73；Ce/RE62.18；Si40.89；Al1.49；Ti0.17；Ca1.93；Ba1.61；Fe余量。
實施例三3000KVA礦熱爐制取FeSiRE45 La/RE55％配料 焦化稀土團塊161kg，硅石182kg，氣煤焦30kg，蘭碳52kg；控制參數 電極極芯圓1650mm，電極直徑620mm，電位梯度1.1～1.25V/cm，一次側電流165～210A，二次側電壓88～96V；2.5～3h出鐵一次，回收率93.69％。成品指標(％)RE47.10；La/RE58.60；Al1.38；Ti0.21；Ca1.17；Ba1.81；Fe余量。
按例1～3投產，共出鐵1570爐次，連續生產6.16個月，產量1090T；平均電耗9800kwh，稀土平均回收率92.87％；合金品位RE30～45％；Ce/RE48～60％；La/RE33～55％；Si30.54；Ti＜0.28；Ca1.17；Ba1.81；Fe余量。
實施例四 3000KVA礦熱爐制取FeSiRE30配料 焦化稀土團塊132kg，硅石200kg，氣煤焦32kg，蘭碳65kg；控制參數 電極極芯圓1650mm，電極直徑620mm，電位梯度1.10～1.23V/cm，一次側電流180～230A，二次側電壓88～96V；2.5～3h出鐵一次，回收率95.51％。成品指標(％)RE31.50；Ce/RE50.10；Si54.6；Al1.46；Ti0.13；Ca2.10；Ba1.75；Fe余量。
實施例五3000KVA礦熱爐制取FeSiRE35配料 焦化稀土團塊132kg，硅石200kg，氣煤焦30kg，蘭碳65kg；控制參數 電極極芯圓1650mm，電極直徑620mm，電位梯度1.10～1.2V/cm，一次側電流190～235A，二次側電壓88～96V；2.5～3h出鐵一次，回收率94.68％。成品指標(％)RE35.47；La/RE37.41；Si53.28；Al1.50；Ti0.17；Ca1.95；Ba1.88；Fe余量。
實施例六3000KVA礦熱爐制取FeSiRE55配料 焦化稀土團塊200kg，硅石170kg，氣煤焦24kg，蘭碳52kg；控制參數 電極極芯圓1600mm，電極直徑620mm，電位梯度1.07～1.13V/cm，一次側電流190～250A，二次側電壓82～86V；2.5～3h出鐵一次，回收率91.15％。成品指標(％)RE56.45；Ce/RE52.31；Si32.01；Al1.12；Ti0.15；Ca1.72；Ba1.53；Fe余量。
按例4～6投產，共出鐵1670爐次，連續生產6.36個月，產量1100T。
權利要求
1.一種在礦熱爐制取稀土鐵合金的工藝，其特征在于主要工藝過程為選取REO含量45～85％的稀土精礦，配碳量是精礦中稀土氧化物全部轉化為碳化物所需碳量的2～5倍，加粘合劑混勻擠壓成蜂巢狀體，經焦化處理成稀土團塊；再配入硅石，焦化稀土團塊中稀土金屬與硅石中硅總量之比為1∶0.50～1.2；用焦碳作還原劑；工藝用碳量為理論用碳量的0.85～0.94；三者均勻加入礦熱爐中冶煉，供電系統條件為電極極芯圓在90～105％間可調，電位梯度1.0～1.4V/cm間可調，一次側電流185～240A，二次側電壓82～96V；2～3h出鐵一次，澆注、破碎、精整得稀土鐵合金。
2.按照權利要求1所述的在礦熱爐中直接制取稀土鐵合金的工藝，其特征在于稀土精礦中加入的碳是冶金焦粉和精煤粉。
3.按照權利要求1所述的在礦熱爐中制取稀土鐵合金的工藝，其特征在于焦化處理溫度為600～800℃，時間5～15min。
4.按照權利要求1所述的在礦熱爐中制取稀土鐵合金的工藝，其特征在于還原劑用焦碳是氣煤焦及蘭碳，其中氣煤焦占30％。
5.一種在礦熱爐制取的高稀土鐵合金產品，其特征在于高稀土鐵合金的百分組成為RE30～58％，其中Ce/RE 48％，La/RE 34％，Si 30～54％，Al＜1.5％，Ba+Ca＜4％，Ti＜0.3％，余量為Fe。
6.一種在礦熱爐制取的高稀土高鈰鐵合金產品，其特征在于焦化處理時配入REO含量75～90％的鈰富聚物，其中Ce/RE 65～85％，高稀土高鈰鐵合金的百分組成為RE 30～58％，其中Ce/RE 48～80％，Si 30～54％，Al＜1.5％，Ba+Ca＜4％，Ti＜0.3％，余量為Fe。
7.一種在礦熱爐制取的高稀土高鑭鐵合金產品，其特征在于焦化處理時配入REO含量65～80％的鑭富聚物，其中La/RE 50～70％，高稀土高鑭鐵合金的百分組成為RE 30～58％，其中La/RE 33～60％，Si 30～54％，Al＜1.5％，Ba+Ca＜4％，Ti＜0.3％，余量為Fe。
全文摘要
本發明涉及稀土鐵合金制備領域。含量45～85%的稀土精礦,配碳量稀土氧化物轉化所需碳量的2～5倍,加粘合劑混勻擠壓成蜂巢狀體,經焦化處理成稀土團塊;再配入硅石,焦化稀土團塊中稀土金屬與硅石中硅總量之比為1∶0.50～1.2;用焦碳作還原劑;碳量為理論碳量的0.85～0.94;三者均勻加入礦熱爐中冶煉,電極極芯圓在90～105%可調,電位梯度1.0～1.4V/cm可調,一次側電流185～240A,二次側電壓82～96V;2～3h出鐵一次,澆注、破碎、精整得稀土鐵合金。
文檔編號C22B4/00GK1372013SQ0110784
公開日2002年10月2日 申請日期2001年2月28日 優先權日2001年2月28日
發明者袁洪斌, 岳立武, 岳鋒, 袁航 申請人:山東博山騰升機械制造有限公司