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1、硅钙铁合金冶炼工艺初探硅钙钡合金冶炼工艺初探铁台金傅刚?(重庆链合盒广)文中讨论了碳热法,电硅热法和堀台还原剂法冶炼硅钙钡台金的原理及工艺特点混合还原剂法不仅能获得与碳热法相同等级的台垒质量,而且杂质含量低,工艺操作简便.PRELIMINARYSTUDYONSiCaBaALLOYMANUFACTUREPROCESSFuGang(ChongqingFertoalloyWorl:s)ThePrinclpleandfeaturesforsmelringSi-Ca-Baalloybycarbonthermalproces,electric-silicothermlcprocessandcomposit
2、ereductantprocess&red/s-CU$sed.Thelateronenotonlyproducethesamegradealloyasthecarbon-thermalprocessdoes,buthasthgmerltsinlowimpuritiesandsimpleprocessopetation.一,刖茜硅钙钡合金是随钢铁工业发展而出现的一种复合台金,它与一般的硅钙合金相比,使用中钙元素的回收率较高,同时,音金中的钡除具有脱氧,脱硫性能外,还兼有脱磷(BaP.,BaPs)作用.七十年代初美国联合碳化物公司首先将该台金应用于炼钢,随后,苏联,日本,西禧等国也相继生产
3、出了多种牌号的硅钙钡合金(表1).进入八十年代以来,国内某些铁合金厂也先后试制了此种舍金.无论国外还是国内生产硅钙钡合金大多采用碳热法工艺.1985年我厂也曾采h554l0201220二,硅钙钡合金冶炼原理及工艺特点1.碳热法碳热法冶炼硅钙钡合金的工艺是将碳质还原剂与石灰,硅石,重晶石等原料在同一矿热炉内冶炼,其操作方法与冶炼硅钙合金大致相似,主要应掌握好捣炉,炯炉操作.国内有关厂家的操作方法不尽相同,但都获得了合格的产品<见表2).其冶炼中反应为t0Si02+CaO+5C=CaSi.+5CO(1)1991年第3期G.=451740249.88TT.=1807KBaSO+4C=BaS+4
4、CO(2)G.=54868515.41TIgT一644.42TT=800KBaS+CaO+SiO.+3C=BaSi+CaS+ZCO(3)G.=607430731.97TT=829.86K原剂混均加在电极周围,并焖炉较长时间,待满足了CaSi反应的热力学条件及动力学条件之后,经过一定时坷,再将重品石与碳质还原剂加入炉内.这样得到的硅钙钡台金实质上是硅钙与硅钡两种台金热兑的产物.也可将钡矿与硅石,石灰,碳质还原剂仝部混台加入炉内,反应(1)一(3)在不同温度区域内同时进行生产出硅钙钡台金由此可知,生成CaSi:反应所需温度较碳热法虽然具有元素回收率较高等优高,而生成BaSi在较低温度下使能进行.点
5、,但冶炼工艺及其操作比较困难,电力消故此工艺特点在于冶炼前期提高炉温促进反耗随Ba含量的提高而增加,酐得台金杂质应(1)的进行,前期将石灰,硅石,碳质还(C.AI,P等)含量岜较高.裹9我一些厂采用蕞热洼生产硅钙擐构结果2.电硅热法电硅热法冶炼硅钙钡电可在矿热炉内进行,它是利用硅质还原剂分别还原石灰,钡矿得到钡,钙及硅的金属化合物.硅热法冶炼中的反应为;2CaO+zSi=2CaSi+SiO(4)G.=11118357.49T3CaO+5S2CaSi2+CaO?SIO2(5)G.=555026.73T一0.18x10.T.十0.64TIgT在体系内有氧化钙存在的条件下,生成硅化钡台金的总反应可写
6、成t2BaSO+5Si+2CaO=2BaSi+2SO.+2CaO?StO(6)在电硅热法试验中采用不同的工艺制度,所获得的效果是不一样的(见表3).袁3中方法1因炉料中的萤石降低了熔体的初始熔点,致使Ca,Ba还原的热力学及动力学条件不充分,造成二元索含量低|寰5电硅热洼冶蝽硅钙镪主元素化学成分.方诖SiIcaBa墓盔矿+萤石?硅质63.614日87l52石灰+镪矿.硅质还原剂710.113.石灰+硅质还佩剂,镪矿56方法2取消萤石后,Ba,Ca含量便提高方法3是考虑到炉料中钡的还原可能阻碍钙的还原,故采取先还原钙,后还原钡的工艺控制,但所得合金Ca含量仍不理想.试验结果表明,台金含Ca在4.
7、57.5%,Ba在7一的范围内波动,而难以得到含Ca更高的产品.电硅热法虽然具有操作方便,生产效率高,杂质含量低等优点,但元素回收率低,主元素不易达到要求.5.混合还原翻法混台还原剂法考虑了上述二种方法的优缺点,从工艺上进行了必要的改进,利用硅?30?质和炭质还原剂还原Ca,硅钙钡台金.Ba化台物而获理论上可能按以下反应进行:CaO+2Si+C=CaSi,+COf7)G.=1169077.08TT=1517KBaSO+CaO,-I-Si+5C=BaSi+CaS+5CO十(8)G.=98871515.14TIgT一1289.99TT<800K由此可知,当反应体系内有碳存在时,其反应开始温度
8、降低.从冶金动力学条件看,体系中的CO气体被排除,强化了炉内搅拌,降低了反应产物浓度,加快了反应速度,促进了反应进行,混合还原剂法可获得铁合金Ca,Ba更高的台金三,混合还原剂法冶炼硅钙钡工艺硅钙钡台金用混合还匾剂法:艺试验是在50kVA和100kVA矿热炉内进行的.所用原料除还愿剂外,还有钡矿,石灰,萤石等.试验结果列于表4.由表4可知,同是混台还原剂法,采取不同的工艺方案,其效果也不一样.方案1炉内首先有CaC和BaS等生成物,即有反应(2)和CaO+3C=CaC+CO进行.在精炼过程中BaS转化为BaSi或BaSi:是较容易的(见反应(3)和(6),但CaC转化为CaSI则需要较高温度,
9、故寰4混合还黑舞培炼硅饵馈螬果相对来说较为困难.方案2使Ca,Ba同时还原,由于Ba优先予Ca还原,故限制了Ca的还愿.方案3,4在炉内首先创造Ca的还原条件,使得CaO能在较高温度下充分反应产生Si和Ca的化台物.试验结果表明,Ca,Ba同时还原,所得合金含Ca偏低(6.57.5),若单独还原Ca,则台金含钙可达812.速是因为前者由子钡矿的存在,熔体内形成钡的硅酸盐,其熔点大大低于钙的硅酸盐,从而使炉温难以提高,阻碍了钙的还原.从合金Ba含量看,含Ba均超过l1,一般在1117问波动,这是由于钡还原所需温度较低及单体硅酸钡的结晶组织具有缺殆性,使得形成硅化钡速度较快所致.混台还原荆法同电硅热法一样,由于其主元素氧化物CaO兼为熔剂,故不可钱达到较高的回收率,而Ba与Ca为同族元素,也受其影响.由此可知,采用混合还原剂法方案3冶炼硅钙钡台金,不仅质量达到国际国内同等级标准,且所含有害杂质元索也低.四,结束语混合还原剂法冶炼硅钙钡工艺综合了碳热法和电硅热法工艺特点,不仅能获得与碳热法相同等级的台金质量,且杂质含量更低,操作工艺也比较方便,生产效率可大大提高.当然,此法仅是在小试验炉内进行的初步探讨,其主元素回收率尚不令人满意,此外还有诸多方面不尽完善,需作进一步的探索和研究.本文也只是初步的探讨.(199o年l2月牧稿)
