[发明专利]在矿热炉制取高稀土铁合金的工艺及其产品

说明书

本发明属于稀土铁合金制备领域，涉及在矿热炉制取高稀土铁合金的工艺及其产品。

目前，稀土铁合金的生产方法主要有四种，即：

1.电热硅法  在电弧炉中间歇操作，又称“两步法”其用石灰做溶剂用硅铁作还原剂，还原稀土富渣中的稀土元素，我国主要采用此法生产稀土铁合金。其不足是稀土回收率低仅60％±，综合电耗高14000～15500kwh/d，炉龄短每月必须大修一次。

2.碳还原法  此法又称“一步法”，稀土富渣、硅石、焦炭和钢屑混合入矿热炉，用焦炭还原硅石得到硅，硅再还原稀土富渣中的稀土元素而得稀土铁合金。可连续操作，成本为“两步法”的0.8±，一般用于生产中、低品位稀土铁合金。其缺点是此法稀土铁合金品位低，稀土回收率仅75％±，电耗10000～11000kwh/d，炉龄1～2个月。

3.熔盐电解法  通常用铁或其它金属作阴极，对稀土熔盐进行电解，稀土回收率80～90％，是生产混合稀土金属的方法。其缺陷是生产周期长、电耗高达20000kwh/d，对环境污染大，成本昂贵。

4.兑混法  把不同的单一稀土金属按所欲制的合金成份，配制成炉料在感应炉内熔化而得到稀土合金；或用电硅热法省得液态稀土合金冲熔铁水包中的镁而得到稀土硅镁合金。

以上诸法各有优劣，但普遍存在能耗高、稀土回收率低、炉龄短或生产周期长等问题，制约了稀土合金业的发展。多年来，业内人士针对提高产品品位、延长工艺炉龄进行了不少改进，但随之又出现了还原剂的选择及配碳当量不适，团块粉化，透气性变坏等诸多因素，使炉内碳化物生成不受控制炉底迅速上涨；冶炼效果不理想等问题。

本发明的目的是改进现有技术，提供一种全新的解决方案，直接在矿热炉制取高稀土铁合金的工艺及其产品。

本发明的技术方案是：研制一种在矿热炉制取高稀土铁合金的工艺，主要工艺过程为选取 稀土氧化物(Rare earths oxide，以下简称REO)的稀土精矿，配碳量是精矿中稀土氧化物全部转化为碳化物所需碳量的2～5倍，加粘合剂混匀挤压成蜂巢状体，经焦化处理成稀土团块；再配入硅石，焦化稀土团块中稀土金属与硅石中硅总量之比为1∶0.50～1.2；用焦碳作还原剂；工艺用碳量为理论用碳量的0.85～0.94；三者均匀加入矿热炉中冶炼，供电系统条件为电极极芯圆在90～105％间可调，电位梯度1.0～1.4V/cm间可调，一次侧电流185～240A，二次侧电压82～96V；2～3h出铁一次，浇注、破碎、精整得稀土铁合金。

上述的稀土精矿中加入的碳是冶金焦粉和精煤粉。上述的焦化处理温度为600～850℃，时间5～15min。上述的还原剂用焦碳是气煤焦及兰碳，其中气煤焦占30％。

一种在矿热炉制取的高稀土铁合金产品，其百分组成为RE 30～58％，其中Ce/RE 48％，La/RE 34％，Si 30～54％，Al＜1.5％，Ba+Ca＜4％，Ti＜0.3％，余量为Fe。

一种在矿热炉制取的高稀土高铈铁合金产品，其特征在于焦化处理时配入REO含量75～90％的铈富聚物，其中Ce/RE 65～85％，高稀土高铈铁合金的百分组成为RE 30～58％，其中Ce/RE 48～80％，Si 30～54％，Al＜1.5％，Ba+Ca＜4％，Ti＜0.3％，余量为Fe。

一种在矿热炉制取的高稀土高镧铁合金产品，其特征在于焦化处理时配入REO含量65～80％的镧富聚物，其中La/RE 50～70％，高稀土高镧铁合金的百分组成为RE 30～58％，其中La/RE 33～60％，Si 30～54％，Al＜1.5％，Ba+Ca＜4％，Ti＜0.3％，余量为Fe。

本发明的优点是：采用中、高稀土精矿混入冶金焦粉和精煤粉挤压焦化，配入硅石，选用气煤焦及兰碳作还原剂，使稀土回收率提高到92％±，电耗降低到8500～11500kwh/d，炉龄延长到6个月以上，产品品位稳定，用本工艺生产的高稀土高铈和高稀土高镧铁合金产品，可直接铸锭代替价格昂贵的混合稀土金属。

本工艺将稀土精矿制成蜂巢状体焦化后入炉，增大了团块的展比面积，因而比电阻升高团块中碳严重过剩，而炉料中碳不足，在炉内形成特殊“骨架”，炉料下降速度缓慢，电极易深插，确保了高温区的建立；在冶炼不同合金时施加不同的功率密度，有效控制冶炼所需温度，加速了中间产物的转化，从而有效抑制了炉底上涨，降低了电耗，提高了稀土回收率，改善了产品品质。