[发明专利]高铈稀土硅铁合金及其生产方法

说明书

技术领域

本发明属于金属冶炼领域，具体涉及高铈稀土硅铁合金及其生产方法。

背景技术

稀土硅铁合金是由稀土与硅铁组成的中间合金，作为钢铁生产中的脱氧剂、脱硫剂和合金添加剂，它能使钢的基体发生变化，改善钢的加工性能，提高钢铁的焊接性、可塑性、韧性等综合机械性能，并可增加钢铁的耐磨、耐压、抗蚀及抗弯性等。稀土硅铁广泛用于铸造工业，在铸钢中稀土金属有净化钢液，改善铸态组织，提高钢液流动性，防止热裂变和提高铸钢冲击韧性等。稀土硅铁还大量用作球墨铸铁的球化剂，防止了干扰元素破坏球化的作用，从而生产出各种牌号的球墨铸铁，例如柴油机和汽车曲轴等。

制取稀土硅铁合金的方法从原理上可分为硅热法、碳热法、熔盐电解法、熔兑法等，但只有前两种方法实现了大规模的工业化生产。

一、硅热法冶炼工艺：所谓硅热法是指以电能为热源、以硅铁为还原剂还原稀土矿料，以石灰为熔剂生产稀土合金。采用电弧炉冶炼设备,具有操作简单、炉况易掌握、生产灵活、开停方便、产量高等特点。

(1)硅铁还原高炉渣：50年代中期，包头钢铁公司稀土一厂利用邹元燧的研究成果，采用硅铁还原含稀土的高炉渣，生产稀土硅铁合金，开创了我国稀土硅铁合金生产的历史，但由于高炉渣的稀土品位低于6％，稀土回收率仅40％左右，每生产1t合金产出5～7t渣，且能耗高、成本高，产品质量差，因而限制了稀土硅铁合金的应用。

(2)硅铁还原中贫铁矿脱铁稀土富渣：60年代初，包头诒金研究所采用中贫铁矿高炉脱铁后获得的稀土富渣冶炼稀土硅铁合金，获得了成功。由于稀土富渣中的稀土氧化物为10％～15％，品位比高炉渣有所提高，技术指标得到大幅度的提高。

(3)硅铁还原稀土精矿脱铁富渣：对硅热法而言，提高稀土原料中稀土氧化物含量，有助于提高工艺指标。70年代以后，包头钢铁公司每年可选出数万吨稀土精矿，其品位REO(稀土元素氧化物)为30％～60％，其中高品位的矿用于湿法分离，低品位的用于生产稀土合金，显然具有原料优势。为此，包头冶金研究所完成了“包头稀土精矿碳酸化冷固结球团，经矿热炉脱铁、电硅热法冶炼低钛稀土硅铁合金工艺，成功地冶炼出RE(稀土元素总称)含量高于30％，Ti含量小于0.5％的低钛稀土硅铁合金，产品不易粉化。但生产工艺仍存在不足，生产线过长，工艺环节复杂，设备投资大；电弧炉冶炼过程稀土收率不足65％。

(4)硅铁直接还原稀土精矿：该工艺重点对冶炼过程中磷的行为和走向进行了控制，优选出合适的渣系，在有效控制炉内冶金气氛的条件下，配以合理的冶炼制度，成功地解决了合金因含磷高而导致粉化的问题，同时，稀土收率提高到75％，取得了良好的指标。但是，工艺对造渣剂石灰的成分要求相当苛刻，且炉况不易控制，现在工业生产中基本不采用此法。

(5)硅铁还原氟碳铈精矿：80年代以来，我国开始规模开采氟碳铈矿。南京特种合金厂随之采用氟碳铈矿冶炼稀土硅铁合金。开辟了新的原料体系。这种原料的优点是稀土矿物为单一的氟碳铈矿，基本不含独居石，放射性低，钛含量低，通常使用含30％～50％REO的精矿为原料。从工艺方面考虑，使用这种原料比包头混合稀土矿难度小，产品质量得到了提高，可以生产低钛、低铝、低钙的稀土硅铁合金。

二、碳热还原法工艺：目前，从全球产业规模看，硅热法仍然是主要的生产方法。但是，由于碳热法是利用便宜的矿石原料和在大容量的矿热炉中直接制取合金，大大地降低了产品成本，且碳热法在炉内可以把还原进行到底，理论上能实现无工业废渣的工业化生产，其发展前景要优于硅热法。碳热法生产稀土硅铁合金的研究和产业化工作，主要集中在美国、前苏联和中国。

(1)碳热还原稀土氢氧化物生产CSF-10稀土合金：1969年，美国福特矿业公司在格雷汉姆工厂将氢氧化铈制成球团，与硅石、碎钢片、木片和煤等组成原料，在矿热炉内进行稀土硅铁合金的冶炼，制得含RE 15％，Si 36％～40％，余量为铁的稀土硅铁合金，Re的收率达90％～94％。合金对钙、铝的含量限制很低。这一工艺开创了碳热法的历史先河，但在冶炼过程中有渣生成，合金粉化严重。

(2)碳热还原氟碳铈矿生产炼钢添加剂：以硅石、高品位氟碳铈矿和碳酸锶、碳酸钡、石灰为原料，使用低灰粉煤、木炭为还原剂，冶炼稀土硅锶、钡、钙铁合金，用于处理低合金高强度钢。此工艺是在过理论碳量50％的条件下进行冶炼，不可避免地导致炉底结瘤和碳化物从炉眼流出，带来连续冶炼周期短，不能进行连续工业化生产等问题，而且台金在空气中发生粉化。