[发明专利]硼镁矿及富硼渣直接冶炼铁基非晶态母合金的方法

说明书

本发明涉及一种冶炼铁合金的方法。

铁基非晶态材料的原料是FeB以及其它合金。FeB的生产工艺分为铝热法（又称炉外法）和电炉法。电炉法接还原剂不同又分为碳热法和电硅热法。我国生产FeB多采用铝热法和电硅热法。铝热法以铝镁合金作为还原剂，电硅热法以FeSi作还原剂，用铝终还原，其原料均为硼酐或硼酸，美国专利4397691、4505745是日本川崎钢公司的高炉碳热还原生产FeSiB合金的方法。瑞典ASEA公司发明了直流等离子电弧炉，中空电极加料，碳热还原，以低晶位铬矿生产中碳铬铁的方法（INFACON86、P332-34）。FeB生产工艺依原料或还原剂不同多种多样，由于铝、镁、硼酐或硼酸价格昂贵，至使FeB生产成本很高;用铝还原使FeB中铝含量高，高铝FeB作为铁基非晶态材料的原料，由于铝是有害元素需降铝处理，则又增加了生产成本。

本发明的目的是提供一种直接冶炼铁基非晶态母合金的方法，该方法能显著降低生产成本。

本发明备料标准：（本发明涉及到的百分含量为重量百分比）

原料：硼镁矿、氧化焙烧、t≥900℃、粒度≤6mm

富硼渣：直接还原硼铁矿，干燥处理、t≥120℃，粒度≤6mm

还原剂：焦粉或无烟煤粉、≥70%、W^f＜1%、粒度≤6mm

硅铁粉：Si＝30%～80%  粒度≤6mm

钢铁料：生铁、废钢

辅助材料：石灰、莹石、氩气。

将任一种原料、碳质还原剂和硅铁按1∶0.2～0.4∶0.1～0.4的比例预混合，混合料保持干燥，装进炉顶料仓，生铁、废钢装入碳质炉衬的直流等离子炉中，引弧熔化废钢并将金属熔池温度升至1650℃以上，混合料全部通过电极中心孔在氩气携带下进入电弧区熔化，定期排碴。在排渣前，通过炉顶加料孔向炉内均匀加入少量洁净铁屑，以沉降渣中的硼，完成碳-硅复合热还原。冶炼结束前，向炉内加入少量石灰和莹石，渣熔化后，渣铁混出，冷凝后，分离渣铁，铁合金破碎、包装。

在等离子弧温度下，物料迅速熔化并发生化学反应，还原出来的B进入金属熔池形成FeB，熔渣在弧压下被推向熔池四周，少量物料被电弧气化随炉气逸出炉外。

氩气作为等离子气，并起阻止炉气沿电极中心孔逆向上升的作用，同时也在电弧区降低了反应产物一氧化碳的分压，有利于反应正向进行，类似于真空冶金的效果。由于反应在金属熔池表面进行，Fe的存在降低了B₂O₃的还原温度，垂直向下的高温等离子弧提供了极为有利的化学热力学和反应动力学条件。

以硅铁粉形式配入混合料的Si，部分作为还原剂与B₂O₃反应形成SiO₂进入熔渣，其余作为合金元素进入金属熔池。根据冶炼需要调整熔渣碱度，定期排渣，在排渣前，通过炉顶加料孔向炉内均匀加入少量洁净铁屑，以沉降渣中的B，提高B收得率。

本发明的特点是以硼镁矿或富硼渣为原料，直接在直流等离子炉内冶炼FeSiB合金，与现行的硼镁矿→硼酸→硼铁→FeSiB合金工艺相比，简化了生产流程。B的冶炼收得率在60%以上，与铝热法的B收得率相当，远远高于现行由硼镁矿到FeB的总B收得率。原料和还原剂价格低廉，可以直接使用粉料不必造块，冶炼操作灵活，开停方便，合金不必降AL处理即可作为铁基非晶态母合金，综合成本低于现行工艺，有很强的市场竞争力。

实施例1

原料：

硼镁矿：氧化熔烧、t≥900℃  T＝2～3h

破碎粒度≤6mm

金属料：

生铁：S≤0.1%  P≤0.08%

废钢：S≤0.05%  P≤0.06%

铁屑：S≤0.05%  P≤0.06%

还原剂：

冶金焦、气化焦、石油焦、无烟煤均可，

工业分析：C^f_G0≥70% W^f＜1% 破碎粒度≤6mm

硅铁：Si＝30%～80%  破碎粒度≤6mm

辅料：

活性石灰：CaO≥85%

莹石：CaF₂≥65%

氩气：纯度≥99.99%

炉衬：以碳素打结料为工作衬

电极：石墨质，中心孔直径10～25mm

冶炼操作：