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1、第10卷第2期广东有色金属学报Vol110,No122000年11月JOURNALOFGUANGDONGNON2FERROUSMETALSNov.2000文章编号:1003-7837(2000)02-0112-05稀土硅铁合金冶炼工艺及反应机理121222张世荣,涂赣峰,马秀芳,任存治,张成祥,李春材(1.北京有色金属研究总院,北京100088;2.东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳110006)摘要:综述了硅热法还原高炉渣、稀土富渣、稀土精矿及碳热法还原稀土氧化物、稀土富渣、氟碳铈精矿等生产稀土硅铁合金的工艺特点和技术进展.指出碳热还原法较硅热法具有能耗低、稀土收率高、
2、无工业废渣等优点.分析了碳热还原法冶炼过程中的有关物理化学反应,碳热还原法工艺的关键是要强化稀土碳化物的生成.关键词:稀土硅铁合金;硅热还原;碳热还原中图分类号:TF645文献标识码:A[1]稀土硅铁合金广泛应用于钢铁工业,一般约占我国稀土总消耗量的30%左右.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.本文就国内外采用硅热法、碳热法生产稀土硅铁合金的冶炼工艺及碳热法的反应机理进行了述评.1硅热法冶炼工艺在电弧炉中用硅铁(通常为75号硅铁)作还原剂,用石灰调整碱度,还原稀土原料制得稀土硅铁合金,此法
3、也称为两步法.到目前为止,硅热法大致有如下几种工艺.1.1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的研究成果,采用硅铁还原含稀土的高[2]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,比前苏联、美国采用这种方法生产稀土合金早约3～9a.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.1.2硅铁还原中贫铁矿脱铁稀土富渣60年代初,包头冶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[3]金,获得了成功.由于稀土富渣中的稀土氧化物为10%
4、～15%(质量分数,下同),品位比高炉渣有所提高,故各项技术指标得到大幅度的提高,其中稀土回收率达60%.但采用此富渣为收稿日期:1999—08—19作者简介:张世荣(1971-),男,安徽人,工程师,硕士.第10卷第2期张世荣等:稀土硅铁合金冶炼工艺及反应机理113原料生产高牌号的合金(30%RE)仍有困难,且合金中钛含量高于2.5%,限制了其应用与出口.此工艺经过数年的完善,曾在工业化生产中取得了良好的经济效益和社会效益.1.3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,
5、其品位(REO)为30%～60%,钛含量低于0.3%,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[4]合金工艺”,成功地冶炼出RE含量高于30%,Ti含量小于0.5%的低钛稀土硅铁合金,产品不粉化.但是,此工艺还存在一些不足:每生产1t富渣耗电1200kWh,每吨合金耗渣1196t,增加二次能耗约2400kWh,综合能耗达5400kWh;生产线过长,工艺环节复杂,设备投资大;矿热炉冶炼稀土入渣率90%,电弧炉冶炼过程稀土收率70%,因此稀土综合收
6、率不足65%.1.4硅铁直接还原包头稀土精矿针对上一工艺的缺点,南京冶金研究所于1986年研究了直接使用包头稀土精矿冶炼稀土[5]硅铁合金的工艺.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,使70%的磷进入气相,约30%磷稳定在渣中,合金中磷含量小于0.03%,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%,每吨合金能耗约2950kWh,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.1.5包头稀土精矿配稀土富渣的硅铁
7、还原[6]最近几年,包钢稀土一厂采用品位50%的稀土精矿配稀土富渣的工艺,提高原料中的稀土含量,并有效地控制了磷的走向,合金中磷含量小于0.1%,效果良好.1.6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[7]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.此工艺是将稀土精
