权利要求
1.一种矿热炉硅铁合金生产冶炼中碳素
固废材料资源再利用的工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按照目标硅铁合金的成分确定硅石、碳质还原剂、铁制品以及碳素固废材料的用量，以碳素固废材料中所含固定碳为还原剂，按化学计量比计算还原硅石以及铁制品中SiO2、Fe2O3氧化物产生的单质硅以及铁的量;再计算碳质还原剂还原硅石以及铁制品中SiO2、Fe2O3氧化物产生的单质硅以及铁的量，两部分组合相加构成还原剂配料基本结构，再根据冶炼不同成分的硅铁合金，配入不同量的铁制品;
(2)将硅石、碳质还原剂、铁制品以及碳素固废材料混合均匀，放入炉内进行冶炼，冶炼的温度为1750-2000℃，时间为1.3-1.6h，压力为0.1-0.2MPa，冶炼结束后，铁水转运至锭模进行定点浇铸，脱模，检验分析，即得硅铁合金。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤(1)中所述硅石的粒度为80-200mm;硅石中SiO2含量为96.5-99%，Al2O3含量≤1.2%，CaO含量≤0.33%，MgO含量≤0.5%。
3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤(1)中所述碳质还原剂为兰炭、焦炭或水洗煤。
4.根据权利要求3所述的工艺，其特征在于，所述兰炭的粒度为5-15mm;兰炭中固定碳含量为82-86%，灰分含量≤9%，挥发分含量为5-9%，水分含量≤17%，P含量≤0.03%。
5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤(1)中所述铁制品包括球铁矿和烧结矿。
6.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述球铁矿中TFe含量为60-64%，Al2O3含量≤2%，CaO含量≤1.5%，Mt含量≤0.2%，TiO2含量≤0.7%，Mn含量≤0.5%，P含量≤0.04%。
7.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述烧结矿中TFe含量为60-64%，Al2O3含量≤2%，CaO含量≤2%，Mt含量≤0.2%，TiO2含量≤1%，Mn含量≤0.5%，P含量≤0.04%。
8.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤(1)中所述碳素固废材料包括矿热炉电极事故发生后的废电极头;所述碳素固废材料的粒径为100-300mm，碳素固废材料中固定碳含量为65-75%，挥发分含量为2-4%，灰分含量≤35%，内水含量为0.1-0.3%。
9.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤(1)中所述硅石、碳质还原剂、铁制品以及碳素固废材料的质量比为100:60-70:20-25:1.5-2.5。
10.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤(2)中所述炉内的炉面温度≤800℃，电炉循环水温度≤65℃。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于电冶金技术领域，具体涉及一种矿热炉硅铁合金生产冶炼中碳素固废材料资源再利用的工艺。
背景技术
[0002]硅铁合金是以硅石、炭质还原剂和铁料为原料炼制而成的铁和硅的合金，能够广泛应用于钢铁行业中，目前硅铁合金生产设备主要为矿热炉，但行业内各厂家矿热炉投产以来由于受到各种因素的影响，时有电极事故发生，而每一次发生电极事故，都要将已经硬断于炉内的电极废端头拉出，拉出的电极已经经历过电极糊的预热、挥发和烧结三阶段，无法进行重新利用，被认定为碳素固废材料而被堆积，再处理困难且售价较低。因此，将碳素固废材料进行再开发利用具有重要的经济价值和环保意义。
发明内容
[0003]本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种矿热炉硅铁合金生产冶炼中碳素固废材料资源再利用的工艺。将废电极头通过合理的配比、合适的炉况和恰当的时机加入炉内，可实现固废的有效处理，并且由于废电极头中含有可观的碳元素，且具备优秀的机械强度，适量加入炉内可实现炉底有效补碳，扩大坩埚，提升炉温，改善冶炼环境，提升生产指标。
[0004]为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0005]一种矿热炉硅铁合金生产冶炼中碳素固废材料资源再利用的工艺，包括如下步骤：
[0006](1)按照目标硅铁合金的成分确定硅石、碳质还原剂、铁制品以及碳素固废材料的用量，以碳素固废材料中所含固定碳为还原剂，按化学计量比计算还原硅石以及铁制品中SiO2、Fe2O3氧化物产生的单质硅以及铁的量;再计算碳质还原剂还原硅石以及铁制品中SiO2、Fe2O3氧化物产生的单质硅以及铁的量，两部分组合相加构成还原剂配料基本结构，再根据冶炼不同牌号的硅铁合金，配入不同量的铁制品;
[0007](2)将硅石、碳质还原剂、铁制品以及碳素固废材料混合均匀，放入炉内进行冶炼，冶炼的温度为1750-2000℃，时间为1.3-1.6h，压力为0.1-0.2MPa，冶炼结束后，铁水转运至锭模进行定点浇铸，脱模，检验分析，即得硅铁合金。
[0008]优选地，步骤(1)中所述硅石的粒度为80-200mm;硅石中SiO2含量为96.5-99%，Al2O3含量≤1.2%，CaO含量≤0.33%，MgO含量≤0.5%。
[0009]优选地，步骤(1)中所述碳质还原剂为兰炭、焦炭或水洗煤。
[0010]更优选地，所述兰炭的粒度为5-15mm;兰炭中固定碳含量为82-86%，灰分含量≤9%，挥发分含量为5-9%，水分含量≤17%，P含量≤0.03%。
[0011]优选地，步骤(1)中所述铁制品包括球铁矿和烧结矿。
[0012]更优选地，所述球铁矿中TFe含量为60-64%，Al2O3含量≤2%，CaO含量≤1.5%，Mt含量≤0.2%，TiO2含量≤0.7%，Mn含量≤0.5%，P含量≤0.04%。
[0013]更优选地，所述烧结矿中TFe含量为60-64%，Al2O3含量≤2%，CaO含量≤2%，Mt含量≤0.2%，TiO2含量≤1%，Mn含量≤0.5%，P含量≤0.04%。
[0014]优选地，步骤(1)中所述碳素固废材料包括矿热炉电极事故发生后的废电极头;所述碳素固废材料的粒径为100-300mm，碳素固废材料中固定碳含量为65-75%，挥发分含量为2-4%，灰分含量≤35%，内水含量为0.1-0.3%。
[0015]优选地，步骤(1)中所述硅石、碳质还原剂、铁制品以及碳素固废材料的质量比为100:60-70:20-30:1.5-2.5。
[0016]优选地，步骤(2)中所述炉内的炉面温度≤800℃，电炉循环水温度≤65℃。
[0017]相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
[0018](1)本发明通过利用电极硬断后的废电极端头(即碳素固废材料)重新再入炉，在保证产品质量以及生产指标不受影响的情况下，实现了固废的有效处理。
[0019](2)本发明在原料硅石、碳质还原剂、铁制品及碳素固废材料的内部化学成分相对不稳定情况下，通过合理的配比、合适的炉况，制备出更高收率、且符合销售标准的硅铁合金，从而实现了生产指标的进一步稳定。
[0020](3)因废电极反应活性偏低，且含有可观的碳含量，强度较好，所以较易下沉到炉底，可改善多年来大炉型生产中普遍存在的炉底亏碳现象，达到扩大坩埚、提高炉底温度，加速还原反应速度、提高作业效率，最终达到提产降耗的目标。
附图说明
[0021]图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
[0022]值得说明的是，本发明中使用的原料均为普通市售产品。
[0023]实施例1
[0024]一种矿热炉硅铁合金生产冶炼中碳素固废材料资源再利用的工艺，步骤如下：
[0025](1)按照目标硅铁合金的成分：Si含量为72-75%，Fe含量为23-26%，确定硅石、碳质还原剂、铁制品以及碳素固废材料的用量。以碳素固废材料中所含固定碳为还原剂，按化学计量比计算还原硅石以及铁制品中SiO2、Fe2O3氧化物产生的单质硅以及铁的量;再计算碳质还原剂还原硅石以及铁制品中SiO2、Fe2O3氧化物产生的单质硅以及铁的量，两部分组合相加构成还原剂配料基本结构，再根据冶炼不同牌号的硅铁合金，配入不同量的铁制品。
[0026]其中，硅石的粒度为80-200mm，硅石中SiO2含量为98.01%，Al2O3含量为0.8443%，Fe3O2含量为0.3495%，CaO含量为0.0444%，MgO含量为0.074%;
[0027]碳质还原剂为兰炭，兰炭的粒度为5-15mm，兰炭中固定碳含量为85.34%，挥发分含量为6.1%，水分含量为16.81%，灰分含量为8.26%，P含量为0.012%;
[0028]铁制品为球铁矿和烧结矿，球铁矿中TFe含量为60.36%，TiO2含量为0.1744%，P含量为0.025%，Mn含量为0.08%，Al2O3含量为1.1444%，CaO含量为1.01%，Mt含量为0.02%;烧结矿中TFe含量为61.31%，TiO2含量为0.1%，P含量为0.037%，Mn含量为0.33%，Al2O3含量为1.09%，CaO含量为1.4%，Mt含量为0.08%;
[0029]碳素固废材料为矿热炉电极事故发生后拉出的电极断头，粒径为100-300mm，碳素固废材料中固定碳含量为72.85%，挥发分含量为2.42%，灰分含量为24.50%，内水含量为0.23%。
[0030]最终，硅石、碳质还原剂、铁制品以及碳素固废材料的质量比为1000:652:237:25。
[0031](2)将硅石、碳质还原剂、铁制品以及碳素固废材料通过震动
给料机混合均匀，依次通过皮带、料管、震动筛和布料器加入45MVA矿热炉，进行冶炼环节操作。冶炼的温度为1900℃，时间为1.333h，压力为150Pa，炉面温度≤800℃，电炉循环水温度≤65℃。要求及时对炉内异常情况进行处理，处理后炉内料面形状断面呈锥形，高度不大于400mm，且整个料面有强而有力的火苗溢出，火焰呈橘黄色，料面可见饱满不缺料。冶炼环节完毕后，铁水通过炉眼流入铁水包，转运至锭模进行定点浇铸和脱模，将硅铁合金进行破碎精整和检验分析入库，即得硅铁合金，收率为93%，纯度为72%。
[0032]该实施例的工艺流程图如图1所示。
[0033]实施例2
[0034]一种矿热炉硅铁合金生产冶炼中碳素固废材料资源再利用的工艺，步骤如下：
[0035](1)按照目标硅铁合金的成分：Si含量为72-75%，Fe含量为23-26%，确定硅石、碳质还原剂、铁制品以及碳素固废材料的用量。以碳素固废材料中所含固定碳为还原剂，按化学计量比计算还原硅石以及铁制品中SiO2、Fe2O3氧化物产生的单质硅以及铁的量;再计算碳质还原剂还原硅石以及铁制品中SiO2、Fe2O3氧化物产生的单质硅以及铁的量，两部分组合相加构成还原剂配料基本结构，再根据冶炼不同牌号的硅铁合金，配入不同量的铁制品。
[0036]其中，硅石的粒度为80-200mm，硅石中SiO2含量为99%，Al2O3含量1.026%，Fe3O2含量为0.5096%，CaO含量为0.0578%，MgO含量为0.086%;
[0037]碳质还原剂为兰炭，兰炭的粒度为5-15mm，兰炭中固定碳含量为86%，挥发分含量为5%，水分含量为13%，灰分含量为7%，P含量为0.03%;
[0038]铁制品为球铁矿和烧结矿，球铁矿中TFe含量为64%，TiO2含量为0.04%，P含量为0.03%，Mn含量为0.03%，Al2O3含量为1.0%，CaO含量为0.5%，Mt含量为0.08%;烧结矿中TFe含量为64%，TiO2含量为0.04%，P含量为0.03%，Mn含量为0.03%，Al2O3含量为1.0%，CaO含量为0.5%，Mt含量为0.08%;
[0039]碳素固废材料为矿热炉电极事故发生后拉出的电极断头，粒径为100-300mm，碳素固废材料中固定碳含量为75%，挥发分含量为4%，灰分含量为20%，内水含量为0.3%。
[0040]最终，硅石、碳质还原剂、铁制品以及碳素固废材料的质量比为1000:611:201:20。
[0041](2)将硅石、碳质还原剂、铁制品以及碳素固废材料通过震动给料机混合均匀，依次通过皮带、料管、震动筛和布料器加入45MVA矿热炉，进行冶炼环节操作。冶炼的温度为1900℃，时间为1.333h，压力为150Pa，炉面温度≤800℃，电炉循环水温度≤65℃。要求及时对炉内异常情况进行处理，处理后炉内料面形状断面呈锥形，高度不大于400mm，且整个料面有强而有力的火苗溢出，火焰呈橘黄色，料面可见饱满不缺料。冶炼环节完毕后，铁水通过炉眼流入铁水包，转运至锭模进行定点浇铸和脱模，将硅铁合金进行破碎精整和检验分析入库，即得硅铁合金，收率为92.5%，纯度为72.5%。
[0042]实施例3
[0043]一种矿热炉硅铁合金生产冶炼中碳素固废材料资源再利用的工艺，步骤如下：
[0044](1)按照目标硅铁合金的成分：Si含量为72-75%，Fe含量为23-26%，确定硅石、碳质还原剂、铁制品以及碳素固废材料的用量。以碳素固废材料中所含固定碳为还原剂，按化学计量比计算还原硅石以及铁制品中SiO2、Fe2O3氧化物产生的单质硅以及铁的量;再计算碳质还原剂还原硅石以及铁制品中SiO2、Fe2O3氧化物产生的单质硅以及铁的量，两部分组合相加构成还原剂配料基本结构，再根据冶炼不同牌号的硅铁合金，配入不同量的铁制品。
[0045]其中，硅石的粒度为80-200mm，硅石中SiO2含量为96.5%，Al2O3含量1.2%，Fe3O2含量为0.5%，CaO含量为0.33%，MgO含量为0.5%;
[0046]碳质还原剂为兰炭，兰炭的粒度为5-15mm，兰炭中固定碳含量为82%，挥发分含量为7%，水分含量为16%，灰分含量为9%，P含量为0.03%;
[0047]铁制品为球铁矿和烧结矿，球铁矿中TFe含量为60%，TiO2含量为0.5%，P含量为0.03%，Mn含量为0.03%，Al2O3含量为2%，CaO含量为0.8%，Mt含量为0.03%;烧结矿中TFe含量为60%，TiO2含量为0.5%，P含量为0.03%，Mn含量为0.03%，Al2O3含量为2%，CaO含量为0.8%，Mt含量为0.03%;
[0048]碳素固废材料为矿热炉电极事故发生后拉出的电极断头，粒径为100-300mm，碳素固废材料中固定碳含量为68%，挥发分含量为4%，灰分含量为30%，内水含量为0.3%。
[0049]最终，硅石、碳质还原剂、铁制品以及碳素固废材料的质量比为1000:663:203:15。
[0050](2)将硅石、碳质还原剂、铁制品以及碳素固废材料通过震动给料机混合均匀，依次通过皮带、料管、震动筛和布料器加入45MVA矿热炉，进行冶炼环节操作。冶炼的温度为1900℃，时间为1.333h，压力为150Pa，炉面温度≤800℃，电炉循环水温度≤65℃。要求及时对炉内异常情况进行处理，处理后炉内料面形状断面呈锥形，高度不大于400mm，且整个料面有强而有力的火苗溢出，火焰呈橘黄色，料面可见饱满不缺料。冶炼环节完毕后，铁水通过炉眼流入铁水包，转运至锭模进行定点浇铸和脱模，将硅铁合金进行破碎精整和检验分析入库，即得硅铁合金，收率为93%，纯度为72.5%。
[0051]对比例1
[0052]与实施例1的区别仅在于：碳质还原剂为质量比为20:1的兰炭与焦炭的混合物，其中，焦炭中固定碳含量为82.4%，挥发分含量为1.8%，灰分含量为15.6%，水分含量为8.9%。
[0053]制备得到硅铁合金的收率为89.5%，纯度为72%。
[0054]对比例2
[0055]与实施例1的区别仅在于：碳质还原剂为质量比为35:1的兰炭与水洗煤的混合物，其中，水洗煤中固定碳含量为58%，挥发分含量为34%，水分含量为13%，灰分含量为4%。
[0056]制备得到硅铁合金的收率为86%，纯度为71%。
[0057]对比例3
[0058]与实施例1的区别仅在于：将碳素固废材料替换为兰炭。
[0059]制备得到硅铁合金的收率为88%，纯度为71.5%。
[0060]最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。
说明书附图(1)
声明：
“矿热炉硅铁合金生产冶炼中碳素固废材料资源再利用的工艺” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：鄂尔多斯市西金矿冶有限责任公司
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