本發(fā)明涉及一種硅鈣鐵合金，尤其涉及了一種硅鈣鐵合金的制備方法，屬于鐵合金制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
硅鈣鐵合金在鋼鐵冶煉和使用中具有重要作用，是一種冶煉優(yōu)質(zhì)鋼較理想的復(fù)合脫氧劑和脫硫劑。另外，硅鈣合金也可以作轉(zhuǎn)爐煉鋼的增溫劑和鋼包精煉的主要噴粉劑，鑄鐵生產(chǎn)中的孕育劑和球墨鑄鐵生產(chǎn)中的添加劑。
現(xiàn)有冶煉工藝中，硅鈣鐵合金的制備方法有一步法和二步法，原料均為硅石、石灰、碳質(zhì)還原劑等。一步法是在同一臺(tái)電爐內(nèi)用碳同時(shí)還原硅石和石灰而得到硅鈣合金，分為混合加料法和分層加料法。二步法生產(chǎn)有兩種，一種是先用石灰和焦炭在一臺(tái)電爐中生產(chǎn)電石，然后用電石和硅石、焦炭在另一臺(tái)電爐中生產(chǎn)出硅鈣合金；另一種是在一臺(tái)電爐中生產(chǎn)出高硅硅鐵，然后用高硅硅鐵加石灰在另一臺(tái)電爐中生產(chǎn)出硅鈣合金，即硅熱還原法。
公開號(hào)為CN104099487A的專利提供了一種硅鈣合金的制備方法，具體為：a、于反應(yīng)爐中加入熔融狀態(tài)的金屬添加劑；b、將爐料加入反應(yīng)爐中，于1400～1550℃下重熔、混合，得到爐料熔融液；所述爐料由石灰、硅鐵和熔劑組成，按重量比，石灰:熔劑＝1:0.2～0.5，所述熔劑為氧化鋁；c、將爐料熔融液進(jìn)行澆鑄，冷卻，即得硅鈣合金。在該發(fā)明中，一方面，采用混合加料法，CaO和SiO2易生成低熔點(diǎn)的硅酸鹽，而使硅和鈣的還原變得困難；另一方面，采用常規(guī)原料石灰、硅鐵和大量金屬添加劑作原料，原料成本較高。
銅渣是銅冶煉過程中產(chǎn)生的工業(yè)固體廢棄物，中國每年產(chǎn)生約1000萬t銅冶煉渣。銅渣主要成分是氧化亞鐵和二氧化硅，是冶煉硅鐵的原料。目前，世界電石渣開采量約為2000萬t/a，其中粉礦(粒徑小于8mm)約占80％，而且電石渣的粉礦價(jià)格低于塊礦，如將這類資源應(yīng)用于冶煉硅鈣鐵合金，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)固體廢棄物有價(jià)成分的綜合利用，而且可以降低生產(chǎn)成本，變廢為寶，避免了環(huán)境污染。
因此，將銅渣、電石渣礦等資源用于冶煉硅鈣鐵合金具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種硅鈣鐵合金的制備方法，該方法不僅充分利用電石渣中的氧化鈣和銅渣中的二氧化硅等有價(jià)組分，生產(chǎn)出高附加值的鐵合金，降低了生產(chǎn)成本，還變廢為寶，避免環(huán)境污染。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：
本發(fā)明首先提供了一種硅鈣鐵合金的制備方法，包括以下步驟：
(1)電石渣和碳質(zhì)還原劑混合成型得到第一混合料塊，烘干，備用；
(2)銅渣、碳質(zhì)還原劑、硅石和粘結(jié)劑混合成型得到第二混合料塊，烘干，備用；
(3)烘干后的第一混合料塊與烘干后的第二混合料塊在電爐中熔煉，即得硅鈣鐵合金。
其中，步驟(1)中將電石渣和碳質(zhì)還原劑按照100：80-100的質(zhì)量比例進(jìn)行混合；所述第一混合料塊的料塊粒度為15～40mm；所述的烘干是將混合料塊的水分含量控制在1％以下。
步驟(2)中銅渣、碳質(zhì)還原劑、硅石和粘結(jié)劑按照100：(100～120)：(100～120)：(3～10)的質(zhì)量比例進(jìn)行混合；所述第二混合料塊的料塊粒度為10～24mm；所述的烘干是將混合料塊的水分含量控制在1％以下。
優(yōu)選的，步驟(1)將電石渣以及碳質(zhì)還原劑分別破碎處理后再混合成型得到第一混合料塊；步驟(2)中將銅渣、碳質(zhì)還原劑以及硅石破碎處理后再和粘結(jié)劑混合成型得到第二混合料塊；其中，破碎處理后的銅渣、電石渣或碳質(zhì)還原劑的顆粒粒度控制在0.1mm以下。
所述電石渣為電石法制乙炔尾渣，優(yōu)選的，電石渣中氫氧化鈣的含量80wt％以上；所述銅渣為銅冶煉的尾渣，優(yōu)選的，銅渣中鐵含量30-45wt％，硅含量30-50wt％；所述碳質(zhì)還原劑為冶金焦、蘭炭、石油焦、煤或半焦中的任意一種或一種以上按照任意質(zhì)量比例組成的混合物；所述的粘結(jié)劑為電石渣漿液，優(yōu)選電石渣漿液中Ca(OH)2的濃度為10-30wt％。
步驟(3)中烘干后的第一混合料塊與第二混合料塊質(zhì)量比為1:1.8～2.4；所述電爐熔煉溫度≥1800℃；烘干后的第一混合料塊與第二混合料塊采用環(huán)形布料方式送入電爐中熔煉；所述環(huán)形布料方式為以電極為中心，將第一混合料塊布料置于內(nèi)環(huán)電極附近；將第二混合料塊布置于外環(huán)。
上述環(huán)形布料方式可減少CaO與SiO2的接觸，以減少硅酸鹽的生成反應(yīng)。同時(shí)利用電極附近的高溫，盡可能多的進(jìn)行CaO+3C＝CaC2+CO反應(yīng)，生成電石，以便于提高熱利用效率，加速硅鈣合金生成。
本發(fā)明采用銅冶煉尾渣和電石渣為原料，配以碳質(zhì)還原劑冶煉硅鈣鐵合金。銅渣是銅冶煉的副產(chǎn)品，主要成分是FeO和SiO2，電石渣主要成分是CaO，正是冶煉硅鈣合金的主要原料。將兩種物料分別造塊，采用以電極為中心的環(huán)形布料方式將兩種物料布于電爐中，既避免了CaO與SiO2過早接觸生成難還原的硅酸鹽，同時(shí)可以合理利用電極附近的高溫進(jìn)行反應(yīng)生成電石，生成的電石與外環(huán)的SiO2反應(yīng)生成硅鈣合金。本發(fā)明充分利用銅渣中的SiO2以及電石渣中的CaO，不僅實(shí)現(xiàn)了固體廢棄物有價(jià)成分的綜合回收利用，而且降低了生產(chǎn)成本，變廢為寶，避免了環(huán)境污染。
本發(fā)明還公開了利用上述方法制備得到的硅鈣鐵合金。
本發(fā)明技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：
1、本發(fā)明充分利用電石渣中的氧化鈣和銅渣中的二氧化硅等有價(jià)組分，不僅實(shí)現(xiàn)了固體廢棄物有價(jià)成分的綜合利用，而且降低了生產(chǎn)成本，變廢為寶，避免了環(huán)境污染。
2、本發(fā)明采用兩種物料分別造塊，以電極為中心的環(huán)形布料方式，降低了硅鈣合金的冶煉難度。
3、本發(fā)明采用電石渣漿液作粘結(jié)劑，降低了造塊成本。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例來進(jìn)一步描述本發(fā)明，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)將會(huì)隨著描述而更為清楚。但這些實(shí)施例僅是范例性的，并不對(duì)本發(fā)明的范圍構(gòu)成任何限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍下可以對(duì)本發(fā)明的細(xì)節(jié)和形式進(jìn)行修改或替換，但這些修改和替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
實(shí)施例1
(1)將銅渣、電石渣、煤破碎至0.1mm以下；
(2)按照電石渣：煤＝100:100的質(zhì)量比混合均勻成型，得到料塊粒度30mm為第一混合料塊，烘干，使得混合料塊的水分含量控制在1％以下；
(3)銅渣：硅石：煤：電石漿液＝100：100：100：3的質(zhì)量比混合均勻成型，得到料塊粒度20mm為第二混合料塊，烘干，使得混合料塊的水分含量控制在1％以下；其中，電石渣漿液中Ca(OH)2的濃度為20wt％；
(4)將上述烘干后的第一混合料塊和第二混合料塊采用環(huán)形布料方式送入電爐熔煉，溫度在1800℃，每隔時(shí)間90分鐘放出，靜置除渣后得到硅鈣鐵合金；其中，第一混合料塊與第二混合料塊質(zhì)量比為100:180。
本發(fā)明生產(chǎn)的硅鈣鐵合金的主要成分重量百分比為：鈣含量28％、硅含量39％、鐵含量30％，其余為雜質(zhì)。
實(shí)施例2
(1)將銅渣、電石渣、半焦破碎至0.1mm以下；
(2)按照電石渣：半焦＝100:90的質(zhì)量比混合均勻成型，得到料塊粒度35mm為第一混合料塊，烘干，使得混合料塊的水分含量控制在1％以下；
(3)按照銅渣：硅石：半焦：電石渣漿液＝100：110：120：4的質(zhì)量比混合均勻成型，得到料塊粒度24mm為第二混合料塊，烘干，使得混合料塊的水分含量控制在1％以下；其中，電石渣漿液中Ca(OH)2的濃度為30wt％；
(4)將上述烘干后的第一混合料塊和第二混合料塊采用環(huán)形布料方式送入電爐熔煉，溫度在1850℃，每隔時(shí)間80分鐘放出，靜置除渣后得到硅鈣鐵合金；其中，第一混合料塊與第二混合料塊質(zhì)量比為100:200。
本發(fā)明生產(chǎn)的硅鈣鐵合金的主要成分重量百分比為：鈣含量26％、硅含量40％、鐵含量30％，其余為雜質(zhì)。
實(shí)施例3
(1)將銅渣、電石渣、焦粉破碎至0.1mm以下；其中，銅渣為銅冶煉的尾渣，鐵含量38wt％，硅含量45wt％；焦粉為冶金焦、蘭炭、石油焦、煤、半焦的混合物。
(2)按照電石渣：焦粉＝100:80的質(zhì)量比混合均勻成型，得到料塊粒度25mm為第一混合料塊，烘干，使得混合料塊的水分含量控制在1％以下；
(3)按照銅渣：硅石：焦粉：電石渣漿液＝100：120：120：8的質(zhì)量比混合均勻成型，得到料塊粒度15mm為第二混合料塊，烘干，使得混合料塊的水分含量控制在1％以下；其中，電石渣漿液中Ca(OH)2的濃度為15wt％；
(4)將上述烘干后的第一混合料塊和第二混合料塊采用環(huán)形布料方式送入電爐熔煉，溫度在1800℃，每隔時(shí)間60分鐘放出，靜置除渣后得到硅鈣鐵合金；其中，第一混合料塊與第二混合料塊質(zhì)量比為100:240。
本發(fā)明生產(chǎn)的硅鈣鐵合金的主要成分重量百分比為：鈣含量23％、硅含量44％、鐵含量29％、其余為雜質(zhì)。
實(shí)施例4
(1)將銅渣、電石渣、冶金焦破碎至0.1mm以下；
(2)按照電石渣：冶金焦＝100：85的質(zhì)量比混合均勻成型，得到料塊粒度15mm為第一混合料塊，烘干，使得混合料塊的水分含量控制在1％以下；
(3)按照銅渣：硅石：焦粉：電石渣漿液＝100：110：100：4的質(zhì)量比混合均勻成型，得到料塊粒度10mm為第二混合料塊，烘干，使得混合料塊的水分含量控制在1％以下；其中，電石渣漿液中Ca(OH)2的濃度為10wt％；
(4)將上述烘干后的第一混合料塊和第二混合料塊采用環(huán)形布料方式送入電爐熔煉，溫度在1800℃，每隔時(shí)間65分鐘放出，靜置除渣后得到硅鈣鐵合金；其中，第一混合料塊與第二混合料塊質(zhì)量比為100:190。
本發(fā)明生產(chǎn)的硅鈣鐵合金的主要成分重量百分比為：鈣含量27％、硅含量41％、鐵含量29％、其余為雜質(zhì)。
實(shí)施例5
(1)將銅渣、電石渣、蘭炭破碎至0.1mm以下；
(2)按照電石渣：蘭炭＝100：100的質(zhì)量比混合均勻成型，得到料塊粒度40mm為第一混合料塊，烘干，使得混合料塊的水分含量控制在1％以下；
(3)按照銅渣：硅石：蘭炭：電石渣漿液＝100：120：120：10的質(zhì)量比混合均勻成型，得到料塊粒度24mm為第二混合料塊，烘干，使得混合料塊的水分含量控制在1％以下；其中，電石渣漿液中Ca(OH)2的濃度為30wt％；
(4)將上述烘干后的第一混合料塊和第二混合料塊采用環(huán)形布料方式送入電爐熔煉，溫度在1900℃，每隔時(shí)間70分鐘放出，靜置除渣后得到硅鈣鐵合金；其中，第一混合料塊與第二混合料塊質(zhì)量比為100:220。
本發(fā)明生產(chǎn)的硅鈣鐵合金的主要成分重量百分比為：鈣含量25％、硅含量42％、鐵含量30％、其余為雜質(zhì)。
實(shí)施例6
(1)將銅渣、電石渣、石油焦破碎至0.1mm以下；
(2)按照電石渣：石油焦＝100：90的質(zhì)量比混合均勻成型，得到料塊粒度30mm為第一混合料塊，烘干，使得混合料塊的水分含量控制在1％以下；
(3)按照銅渣：硅石：石油焦：電石渣漿液＝100：110：110：10的質(zhì)量比混合均勻成型，得到料塊粒度16mm為第二混合料塊，烘干，使得混合料塊的水分含量控制在1％以下；其中，電石渣漿液中Ca(OH)2的濃度為20wt％；
(4)將上述烘干后的第一混合料塊和第二混合料塊采用環(huán)形布料方式送入電爐熔煉，溫度在2000℃，每隔時(shí)間60分鐘放出，靜置除渣后得到硅鈣鐵合金；其中，第一混合料塊與第二混合料塊質(zhì)量比為100:210。
本發(fā)明生產(chǎn)的硅鈣鐵合金的主要成分重量百分比為：鈣含量25％、硅含量42％、鐵含量37％、其余為雜質(zhì)。