專利名稱：以煉鋼平爐塵為原料生產(chǎn)硬磁鐵氧體材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煉鋼平爐塵的利用和生產(chǎn)硬磁鐵氧體材料的方法。
生產(chǎn)硬磁鐵氧體材料傳統(tǒng)的方法是以鐵磷和原礦產(chǎn)品鐵紅為原料，其中以鐵磷為原料的工藝流程是鐵磷的處理(清洗)——鐵磷的粉碎——預(yù)壓——一次預(yù)燒——粉碎球磨——硬磁鐵氧體粉料。這種生產(chǎn)方法盡管有其長處，但存在場地分散、工藝復(fù)雜、需要大量的能源和清洗設(shè)備，造成二次污染等諸多避端。從治理公害的角度也有人提出過一些方法。經(jīng)國內(nèi)外文獻(xiàn)檢索，尚未發(fā)現(xiàn)用煉鋼平爐塵為原料生產(chǎn)硬磁鐵氧體材料的記載，但與本發(fā)明有關(guān)的如CN86103643、CN86106586、CN86108450等項(xiàng)專利關(guān)于利用煉鋼煙道灰制備鐵紅及鐵黑的方法，它們在工藝處理及其產(chǎn)品目的與本發(fā)明均不相同，況且生產(chǎn)工序要經(jīng)過繁鎖的化學(xué)處理與合成反應(yīng)，及磁選等，不但帶來二次污染，質(zhì)量不高，產(chǎn)品市場用量有限，而且對平爐塵的處理量也是有限的，因而不能徹底解決大量的散之成災(zāi)、積之有害的平爐塵的治理和綜合利用。
本發(fā)明的目的是提供一種利用煉鋼平爐塵(號稱煉鋼紅龍)生產(chǎn)硬磁鐵氧體材料為終端產(chǎn)品的方法，這和方法工藝簡單、節(jié)省大量的清洗和初粉設(shè)備，又能有效地解決治理煉鋼廠的這一巨大公害。
本發(fā)明的要點(diǎn)是利用煉鋼平爐塵為原料生產(chǎn)硬磁鐵氧體，并對其原料進(jìn)行物相鑒定及雜質(zhì)分析等，經(jīng)過變價(jià)處理使氧化鐵的異構(gòu)體轉(zhuǎn)化成α-Fe2O3然后轉(zhuǎn)入硬鐵氧磁體制備工藝，即經(jīng)干粉配料、濕磨混料、脫水干燥、預(yù)壓成型、第一次燒結(jié)再經(jīng)磨碎成粉料、顆粒檢查后獲得單相組成的硬磁鐵氧體材料，其分子式為BaFe12O19或SrFe12O19M型的鋇，硬磁鐵氧體，反應(yīng)過程如下變價(jià)處理階段預(yù)燒和燒結(jié)階段或所得單相組成的硬磁鐵氧體材料二次粉碎球磨再分別經(jīng)烘干造粒、加壓成型燒結(jié)后為同性磁體；其濕磨漿料經(jīng)過磁場成型再燒結(jié)后得到異性磁體。


圖1為以煉鋼平爐塵為原料生產(chǎn)硬磁鐵氧體材料及其磁件的工藝流程示意圖。
發(fā)明人對我國著名鞍山鋼鐵公司的平爐塵作了全面系統(tǒng)研究分析后，利用本發(fā)明的方法反復(fù)試驗(yàn)認(rèn)為可以就地取材就地投產(chǎn)、并對環(huán)境無二次污染，對設(shè)備無腐蝕能夠生產(chǎn)出合格的硬磁鐵氧體材料。下面結(jié)合利用鞍鋼的平爐塵生產(chǎn)硬磁鐵氧體材料的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明1.原料分析首先要了解收集的平爐塵原料的組成及氧化鐵的物相，以確定轉(zhuǎn)化工序的控制條件例如溫度和氧的用量。表1為鞍鋼平爐塵分析結(jié)果，其中含鐵(Fe)為69.27％，主晶相為Fe3O4，次晶相為Fe2O3，并含痕量FeS。
2.變價(jià)處理此工序的功能是把Fe3O4氧化轉(zhuǎn)化為Fe2O3，以及FeS雜質(zhì)形成SO2被除掉。變價(jià)處理是在回轉(zhuǎn)窯或吹氧沸騰床中進(jìn)行，為達(dá)到轉(zhuǎn)化深度在98％以上，控制轉(zhuǎn)化溫度一般在800-950℃之間，轉(zhuǎn)化時(shí)間為1-3小時(shí)，其Si，S，K，Ca，Cn等總雜質(zhì)在3％以下。轉(zhuǎn)化深度除控制其轉(zhuǎn)化溫度、時(shí)間、氧氣量以外，隨時(shí)觀察顏色的變化，由原來的土褐色(棕色發(fā)土)變成棕紅色。
3.物相分析變價(jià)處理后其物相情況要經(jīng)過分析，王晶相Fe2O3應(yīng)達(dá)到95％以上，F(xiàn)eS基本清除。
4.干粉配料按硬磁鐵氧體要求選擇配方，例如
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可取BaO∶Fe2O3≈1∶5.6～5.9(摩爾比)，并在配料中加入1％左右的添加劑以加速離子擴(kuò)散，促進(jìn)固相反應(yīng)，改善燒結(jié)情況。本發(fā)明采用高嶺土為添加劑，并可參照雜質(zhì)含量調(diào)節(jié)添加劑的用量。
5.濕磨混料一次球磨混料時(shí)加入一定量要求的水，但與以往的水洗工序不同，一部分雜質(zhì)即可溶解于水(例如K、Na等鹽類)，隨水可被排出，同時(shí)可防止球磨中升溫，提高混磨效率，使配好的原料能均勻的混合。球磨時(shí)間一般為15～20小時(shí)，其料∶水∶球＝1∶10∶2(體積比)，鋼球大小數(shù)量比例為大(φ40±2)中(φ30±2)小(φ20±2)＝20∶30∶50，鋼球的硬度應(yīng)在HRC＞55，因而鋼球的材料應(yīng)以軸承鋼為佳，其小球應(yīng)更硬些。所用水質(zhì)一般要求氯離子含量不高于0.1％～0.006％，一般采用深井水即可。
6.脫水干燥經(jīng)濕磨后的漿料放入儲存罐中靜止分層排除水分，然后在80℃左右烘干2小時(shí)，此時(shí)的配料應(yīng)為潤濕狀，以便預(yù)壓成型。
7.預(yù)壓成型為增強(qiáng)預(yù)燒中的固相反應(yīng)將脫水后的配料壓成毛坯塊或滾成球形，其厚度或直徑在5-10mm為宜，成型壓力在100kg/cm2以上。
8.第一次燒結(jié)
預(yù)壓成型的毛坯料僅僅是按一定比例的機(jī)械混合物，燒結(jié)的目的是使坯料在高溫下發(fā)生固相反應(yīng)。燒結(jié)經(jīng)升溫、保溫、降溫三個(gè)階段，升溫時(shí)間3-4小時(shí)至1250-1300℃，然后保溫4-5小時(shí)后采用自然降溫方式至常溫。
9.粉碎球磨(濕磨)為二次球磨。經(jīng)燒結(jié)后的坯料尺寸大、質(zhì)地硬，其中的晶粒分布不均，為便于產(chǎn)品成型，產(chǎn)生適宜的活性，固相反應(yīng)完全，將燒結(jié)后的坯料再進(jìn)行加工粉碎。二次球磨可分為粗磨和細(xì)磨兩步進(jìn)行。細(xì)磨時(shí)的料∶水∶球＝1∶1.2∶2.3。為便于鋼球運(yùn)轉(zhuǎn)，球磨罐內(nèi)不宜裝得太滿，一般不宜超過罐容量的70％。
10.顆粒的檢查為制備高矯頑力的磁性材料，應(yīng)避免缺陷和應(yīng)力，尋求得到晶粒完整的單疇顆粒。試驗(yàn)證明細(xì)磨后的粒度為0.9～1.2μm之間最好，球磨后的物料用粒度計(jì)作宏觀檢查，并作微觀的形貌觀察。
以上工序得到硬磁鐵氧體的粉料。按不同應(yīng)用范圍可將該粉料加工成同性磁件和異性磁件，其工藝過程是I.同性磁件為使同性磁件加壓成型效果好，采用加入10％聚乙烯醇水溶液作為粘合劑使烘干的粉料再次形成小于0.1～1mm左右的粒狀即烘干造粒后進(jìn)入下一步加壓成型，再經(jīng)1200～1350℃高溫?zé)Y(jié)而成同性磁件。
II.異性磁件將細(xì)磨所得粉料加入粘合劑調(diào)成漿料之后為得到具有一定強(qiáng)度、密度和取向一定要求的坯料采用濕式磁場成型，再經(jīng)高溫?zé)Y(jié)成為異性磁件。燒結(jié)溫度同上所述仍須經(jīng)升溫、保溫、降溫等過程。
本發(fā)明所提供的以煉鋼平爐塵為原料生產(chǎn)硬磁鐵氧體材料的方法，工藝簡單易行，可節(jié)省大量的清洗設(shè)備和初粉裝置，所生產(chǎn)的硬磁鐵氧體為直接終端產(chǎn)品，其產(chǎn)品質(zhì)量好，用途廣泛，表2為使用本發(fā)明的方法所生產(chǎn)的硬磁鐵氧體的性能測試及對比情況。硬磁鐵氧體材料是電機(jī)、電器的一些元器件必不可少的材料，是煉鋼廠變廢為寶開發(fā)和綜合利用的好方法。為治理煉鋼平爐塵對環(huán)境的嚴(yán)重污染，利于煉鋼廠的生產(chǎn)，可就地取材、就地投產(chǎn)，例如鞍鋼每年可收集10萬噸平爐塵，若利用本發(fā)明的方法不但可以全部利用，而且可以生產(chǎn)出數(shù)量可觀的硬磁鐵氧體。由此可見，本發(fā)明為徹底治理煉鋼平爐塵，造成的嚴(yán)重公害，創(chuàng)造了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)，同時(shí)在工業(yè)上使煉鋼廠還能成為我國生產(chǎn)低成本的硬磁鐵氧體材料的基地，并可進(jìn)入國際市場，因此本發(fā)明實(shí)屬理想的綜合利用和治理公害的好方法。表1
表權(quán)利要求
1.以煉鋼平爐塵為原料生產(chǎn)硬磁鐵氧體材料的方法，其特征是所說的硬磁鐵氧體材料是以煉鋼平爐塵為原料，其生產(chǎn)工藝包括原料分析、氧化鐵的變價(jià)處理、處理后的物相分析、干粉配料、濕磨混料、脫水干燥、預(yù)壓成型再經(jīng)燒結(jié)使坯料在高溫下發(fā)生固相反應(yīng)再磨碎成粉料等工序步驟達(dá)到制成一定粒度的硬磁鐵氧體材料。
2.按照權(quán)利要求1所說的以煉鋼平爐塵為原料生產(chǎn)硬磁鐵氧體材料的方法，其特征是所說的氧化鐵的變價(jià)處理工序是在800～950℃工況下使Fe3O4轉(zhuǎn)化為Fe2O3及FeS雜質(zhì)形成SO2而被除去的步驟。
3.按照權(quán)利要求1和2所說的以煉鋼平爐塵為原料生產(chǎn)硬磁鐵氧體材料的方法，其特征是所說的干粉配料工序是按比例選擇BaCO3(或SrCO3)與Fe2O3配方并加入適量添加劑(例如1％的高嶺土)的以保證硬磁鐵氧體必要成分的配料過程。
4.按照權(quán)利要求1和2所說的以煉鋼平爐塵為原料生產(chǎn)硬磁鐵氧體材料的方法，其特征是所說的濕磨混料工序是在料中加入按一定量要求的水再進(jìn)行濕磨混料過程，球磨時(shí)料∶水∶球用量的體積比為料∶水∶球＝1∶1.0∶2鋼球的數(shù)量可按直徑大、中、小適當(dāng)比例選用。
5.按照權(quán)利要求1和2所說以煉鋼平爐塵為原料生產(chǎn)硬磁鐵氧體材料的方法，其特征是所說的燒結(jié)工序是升溫3～4小時(shí)至1250～1300℃經(jīng)4～5小時(shí)保溫后自然降溫三個(gè)階段。
6.按照權(quán)利要求1所說的以煉鋼平爐塵為原料生產(chǎn)硬磁鐵氧體材料的方法，其特征是所說的磨碎成粉料的硬磁鐵氧體其粒度應(yīng)在0.9～1.2um為佳。
全文摘要
以煉鋼平爐塵為原料生產(chǎn)硬磁鐵氧體的方法屬于煉鋼平爐塵的利用和生產(chǎn)硬磁鐵氧體材料的方法。是利用煉鋼平爐塵(號稱煉鋼紅龍)作為原料經(jīng)原料分析、氧化鐵變價(jià)處理、干粉配料、濕磨混合、預(yù)壓成型、燒結(jié)和粉碎球磨而制備硬磁鐵氧體材料作為終端產(chǎn)品的方法。既是有效的對煉鋼紅龍治理的方法，又是利用低價(jià)的平爐塵為原料的硬磁鐵氧鐵生產(chǎn)方法。該方法簡單易行，可就地取材就地加工，無二次污染(運(yùn)輸中)，無腐蝕的方法，產(chǎn)品市場廣闊，是非常有工業(yè)推廣價(jià)值的理想方法。
文檔編號C10G49/06GK1055131SQ9010167
公開日1991年10月9日 申請日期1990年3月29日 優(yōu)先權(quán)日1990年3月29日
發(fā)明者張永祥, 崔廣仁, 姜恩永 申請人:天津大學(xué)