專利名稱：：用芒硝直接燃燒法冶煉硅鐵工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明的用芒硝直接燃燒法冶煉硅鐵工藝涉及硅鐵及其多元合金的新型生產(chǎn)工藝。目前，工業(yè)上冶煉硅鐵及其多元合金的生產(chǎn)工藝均為電解冶煉法，即將石英石和鐵屑按一定比例投入硅鐵電解爐內(nèi)，經(jīng)1800℃的高溫電解化合而成，每生產(chǎn)一噸硅鐵成品耗電量高達4000度以上。該生產(chǎn)工藝設(shè)備投資大，耗電量多，只能大工業(yè)生產(chǎn)，不能土法上馬。本發(fā)明的目的是提出一種用芒硝(Na2SO4)或硅酸鈉(Na2SiO3)為主原料，以煤炭、重油或天然氣為燃料，在特制冶煉爐中直接燃燒，加熱反應(yīng)，生成硅鐵及其多元合金的新工藝。本發(fā)明的原理基于申請人發(fā)明的《用芒硝生產(chǎn)硅酸鈉的生產(chǎn)工藝》專利技術(shù)(專利申請?zhí)枮?0100416.2)，是用芒硝、石英砂和碳混合，在1400℃高溫下共熔，可以生成國標一類或二類固體硅酸鈉;硅酸鈉是氧化鈉和二氧化硅的化合物，含二氧化硅75～80%，含氧化鈉17%，熔態(tài)的二氧化硅在碳和氧化鈉的作用下生成偏硅酸鈉或被碳還原成硅，這項專利技術(shù)的生產(chǎn)實踐證明了熔點為1713℃的二氧化硅，在碳的作用下只需1380℃即能夠迅速熔融的重要事實。據(jù)此，我們可以從降低二氧化硅的熔點著手，把硅還原出來，直接與鐵化合即可生成硅鐵，無需用電解法產(chǎn)生1713℃的高溫去熔融二氧化硅，只需用在特制的冶煉爐中1380℃的溫度即可熔融熔點為1713℃的二氧化硅，這就是本發(fā)明的可貴之處。即可在1400℃的高溫下用芒硝直接燃燒法冶煉硅鐵及其多元合金。降低石英熔點的測試見下表</tables>該表數(shù)字表明熔點為1713℃的二氧化硅，在本工藝實驗條件下，可在1380℃溫度條件下熔融。在此基礎(chǔ)上，我們曾用新疆石英砂采用芒硝生產(chǎn)了SiO2含量為77.5%、模數(shù)為4.2的硅酸鈉，并進一步按國標70～80號硅鐵配料使用4.2模數(shù)的固體硫酸鈉，在1400℃高溫下反應(yīng)生成含鐵24%;含硅72%;含少量碳酸鈉(Na2CO3)和少量硫化物的“75”號硅鐵產(chǎn)品。本發(fā)明的用芒硝直接燃燒法冶煉硅鐵工藝將芒硝(Na2SO4)，二氧化硅(SiO2)，鐵(Fe)，炭(C)，錳(Mn)等物質(zhì)在高溫下共熔生成硅鐵合金，是基于物質(zhì)在高溫下進行氧化還原反應(yīng)，即以外力(溫度)，促成物質(zhì)原子最外層電子轉(zhuǎn)移躍迂，從而促成元素性質(zhì)的改變，即產(chǎn)生了新的化合物和單質(zhì);從生產(chǎn)工藝上講，是采用煤炭直接燃燒技術(shù)實現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定的高溫。在冶煉爐中用一步燃燒法和硅酸鈉法冶煉硅鐵及多元合金的化學方程式如下一.芒硝一步法二.硅酸鈉法上述兩組方程式的反應(yīng)生成過程比較復雜，簡單敘述是對熱穩(wěn)定的物質(zhì)無水芒硝在與碳共熱時具有氧化性，硫酸根在高溫中被分解并在一定條件下被還原成金屬硫化物，如碳在催化條件和1420℃的高溫作用下，硫酸根被徹底分解被生成二氧化硫氣體，并得到氧化鈉，在同一反應(yīng)過程中，氧化鈉作用于SiO2化合為硅酸鈉熔態(tài)物，并進一步在碳作用下裂解，同時作用于陽離子的鐵(Fe2)，使其與硅化合為硅鐵及其合金元素。本發(fā)明的應(yīng)用實例如下附圖是加熱反應(yīng)冶煉爐附圖。1.燃燒室;2.反應(yīng)室;3.儲熱室;4.蓄熱除硫室，其反應(yīng)室爐池呈橢圓型池柱。其儲料室爐池呈圓型池柱。畜熱除硫池和地下煙道、水封煙道綜合起來為本爐的除硫裝置，分別實現(xiàn)的重力沉降、蒸汽過濾、水解等對二氧化硫氣體的處理工序。本發(fā)明的工藝流程配料→分批加料→加熱反應(yīng)→出爐及產(chǎn)品檢驗出廠配料后的分批加料和加熱反應(yīng)工藝基本在反應(yīng)室內(nèi)完成，如需冶煉多元合金可在仍然保持1420℃高溫的儲料室中進行，即根據(jù)生產(chǎn)需求按量加入合金品種所需要的金屬元素，在儲熱室內(nèi)進行冶煉，儲熱室料缸必須保持20公分料位，可定時定量出料，當出料后，必須清理出料門并堵好出料口。本發(fā)明的工藝配料計算(一)關(guān)于用芒硝和生產(chǎn)硅酸鈉配方計算可參照專利申請《用芒硝生產(chǎn)硅酸鈉工藝》。(二)Na2SiO3生成值批料量計算1.Na2SiO3生成值批量料＝批料總加量-(總加量×30(常數(shù)))/100例70Kg(Na2SiO3生成量)＝100Kg-(100×30)/100＝70Kg2.硅酸鈉批料量含二氧化硅量計算批料量含SiO2總量＝Na2SiO3批料量×(模數(shù)中SiO2值×2.5(常數(shù)))/100例查表或檢測Na2SiO3中SiO2%值為28%設(shè)Na2SiO3;批量為100Kg即SiO2總量＝100Kg×(28×2.5)/100＝70Kg3.鐵配量計算例批料鐵配量＝(70Kg×0.22)/78×100＝19.74Kg4.碳配量計算批料碳量＝(鐵配量×碳原子量)/(鐵原子量×焦炭碳含量)＝(19.7×12)/(56×0.82)＝5.15Kg批料碳量＝(Na2SiO3量×碳原子量)/(Na2SiO3量×碳含量)＝(100Kg×12)/(124×0.82)＝11.8Kg(12Kg)碳總配量＝5.51Kg+11.8Kg＝16.95Kg附上列各式物料加量必須加入常數(shù)方為實際加料量。本工藝對燃料的選擇本發(fā)明是采用直接燃燒加熱給生產(chǎn)提供熱量，以保障反應(yīng)溫度持續(xù)穩(wěn)定在1420℃以上，因此要求1.7000千卡/小時公斤工業(yè)用煤，揮發(fā)份在20%以上，含硫量不超過1%;2.亦可采用重油噴射燃燒或可燃氣體為燃料。五.本發(fā)明的專用爐型類似球性多拱式爐，分燃燒室、反應(yīng)室、儲料室、蓄熱除硫室四大部分，其中反應(yīng)室室頂為圓拱形，室壁為橢圓柱形，其上部設(shè)加料口，自動卸料斗，電動行車，其儲熱室上部設(shè)加料口，其室壁為圓柱形，整個爐體必須采用國標一等高鋁、鎂、鉻和剛玉耐火材料，磚型及規(guī)格按設(shè)計圖紙加工制作。該工藝與傳統(tǒng)硅鐵生產(chǎn)工藝相比能顯著提高經(jīng)濟效益和社會效益。權(quán)利要求1.一種用芒硝直接燃燒法冶煉硅鐵工藝，采用芒硝(NaSO4)、石英砂(SiO2)為原料或者直接采用固體硅酸鈉為原料與鐵、錳等金屬或非金屬在特制的冶煉爐中高溫熔融生產(chǎn)硅鐵及多元合金，其特征是在球型多拱式冶煉爐內(nèi)，采用燃煤、燃油、燃氣等直接燃燒加熱技術(shù)，使爐內(nèi)持續(xù)而穩(wěn)定地保持在1420℃～1430℃的反應(yīng)溫度；主含量在95%以上的國標產(chǎn)品無水芒硝(Na2SO4)，細度要求達到40目，SiO2含量在98%以上的石英砂，以及固定碳含量為75～85%，含硫量不超過1%的焦碳、蘭碳、無煙煤和符合國標質(zhì)量的固體硅酸鈉(Na2SiO3)、鐵(Fe)、錳(Mn)、鋁(Al)的主含量均應(yīng)在95%以上；作為燃料的工業(yè)標準煤炭的發(fā)熱量為7000千卡/公斤小時，揮發(fā)份在20%以上，也可采用重油或工業(yè)天然氣為燃料種類，其特制冶煉爐內(nèi)設(shè)置蓄熱除硫室，重力沉降室等除硫裝置。2.如權(quán)利要求1所述的用芒硝直接燃燒法冶煉硅鐵工藝，其特征是所述冶煉爐分燃燒室、反應(yīng)室、儲熱室及蓄熱除硫室;3.如權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述的用芒硝直接燃燒法冶煉硅鐵工藝的冶煉爐，其特征是其反應(yīng)室爐池呈橢圓柱形，其儲料室爐池呈圓柱形池;4.如權(quán)利要求1所述的用芒硝直接燃燒法冶煉硅鐵工藝，其特征是原料即可采用芒硝一步冶煉硅鐵及多元合金，亦可采用硅酸鈉直接冶煉硅鐵及其合金;5.如權(quán)利要求1所述的用芒硝直接燃燒法冶煉硅鐵工藝，其特征是有關(guān)配料的計算如下a.Na2SiO3生成值批量料＝批料總加量-(總加量×30(常數(shù)))/100b.批料量含SiO2總量＝Na2SiO3批料量×(模數(shù)中SiO2值×2.5(常數(shù)))/100d.批料碳配量＝(鐵配量×碳原子量)/(鐵原子量×焦炭碳含量)+(Na2SiO3量×碳原子量)/(Na2SiO3量×碳含量)6.如權(quán)利要求1所述的用芒硝直接燃燒法冶煉硅鐵工藝，其特征是選用發(fā)熱量為7000千卡/千克小時，揮發(fā)份在20%以上，含硫量不超過1%的工業(yè)用煤。全文摘要本發(fā)明的用芒硝直接燃燒法冶煉硅鐵工藝克服了傳統(tǒng)的電解法生產(chǎn)硅鐵及多元合金，因大量耗電而造成生產(chǎn)成本高，設(shè)備投資大的弊端，提出了用芒硝(Na文檔編號C22C38/02GK1058620SQ9110475公開日1992年2月12日申請日期1991年7月14日優(yōu)先權(quán)日1991年7月14日發(fā)明者馮中一申請人:馮中一