一种使用预制硼焦的碳热法生产硼铁工艺制造技术

本发明专利技术是一种使用预制硼焦的碳热法生产硼铁工艺，它加热由氧化硼或硼酸和木炭组成的混合原料，产生作为冶炼原料的硼焦，硼焦破碎后，与铁屑或氧化铁，木炭和碳水化合物类的炉料疏松剂混合加入到电炉中，经过一段时间的熔炼后，生产出所需的硼铁，使用本发明专利技术的工艺生产的低铝硼铁不仅能满足非晶态生产的要求，而且控制简便，原料要求范围宽，炉龄也大大延长，基本上消除了炉底上涨现象，适合大规模连续生产。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种预制硼焦的碳热法生产硼铁工艺，是生产低铝硼铁工艺上的一种改进方案，属于冶金行业中硼铁合金的制造领域。低铝硼铁合金是生产非晶态合金的重要硼原料，传统的铝热法生产工艺不能很好满足非晶态生产的要求，因为硼铁中不希望的铝杂质含量太高，而且生产成本昂贵。为降低生产成本，降低铝以及其他有害元素的含量，急需开发硼含量高而又廉价的硼铁制造工艺。八十年代后期，许多国家的铁合金企业和科研机构对这类工艺进行了大量的研究，其中的电炉碳热法工艺以其成本低，产品中铝含量低的特点尤为引人注目，成为开发的热点。碳热法冶炼硼铁，原料中的硼酸因熔点低(450℃)，在入炉加热时会发生熔化，从而与其他原料产生“分离”的现象，严重影响反应效果。针对该问题美国阿兰德公司(Allied co.)专利技术了预造球后加热烧结的原料处理方法(美国专利4486226、欧洲专利0146947)，其方法是将硼原料，铁或氧化铁，木炭或碳水化合物，以及作为造球粘结剂的糖混合造球后加热烧结，然后加入电炉中冶炼，据资料记载，产品含硼量为13.6-15.4%，硼回收率68-86%，它存在着硼含量不高，合金回收率不高的问题。1992年第五期《铁合金》杂志第43页《碳热法生产硼铁的最佳参数》一文介绍了用硼酸、氧化铁、木炭和木屑混合物在直流埋弧电炉内熔炼成硼铁的方案，其生产的合金含硼18-20%，硼回收率为95%，但它存在着炉龄短(2-3个月)，生产状态不稳定的问题。本专利技术的目的是设计一种生产硼铁工艺的方案，它能使产品具有高和稳定的硼含量，硼的回收率达到95%以上，又能在不增加工业成本的基础上提高工业生产的稳定性，延长炉龄。碳热法冶炼硼铁普遍存在以下问题(1)“分离”现象。因为硼酸熔点低(450℃)，冶炼受热首先熔化，从炉料中分离出来，破坏了反应物的均匀性，使硼含量、回收率都受到影响;(2)炉料缺乏适当的疏松性。炉料过于疏松，会使大量硼蒸汽逃逸到烟道中，大大降低反应区有硼分压，使含硼量和硼的回收率下降;反之，炉料疏松度不够，反应生成CO气体不能顺利排除，使反应受到抑制，也同样影响生产效果;(3)炉底上涨快。这主要是反应中过剩炭的堆积造成的。为了解决以上问题，本专利技术采取了如下措施(1)首先将硼的氧化物或硼酸与碳载体的一部分混合在回转炉中加热烧结，烧结后产物经破碎后即可得到疏松的、多孔的中间炉料…硼焦。由于硼焦中硼的氧化物与碳载体均匀结合，可以避免“分离”现象，并改善了炉料的均匀性，有助于防止碳的局部过剩而造成炉底上涨;(2)以硼焦、铁屑和碳载体混合料加入炉内，比例按化学反应量计算，(加以实际工艺修正)，其中碳载体量的30-40%(重量比)选用了具有合适疏松性质的碳水化合物，最好的是稻壳或粒度为1-3mm的锯木屑，其余碳载体最好是木炭。将炉料高度保持在500-1000mm范围(视炉子功率大小，一般为1000KVA-3000KVA)，经高温冶炼后定期打开炉眼，就可以获得含硼量在20-23%(重量比)的硼铁，由于原料中不带有铝，合金中铝杂质元素浓度可以控制在0.05%(重量比)以下，回收率也明显提高，在安装炉气外逸氧化硼回收装置后，整个工艺中硼的利用可达95%以上。附图说明图1是本专利技术的工艺流程示意图。结合附图将本专利技术的工艺具体描述如下将硼的氧化物或硼酸(1)与碳载体最好是木炭(2)(木炭的尺寸在10-30mm之间)混合后加热烧结，烧结在回转窑(7)中完成，料床温度在450-800℃之间，调整回转窑转速既使烧结彻底，又保证木炭烧损量为最少，一般为每分钟1-2周，烧结时间3-10分钟。烧结后产物是由B2O3和木炭结合成的疏松多孔状物体，冷却至室温破碎成50-100mm大小的碎块即成硼焦(3)。烧结硼焦时硼原料(1)与木炭(2)的配料比例是3∶1至6∶1，该比例可以实现木炭与B2O3最均匀的结合，而不需添加其它的粘合剂如糖浆等。铁屑(4)、硼焦(3)、碳载体最好是木炭(5)与炉料疏松剂最好是稻壳或粒度为1-3mm的锯木屑(6)，混合加入到埋弧电炉或电弧炉(8)的反应区(9)中，加热到1600℃左右，发生了如下反应当反应生成的含硼的气体上升到疏松的炉料中遇到熔融的铁水时，就会被铁水吸收而形成硼铁。从上式反应可知，反应生成的CO气的顺利排出有助于反应平衡向正方向进行，有助于加大反应区的硼分压，从而提高硼铁的含硼量，因此应使炉料保持疏松，透气性好。另一方面炉料又须有一定的气体渗透阻力以保持这种硼分压，并使硼蒸气能充分地被炉料中的铁水滴吸收，因此炉料还必须保证一定的厚度和多孔性的过滤性能。为此炉料中采用了碳水化合物类的疏松剂，最好采用稻壳或粒度为1-3mm的锯木屑，其比例占全部还原剂的30-40%，相应炉料层厚度控制在500-1000mm范围。加热时，该疏松剂也将被炭化，成为还原剂的一部分参加反应。经过一定时间的冶炼后，可以定期从炉口得到低铝硼铁。硼铁的含硼量达到20-23%(重量比)，铝含量低于0.05%(重量比)，综合回收率可达95%以上。使用本专利技术的工艺生产的低铝硼铁不仅能满足非晶态生产的要求，而且控制简便，原料要求范围宽，炉龄也大大延长，基本上消除了炉底上涨现象，适合大规模连续生产。以下给出实施本专利技术的两个例子，但本专利技术范围并不受此例限制。例一，将工业硼酸(含99%的H3BO3)与块度为10-20mm的小粒木炭以100∶20比例加入到回转窑中，回转窑转速为1.0周/分，料床温度500℃，烧结时间为5分钟，产生的烧结物经冷却后破碎成50-100mm的硼焦;将硼焦、铁屑、木炭、稻壳以100∶94∶21∶40比例混合，加入次序埋弧电炉中，保证料柱高度为650mm。控制每相电极的电流为7000A，经过8小时后，获得如下规格的硼铁(均为重量比)硼% 碳% 铝% 硫% 磷% 铁%22 2.20 0.03 <0.01 <0.02 其余例二，硼焦制法同例一，将硼焦、铁屑、木炭、锯屑以100∶94∶21∶40比例混合，加入到交流埋弧电炉中，使料柱高度为600mm。控制每相电极电流为7000A，经过8小时后，获得如下规格的硼铁(均为重量比)硼% 碳% 铝% 硫% 磷% 铁%20 0.25 0.03 <0.01 <0.02 其余以上两例冶炼回收率均在70%-86%之间，计再回收利用措施，综合回收率均在95%以上。权利要求1.一种碳热法冶炼硼铁的工艺，它是将硼酸、氧化铁、木炭和木屑混合加入电炉内熔炼成硼铁，本专利技术的特征在于(a).加热由氧化硼或硼酸和木炭组成的混合原料，经过一定时间后，产生作为冶炼原料的硼焦；(b).硼焦经破碎后，与铁屑或氧化铁，木炭和碳水化合物类的多孔性炉料疏松剂混合加入到电炉中，保持适当的料柱高度，经过一段时间的熔炼后，生产出所需的硼铁。2.根据权利要求1所述的碳热法冶炼硼铁的工艺，其特征在于硼焦的制造原料硼酸或氧化硼和木炭的配料比例在6∶1至3∶1之间，将原料在回转窖内混合加热，回转炉的加热温度为450℃至800℃。3.根据权利要求1所述的碳热法冶炼硼铁的工艺，其特征在于碳水化合物类的多孔性炉料疏松剂采用稻壳或粒度为1-3mm的锯木屑，炉料疏松剂用量占全部还本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳热法冶炼硼铁的工艺，它是将硼酸、氧化铁、木炭和木屑混合加入电炉内熔炼成硼铁，本专利技术的特征在于：（ａ）．加热由氧化硼或硼酸和木炭组成的混合原料，经过一定时间后，产生作为冶炼原料的硼焦；（ｂ）．硼焦经破碎后，与铁屑或氧化铁，木炭和碳水化合物类的多孔性炉料疏松剂混合加入到电炉中，保持适当的料柱高度，经过一段时间的熔炼后，生产出所需的硼铁。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：施允石，祖国文，贾宗生，
申请(专利权)人：辽阳铁合金厂，
类型：发明
国别省市：21[中国|辽宁]