[发明专利]利用煤矸石冶炼硅铝合金的方法

说明书

本发明涉及一种合金冶炼技术，适用于Si-Al合金的冶炼。

Al是最强的脱氧剂。以金属铝加入钢中脱氧，回收率低，消耗大;但以Al合金加入钢中脱氧，它可使铝的脱氧能力提高30～60%，节约大量的纯Al。因此，研制Al合金有较高的使用价值。

五十年代西欧某些国家（如苏联）用含Al₂O₃较高的不同原料，如铝矾土、铝代硅酸盐，在矿热炉中冶炼Al合金;七十年代，我国也利用含SiO₂、Al₂O₃较高的不同原料，在小高炉（试验炉）、矿热炉中冶炼Al合金，因冶炼工艺难度大，没有合理的操作制度，渣粘稠，迫使试验未能进行下去。当前，在国内外金属Al非常紧缺，需求矛盾严重的情况下，研制Al合金，可代用部份金属Al是当务之急。

我国煤炭资源丰富，煤矸石贮存及开采量在10亿吨，对煤炭工业来说，煤矸石是一大祸害，它成年堆积如山，既占用土地，又严重污染着环境。因煤矸石中含有一定成份的SiO₂、Al₂O₃和C固，人们多少年来一直寻找一种利用廉价的煤矸石作为铝合金原料的冶炼方法，变祸为福，变废为宝;但是，长期以来一直没有很好的利用和解决。

本发明的目的：旨在根据国内资源情况，开拓一条综合利用煤矸石的新途径，将煤矸石作原料冶炼铝合金，节约纯铝，解决国内金属铝短缺的问题，消除煤矸石的祸害，治理环境。

本发明是在选取合理的电气参数和炉子参数的3200KVA矿热炉上进行试验，将含SiO₂45～60%，Al₂O₃25～37%，C固 15～20%的煤矸石置于矿热炉中，因熔点低（熔点在1350～1420℃）而快速熔化，直接利用煤矸石中C固和补充的碳还原Si、Al、Fe，SiO₂还原率达90～95%，Al₂O₃还原率达40～50%，得到的合金成份（重量百分比）：Si 45～51.0%，Al 10～12.6%，Fe 20～23.0%;当采用分层法冶炼时，Al达15～20%。选择合理的渣系（CaO+BaO）∶SiO₂∶CaF₂为（0.8～1.0）∶（0.7～1.0）∶（0.3～0.4）及采用先造成R＝0.4～0.5，后调整R＝0.8～1.0的造渣制度，对炉况的顺行和出炉起很重要的作用。

用煤矸石冶炼Si-Al合金具有以下几个特点：

①因煤矸石是天然的SiO₂、Al₂O₃、C形成的固体原料，如同天然的球团矿，不需设置制作球团的工序;

②因煤矸石是天然的Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃、CaO、C…互溶形成的固体原料，它的熔点要比单纯的SiO₂、Al₂O₃熔点低得多，熔化速度很快;

③因煤矸石中含有15～20%C，SiO₂+C、Al₂O₂+C要比单纯加SiO₂+C、Al₂O₃+C中的C利用率高，可节约还原剂;

④煤矸石的SiO₂+C、Al₂O₃+C…还原温度要比用单纯的SiO₂+C、Al₂O₃+C还原温度低得多;

⑤煤矸石中的SiO₂+C、Al₂O₃+C的接触反应面，要比单纯用SiO₂+C、Al₂O₃+C制成的球团的接触反应面大，更比单纯用SiO₂+C、Al₂O₂+C的接触反应面大得多。

⑥冶炼中得到的铝硅酸盐炉渣，可做为水泥原料及陶瓷的原料。

实施例：

选用某地区的煤矸石，其成份为SiO₂45～60%、Al₂O₃25～37%、C固15～20%，在3200KVA的矿热炉中冶炼。选取了合理二次电压76V，电极深度0.9～1.0M，炉子参数，采用分层加料的操作工艺，选择了（CaO+BaO）∶SiO₂∶CaF₂为1∶1∶0.3的渣系，渣流动性很好，炉况顺行，制得的合金成份：Si 51%，Al 12.6%，Fe 23.0%;SiO₂还原率为95%，Al₂O₃达50%左右。因渣流动性好，对冶炼的进行和出炉的畅通，起很重要的作用。