铁合金 稀土硅铁合金

铁合金

——稀土硅铁合金

稀土硅铁合金

摘要：介绍了稀土硅铁的基本知识，比较了其与普通硅铁的区别，简述了我国稀土硅铁合金的生产现状，讨论了稀土硅铁合金的冶炼方法，研究了稀土硅铁合金的工艺及反应机理，并对我国稀土硅铁合金的前景进行了长远展望。

关键词：稀土硅铁合金冶炼工艺机理发展历史

稀土硅铁合金是我国传统的稀土应用主产品之一，主要用于球墨铸铁和钢铁冶炼，年均稀土消耗量为4800t～5200t（以氧化物计算），占国内稀土应用量的1/3以上。“八五”期间我国稀土硅铁合金产量年平均1.2万t左右，其中出口0.43万t～0.5万t，对我国稀土应用举足轻重。就年均生产能力而言，我国已超过10万t，但实际生产能力超过3000t的厂家不多。使用的主要形式是通过稀土硅铁中间合金进行中间转换(如配制稀土镁硅铁合金等)，或用于稀土钢。“九五’期间，我国稀土铸铁产量每年都有不同程度增长。随着改革开放步伐加快，稀土硅铁合金及延伸产品出口亦有一定增长，因而刺激了稀土硅铁合金生产能力迅速增大。到“九五”末，稀土硅铁合金生产厂家已由“七五”期间的10余家猛增至40余家，生产能力远远超过100 000 t。其中年产稀土硅铁合金能力较大的(实际年产2 000～3 000 t)不足5家，其它均在200～1 000t之间。“九五”期间，国内每年消耗稀土硅铁合金平均在(1．2～1．3)×104 t，出口5 000～6 000t。在铸铁行业中的应用举足轻重，若开发利用得当，亦可以大大促进这一行业走向国际市场，为我国稀土工业发展做出更大的贡献。

一、稀土硅铁基本知识及与硅铁的区别

1.稀土硅铁合金基本认识

稀土硅铁合金是由硅铁、稀土、钙、生铁或废钢等按一定比例配料经高温熔融而成的合金。稀土硅铁合金的生产是在矿热炉中进行，耗电量大，也可以使用中频炉生产。稀土硅铁合金一般含稀土17%－37%，Si35%－46%，Mn5%－8%，Ca5%－8%，Ti6%，其余为铁。合金为银灰色，熔点为1473－1573K。稀土硅铁合

金可以用于铸钢铸铁，有较强脱氧、脱硫的效果；也是生产球化剂、蠕化剂、孕育剂的基础材料；还在生产钢、铁中作添加剂、合金剂。

2.硅铁基本认识

硅铁是以焦炭、钢屑、石英(或硅石)为原料，用电炉冶炼制成的。硅和氧很容易化合成二氧化硅。所以硅铁常用于炼钢作脱氧剂，同时由于SiO2生成时放出大量的热，在脱氧同时，可提高钢水温度降底练钢的能原消耗。硅铁作为金元素加入剂，广泛用于低合金结构钢、合结钢、弹簧钢、轴承钢、耐热钢及电工硅钢之中，常用来制造单晶硅或配制有色金属合金。硅铁在钢工业、铸造工业及其他工业生产中被广泛应用。

二、我国稀土硅铁合金发展历史

我国是世界上最早用硅热法生产RE-Si-Fe合金的国家，20世纪50年代末中科院上海冶金研究所采用硅热法，在有铁参加反应的情况下，还原包钢的高炉渣，制备RE-Si-Fe合金获得成功，在此基础上于20世纪60年代初进行了工业试验，进而于20世纪70年代初建立了包钢有色一厂。由此开始合金冶炼产业技术发展，主要是为了提高冶炼回收率、合金中稀土品位、防止合金粉化以及降低能耗，提高合金冶炼效率。解决这些问题的关键是提高稀土原料的品位，减少磷含量，控制RE-Si-Fe合金中的硅含量以及合理调整冶炼工艺参数如渣铁比、自由碱度，保持炉内的还原气氛和适宜的出炉温度，为此在近30多年中，发展了三相电炉硅铁还原冶炼包头中贫铁矿高炉脱磷、铁的稀土富渣（RE2O3>10%、

Fe<2%、不含磷）工艺技术，解决了合金粉化问题，但这种富渣中稀土含量低，致使稀土收率低（约60%）、单耗高、产率低。在20世纪80年代进一步发展了三相电炉冶炼中品位稀土精矿（含RE2O3>30%）经脱铁、磷的高品位稀土富渣（含RE2O3>30%，P<0.1%）显著提高了技术经济指标，稀土回收率达到70%以上，设备利用率提高近一倍，但综合能耗仍较高。

改革开放以来，稀土硅铁合金国内外两个市场需求旺盛，促进了合金冶炼工艺技术迅速发展，相继开发了用山东微山和四川的氟碳铈矿精矿（RE2O3约40%）电炉直接硅铁还原冶炼稀土精矿生产稀土硅铁合金，采用两段还原，使冶炼稀土回收率达到90%，冶炼电耗降至2000kWh以下，并且钛含量（以TiO2计）小于0.3%，达到了出口要求；20世纪90年代还发展了高品位稀土精矿（RE2O3≥60%）

直接矿热炉碳热还原冶炼稀土硅铁合金工艺技术，进一步提高了冶炼的技术经济指标。综上所述合金冶炼的技术发展都与不断提高稀土原料的品位密切相关，表4列出了生产稀土硅铁合金稀土原料的成分和工艺技术进展。20世纪70年代初在江西龙南县发现了钇组稀土离子吸附型稀土矿并生产出RE2O3>92%的混合稀土，其中Y2O3含量大于60%。北京有色金属研究总院用硅铁和碳化钙作为还原剂在电弧炉中还原制得钇组重稀土合金，稀土回收率大于80%，该合金用于厚大断面球铁件生产。

生产稀土硅铁合金的原料及工艺技术进展表

20世纪年代稀土原料成分（%）/工

艺设备

REO CaO SiO2 TiO2 P2O5 TFe

稀土收率

（%）

60～70年代5t电炉硅铁还原中贫铁

矿稀土富渣

12～

15

38～

42

20～

23

0.8～

1.2

痕量

约为

1

约为60 0.5t电炉硅铁、CaC2还

原钇组稀土氧化物

>92 <3 <4 微量>80

80年代5t电炉硅铁还原硅铁稀

土富渣和中品位稀土精

矿混合炉料

>30 <20

<1～

3

0.1～

0.3

>4 6-12 <65

5t电炉硅铁还原包头、

四川、微山稀土精矿混

合炉料

>30 >75

90年代5t电炉硅铁还原中品位

冕宁稀土精矿

35～

45

3～8

5～

10

<0.2 <0.2 <4

>70和

90(2段还

原) 矿热炉碳热还高品位冕

宁稀土精矿

>60 >2

～

0.7

<0.2

～

0.8

<1 >75

三、稀土硅铁合金冶炼工艺

稀土硅铁合金广泛应用于钢铁工业，一般约占我国稀土总消耗量的30％左右制取稀土硅铁合金的方法从原理上可分为硅热法、碳热法、熔盐电解法、熔兑法等，但只有硅热法和碳热法实现了大规模的工业化生产．下面我们就包头稀土硅铁合金为代表来介绍。