铝硅合金热法炼镁的研究

1、铝硅合金热法炼镁的研究铝硅合金热法炼镁的研究张晓明、姚广春、郭清富、张东峰、柳晓梅（东北大学辽 宁沈阳1 1 0 0 0 6 ）摘要：介绍了以铝硅合金作还原剂的热法炼镁实验室试验结果。试验是利用每次加炉料9 0 g的小还原罐进行的。为了对比，还进行了以硅铁作还 原剂的热法炼镁试验。试验结果表明，以铝硅合金作为还原剂炼镁可以提高镁的还原率 1 0%2 0%,缩短反应时间左右，降低反应温度约4 0c。关键词：铝硅合金白云石热法炼镁为了提高镁的还原率，降低反应温度，舒勇华等（1 ）曾研究了用铝粉为还原剂的热法炼镁，有的工厂还进行过在硅铁中添加铝粉，作 还原剂的热法炼镁的试验，都取得了较好的效果。由于

2、铝粉的价格较高以及其它方面的 原因，这些试验研究结果尚没有在工业上应用。我们进行了以电热法生产的粗铝硅合金 作还原剂的热法炼镁的实验室试验，取得了较好的试 验结果。电热法牛产的粗铝硅合 金在成分上，与用铝粉和硅粉混合成的复合述原剂相似，但是在性能上却不同。在铝硅 合金中，铝是以a 1 s i共熔体存在，在反应时，铝、硅全部呈液态，可以同时还原氧化镁。而在铝粉与硅铁粉混合成的复合还原剂屮，铝、硅单独存在。反应时，铝粉活泼， 先与氧化镁反应，且在较低的温度下即反应；而硅活性差，后反应，并且需要较高的反 应温度。电热法生产的粗铝硅合金，当铝含量在55%以下时，较脆，容易磨粉。本试 验将含铝44.55

3、% ,含硅41.23%的粗铝硅合金，用小球磨机磨成全部过80目的粉。 由于铝以a 1 s i共熔体 存在，铝的活性降低，在磨粉过程中没有发现磨料温度升高， 没有发现着火现象。如果电热生产的 粗铝硅合金，在出炉后淋水急骤冷却，可以碎裂 成细小颗粒，磨粉更方便。1试验方法11原料本试验采用的原料为白云石、菱镁矿、在1 1 5 0 °c下锻烧4 0分钟。 锻后口云石、菱镁矿、铝硅合金、硅铁全部磨成小于8 0目粒度的粉。各种原料的化学 成分如下：锻后白云石:mgo39.51%, cao58.12%, ai2o30.16%, si022.21%o 苛 性菱镁矿:mgo98%, cao1%, s

4、io21%o 铝硅合金:ai44.55%, si41.23%, fe9.23 %。硅铁合金：si71.4%o在以铝硅合金为还原剂的炼镁试验中，添加mgo,原料为锻 后白云石，苛性菱镁矿、铝硅合金。在以硅铁为述原剂的炼镁试验中，添加氧化钙，原 料为 锻后口云石、氧化钙、硅铁和萤石。12配料以铝硅合金为还原剂的炼镁试验的炉料成分见表1。以硅铁合金为还原剂的炼镁试验的炉料成分见表2。为了加速反应，添加萤石（caf2）o表1铝硅合金热法炼镁试验的炉料成分，%配料1配料2配料3锻后白云石7 6 3 1 7 5 8 5 7 5 5 1苛性菱镁矿 7 2 4 7 2 0 7 1 7铝硅合金16 4 5 1

5、6 9 5 1 7 32表2铝铁合金 热法炼镁试验的炉料成分，配料1配料2配料3锻后白云石8 24 7 8 14 7 805 0硅铁合金155 3 1 56 6 1 57 8氧化钙08 6 17 2萤石20 0 20 0 20 0 1 . 3制团将各种原料混合均匀后，在制团机上压制成0 2omm的棒状团块。对制好的团块，再用天平准确称取9 0 g,作为每次试验的炉料。 14还原反应将称量好的团块料装入不锈钢还原罐中，抽真空。当炉温达到一定温 度后，把还原罐放入电炉中，调整炉温到设定温度，达到反应时间后取出还原罐冷却， 然后取出结晶器，称重镁量。2试验结果2 . 1以铝硅合金为述原剂的试验结果我

6、们 选用l9 (34)正交表安排试验，各因子水平列在表3中。表3因子水平表因子 水 平a.还原温度°cb.还原时间h c.制团压力mp a d.铝硅合金过量系数，% 1 1 1 0 0 2020-321 140252503118030 3 0 + 3 试验及数据处理结果列在表4中。由表4中的极差分析结果可以看出，影响金属镁还原率的各 因素主次顺序依次为述原温度、还原 时间、述原剂(铝硅合金)过量系数、制团压力。 由表4中的数据总结岀各因素与镁还原率的关系曲线绘示在图1中。表4试验及数据 处理结果序号水平组合试验条件还原温度，°c还原时间，h制 团压力，mp a铝硅粉 过量系

7、数，镁还原率料镁比1a2e2c3d2114025 3 0 3 7 947 5662a2b3c2d31 140325-3845 9 52 6 3 a 2 b 1c 1d111402200711 5 6294a1b2c2d11100252 5 0 7 01 66385a1b3c1d21 1003203782 2 5756a1b1c3d31100230-370996277a3b2c1d30 25 2 0 - 3 8 26 2 53 9 8a 3b3c3d111807 i ii8 4 5349a3b1c2d21 1 8022538 37 2 5iii 2 352 1 2 1 93 7 2 5 01 8

8、 2 3 22 5 2 4 66 5 223 0 2 3 84 7 2 3 19 9 2 4 14 1 2 3 82 0 2 2 5k 2 k 3 7 84 0 7 31 2 8 33 9 7 74 2 8 22 2 7 51 0 7 949 7 73 3 8 04 7 7 94 0 7 50 5 r 1 0221 6 54 2由图1可以看出，本试验的最高镁还原率条件为a 3 b 3 c 2 d 3,即，还原温度为1 1 8 0°c，还原时间 为3小时，制团压力为2 5 mp a ,还原剂过量系数为+3%。按此条件做试验，结果为镁的还原率8 94 7 %,料镁比达到50 3 o由图1

9、还可以看出，当还原温度为1 1 4 0°c时，镁还原 率为7 8%左右，可以满足要求；当反应吋间在2小吋25小吋内，镁的还原率随吋间延长提高较快，超过25小时后，镁还原率随时间延长提高幅度较小。反应时间为25小时，镁还原率已达到7 8 %左右，再延长05小时，镁的述原率只提高2 %左右。因此，反应时间为25小进就可以满足生产要求。由镁还原率与铝硅合金过量系数关系曲线可知，在过量系数为0+3 %z间，镁还原率增加的幅度较小，仅为1 %左右。 由此分析得出适合工业生产的条件为a 2 b 2 c 3 d 2,即，还原温度为1 1 4 0 °c, 还原时间为25小时，制团压力为2

10、5mp a,还原剂过量系数为0。在这样条件下，镁的述原率可达到7 5 %8 0 %。图1温度、时间、制团压力、过量系数与镁 还原率关系2. 2以硅铁为还原剂的试验结果以硅铁合金为还原剂，对此试验的条件和 试验结果列在表5屮。由表5中的数据可知，在试验条件为还原温度1 1 8 (tc,还原 吋间3小 吋，制团压力3 0 mp a ,镁的还原率为6 86 3 %7 45 9 %，比用铝硅合金作还原剂时降低1 0 %2 0 %。料镁比为62 868 2 ,比用铝硅合金作述原剂时大115。表5以硅铁合金为还原剂的试骑结果序号试骑条件还原温度°c还原时间h制团压力mp a硅过量系数镁还原率料镁

11、比1 118 0 3030-26863682211803030-1693265931 1 8 0 3 0 3 0 0 7 0 5 6 6 5 2 4 1 1 8 0 3 0 3 0 + 1 7 23 4 64 3 5 1 1 8 0 3 0 3 0 + 2 7 4 5 9 6 2 8 3讨论试验结果表明，用铝硅合 金作 还原剂，镁还原率最高的条件为述原温度1 1 8 0°c,述原时间3小时，制团压 力2 5mp a,还 原剂过量系数为3%。然而当还原温度为1 1 4 0c,还原时间为2 5小时，镁的还原率也可达 到7 5 %8 0%,比用硅铁做还原剂时高。还原温度的降低，不但能够降低

12、能耗，而且可以延长还原罐的使用寿命。试验结果表明，当 还原反应温度为1 1 4 时，镁还原率己达到7 8 %左右，比用硅铁作还原剂时高 得多。还原时间的缩短，即可以节约能源，提高还原罐的利用率，又可提 高生产率。 试验中发现，还原时间从2小时增加到25小时，镁的还原率增大7%,而从25小时到3小时，镁还原率仅提高2 %左右，这表明在2 5小时以后，还原反应速度较 慢。在25小吋还原率已达到7 8 %左右。再延长吋间意义不大，可能原材料、设备和能源的消耗超过多产镁的经济利益。还原时间为25小时，比用硅铁作还原剂时缩短05小时，生产上还原周期可 减少左右。制团压力为2 5mp a为佳。压力 太大，

13、透气性差，增加镁蒸气逸出阻力，因而降低还 原反应速度。本试验采用的铝硅 合金中含铁量高些（9 2 3 %）,若含铁量低些（最好达到2 %以下），试验效果 会更好。4结论a用铝硅合金作还原剂炼镁，比用硅铁作还原剂，显著提高镁还原 率（1 0%2 0 %） o b制团压力为2 5 mp a为宜，比用硅铁作还原剂时的制团 压力低。c述原温度为1 1 4 0 °c左右即可，比用硅铁作还原剂时可降低4 0°c左 右。降低温度既可以降低能耗，又可以提高还原罐使用寿命。d.还原周期可以缩短 约五分z-o这对降低能耗，提高设备利用率，提高生产率都有利。参考文献1舒勇 华.东北大学硕士论文.

14、1 9 9 5 2徐日瑶.硅 热法炼镁理论及工艺学.中南工业大 学.1 9 8 1,1 2铝硅合金热法炼镁的研究张晓明姚广 春郭清富张东峰 柳晓梅$东北大学铝硅合金,白云石，热法炼镁介绍了以铝硅合金作还原剂的热法炼镁实 验室试验结果。试验是利用每次加炉料9 0 g的小还原罐进行的。为了对比，还进行了 以硅铁作还原剂的热法炼镁试验。试验结果表明，以铝硅合金作为还原剂炼镁可以提高 镁的还原率1 0 %2 0 %,缩短反应吋间左右，降低反应温度约4 0 °c。1舒勇华. 东北大学硕士论文.1 9 9 5 2徐日瑶.硅热法炼镁理论及工艺学.中南工业大学.1 9 8 1, 1 2 4 2 8 2 2 2 7 5 2 9 7 8 1 0 7 9 4 9 7 7 3 3 8 04 7 7 9 4 0 7