本發明屬于稀土礦利用領域，具體涉及一種利用含鐵稀土原礦分離稀土然后冶煉稀土硅鐵合金的方法。
背景技術：
稀土硅鐵合金是鋼鐵生產中非常重要的添加劑，可以對煉鋼過程中進行脫氧、脫硫和稀土的添加，隨著高附加值鋼產量的逐年增加，對于稀土硅鐵合金的需求也在日益提高，并且對稀土硅鐵合金中的稀土含量也存在逐漸增加的需求。傳統的稀土硅鐵合金的冶煉一般采用礦熱法和碳熱法。工業生產比較多采用的是礦熱法，主要以石灰為溶劑，以硅鐵為還原劑來還原稀土礦，通過電爐加熱來生產稀土硅鐵合金。但是由于稀土礦中組成情況復雜，一般都是和其他金屬礦共生，其中我國北方的很多稀土礦都是稀土、鐵和鈮共生的礦床，如果采用常規的礦熱法，稀土原礦含有大量鐵氧化物和其它雜質，且在1700℃以上的環境下還原金屬鐵不僅會造成爐料運行不順，而且大幅增加礦熱爐的能耗，增加焦炭等還原劑量的手段則會給環境帶來很大負擔并且生產成本比較高。傳統的含鐵稀土原礦很難作為稀土硅鐵合金的原料進行冶煉。
轉底爐經過多年的發展，已經成為生產珠鐵、海綿鐵和金屬化球團的常用設備了，轉底爐作為處理復合稀土鐵礦設備具有低成本、環境友好度高等特點，但是轉底爐處理稀土礦的全流程工藝目前為止還沒有相關報道。
技術實現要素：
本發明的目的在于提出一種轉底爐分離生產稀土硅鐵合金的方法。
具體通過如下技術手段實現：
一種轉底爐分離生產稀土硅鐵合金的方法包括如下步驟：
(1)原料處理，原料采用含鐵稀土原礦和煤粉，先將所述含鐵稀土原礦和煤粉按照(8～9)∶(1～2)的重量份進行混合后加入到球磨機中進行球磨，將所述含鐵稀土原料和煤粉球磨到小于200目后出球磨機，然后再向混合粉料中加入混合粉料總質量1～3％的粘結劑、混合粉料總質量0.3～0.8％的添加劑以及混合粉料總質量5～9％的水后，在混料機中混勻；然后將混勻之后的混合粉料轉運到造球機中制成球團，烘干后得到混和球團；所述添加劑為CaO或Na2CO3或二者的混合物。
(2)轉底爐布料，在轉底爐的可轉動環形爐底上鋪設2～3mm的煤粉，然后將步驟(1)得到的混和球團通過進料機均勻放置于鋪設的煤粉上，同時再在鋪設好的混和球團頂端撒入混和球團總重量2～6％的煤粉。
所述轉底爐包括爐壁、爐頂和可轉動環形爐底，在所述爐壁上間隔安裝有有煤氣燒嘴和二次風噴嘴，并設置有弧形活動隔墻，所述弧形活動隔墻能夠沿著轉底爐軌道而在轉底爐的入料口和出料口之間移動，所述弧形活動隔墻沿著所述可轉動環形爐底的轉動方向上依次設置有預熱區、低溫還原區、高溫熔融區、均熱一區、均熱二區和冷卻區，在所述入料口設置有進料機，在所述出料口設置有出料機。
(3)轉底爐還原熔分，轉底爐的高溫熔融區的熔分溫度為1280～1390℃，還原熔分時間為20～35min，然后球團通過出料機排出轉底爐，經過冷卻、深度破碎和磁選步驟得到珠鐵和富稀土渣。
(4)二次制團，將步驟(3)得到的富稀土渣中加入水玻璃，調節其pH值為6～7，然后加入富稀土渣總質量20～28％的碳粉和22～28％的堿性粘結劑，然后在造球機中壓制成稀土球團。
(5)稀土硅鐵冶煉，將步驟(4)得到的稀土球團與硅石、煤粉按照質量比為1∶(1.2～1.5)∶(0.6～0.8)的比例一同加入到電爐中，然后再加入混合物總重量12～18％的鋼，然后電爐通電起弧加熱熔煉，熔煉溫度為1600～1680℃，熔煉時間控制為1.5～2.8小時，然后出爐澆鑄，得到稀土硅鐵合金。
作為優選，步驟(5)中，采用6300KV·A的電爐，電爐電壓設置為105～115V。
作為優選，所述轉底爐的所述冷卻區溫度為500～800℃。
作為優選，步驟(3)中得到的所述珠鐵入電弧爐煉鋼，得到的鋼作為步驟(5)中稀土硅鐵冶煉的原料。
作為優選，所述煤粉為固定碳含量為80～85％，灰分含量為6～12％的煤粉。
作為優選，步驟(4)中所述碳粉為C含量為78～85wt％的碳粉。
作為優選，所述粘結劑為膨潤土和/或豆粉。
作為優選，步驟(1)中，出混料機的混合物含水量為6.8～9％。
作為優選，步驟(1)中所述球磨的球料比為20～35∶1，球磨時間為12～25小時。
本發明的效果在于：
1，利用轉底爐直接還原的方法，含鐵稀土礦粉中的氧化物先被逐級還原出來，還原之后的單質鐵滲碳量達到一定值后，開始融化形成珠鐵，其余稀土氧化物、氧化鎂、氧化鈣、氧化硅等氧化物形成渣，其中稀土氧化物大量富集。從而實現在相對較低的溫度下將含鐵稀土原礦中稀土和鐵進行分離，使得稀土在渣中富集，并且將稀土渣中高價的稀土還原為低價的稀土氧化物，得到的渣中稀土富集，然后在電爐中冶煉稀土硅鐵合金的時候，由于富稀土渣中基本不含有鐵，因此也無需高溫還原鐵了，并且由于稀土中Ce為低價為主的氧化物，從而在冶煉的過程中降低了還原的冶煉強度，同時由于富稀土渣中含有一定量的二氧化硅，直接可以作為后續稀土硅鐵合金的部分硅源。從而可以整體實現在相對較低的溫度和相對較短的時間內可以實現稀土硅鐵合金的冶煉。轉底爐分離出來的珠鐵再經過電弧爐冶煉成鋼水后再作為稀土硅鐵合金中的鐵源，達到了物盡其用。如果采用其他來源的鋼，則增加了成本(其他來源的鋼是高溫冶煉得到的)。通過轉底爐熔煉分離鐵和稀土，使得從效益角度講基本上沒有出現副產品珠鐵和大量富集稀土的渣相都是后續冶煉稀土硅鐵合金的原料，在基本上不增加成本的情況下，避免了傳統對稀土原礦進行的各種處理所帶來的成本，大大降低了稀土生產的成本。
2，通過將轉底爐進行改造，設置了多個溫度區域，由于鐵氧化物的還原是分段進行的，在相對較低的溫度時就可以全部完成，因此通過多個溫度區域的設置使得無需整個爐內區域都保證高溫，通過溫度循序漸進的方式來降低升溫強度和整體成本的控制。轉底爐鋪料操作過程中，通過底層鋪煤粉，尤其是然后在球團外部再鋪一層煤粉的做法，增加了碳質還原劑與球團更加全面的接觸，一則防止球團黏爐，另外一方面可以在還原鐵的過程中同時使得稀土中大量的高價Ce還原為低價的Ce(正四價還原為正三價)。
3，根據特定的富稀土渣的組成情況(基本不含鐵，且稀土大量富集)，合理設定二次成團和電爐冶煉的具體參數，使得冶煉強度相對較低的情況下，保證了稀土硅鐵合金的成品率。由于改變了稀土原料，通過重新設定各個參數，爐料運行順暢，大幅度降低了能耗。
具體實施方式
實施例1
一種轉底爐分離生產稀土硅鐵合金的方法包括如下步驟：
(1)原料處理，原料采用含鐵稀土原礦和煤粉，先將所述含鐵稀土原礦和煤粉按照8.2∶1.8的重量份進行混合后加入到球磨機中進行球磨，將所述含鐵稀土原料和煤粉球磨到小于200目后出球磨機，所述球磨的球料比為25∶1，球磨時間為19小時。然后再向混合粉料中加入混合粉料總質量1.6％的粘結劑、混合粉料總質量0.5％的添加劑以及混合粉料總質量6％的水后，在混料機中混勻；然后將混勻之后的混合粉料轉運到造球機中制成球團，烘干后得到混和球團；所述添加劑為CaO和Na2CO3的混合物。
所述煤粉為固定碳含量為83％，灰分含量為6.5％的煤粉。
所述粘結劑為膨潤土。
(2)轉底爐布料，在轉底爐的可轉動環形爐底上鋪設2.2mm的煤粉，然后將步驟(1)得到的混和球團通過進料機均勻放置于鋪設的煤粉上，同時再在鋪設好的混和球團頂端撒入混和球團總重量3％的煤粉。
所述轉底爐包括爐壁、爐頂和可轉動環形爐底，在所述爐壁上間隔安裝有有煤氣燒嘴和二次風噴嘴，并設置有弧形活動隔墻，所述弧形活動隔墻能夠沿著轉底爐軌道而在轉底爐的入料口和出料口之間移動，所述弧形活動隔墻沿著所述可轉動環形爐底的轉動方向上依次設置有預熱區、低溫還原區、高溫熔融區、均熱一區、均熱二區和冷卻區，在所述入料口設置有進料機，在所述出料口設置有出料機。
所述轉底爐的所述冷卻區溫度為500～800℃。
(3)轉底爐還原熔分，轉底爐的高溫熔融區的熔分溫度為1300℃，還原熔分時間為25min，然后球團通過出料機排出轉底爐，經過冷卻、深度破碎和磁選步驟得到珠鐵和富稀土渣。
得到的所述珠鐵入電弧爐煉鋼，得到的鋼作為后續步驟中稀土硅鐵冶煉的原料。
(4)二次制團，將步驟(3)得到的富稀土渣中加入水玻璃，調節其pH值為6～7，然后加入富稀土渣總質量23％的碳粉和25％的堿性粘結劑，然后在造球機中壓制成稀土球團。
(5)稀土硅鐵冶煉，將步驟(4)得到的稀土球團與硅石、煤粉按照質量比為1∶1.3∶0.62的比例一同加入到電爐中，然后再加入混合物總重量13％的鋼，然后電爐通電起弧加熱熔煉，熔煉溫度為1650℃，熔煉時間控制為2.1小時，然后出爐澆鑄，得到稀土硅鐵合金。采用6300KV·A的電爐，電爐電壓設置為105～115V。
步驟(4)中所述碳粉為C含量為78～85wt％的碳粉。
實施例2
一種轉底爐分離生產稀土硅鐵合金的方法包括如下步驟：
(1)原料處理，原料采用含鐵稀土原礦和煤粉，先將所述含鐵稀土原礦和煤粉按照8.5∶1.6的重量份進行混合后加入到球磨機中進行球磨，將所述含鐵稀土原料和煤粉球磨到小于200目后出球磨機，然后再向混合粉料中加入混合粉料總質量2.5％的粘結劑、混合粉料總質量0.5％的添加劑以及混合粉料總質量6.2％的水后，在混料機中混勻；然后將混勻之后的混合粉料轉運到造球機中制成球團，烘干后得到混和球團；所述添加劑為Na2CO3。所述粘結劑為膨潤土和豆粉的混合物。
所述煤粉為固定碳含量為83％，灰分含量為8％的煤粉。
(2)轉底爐布料，在轉底爐的可轉動環形爐底上鋪設2～3mm的煤粉，然后將步驟(1)得到的混和球團通過進料機均勻放置于鋪設的煤粉上，同時再在鋪設好的混和球團頂端撒入混和球團總重量5％的煤粉。
所述轉底爐包括爐壁、爐頂和可轉動環形爐底，在所述爐壁上間隔安裝有有煤氣燒嘴和二次風噴嘴，并設置有弧形活動隔墻，所述弧形活動隔墻能夠沿著轉底爐軌道而在轉底爐的入料口和出料口之間移動，所述弧形活動隔墻沿著所述可轉動環形爐底的轉動方向上依次設置有預熱區、低溫還原區、高溫熔融區、均熱一區、均熱二區和冷卻區，在所述入料口設置有進料機，在所述出料口設置有出料機。
所述轉底爐的所述冷卻區溫度為500～800℃。
(3)轉底爐還原熔分，轉底爐的高溫熔融區的熔分溫度為1320℃，還原熔分時間為31min，然后球團通過出料機排出轉底爐，經過冷卻、深度破碎和磁選步驟得到珠鐵和富稀土渣。
得到的所述珠鐵入電弧爐煉鋼，得到的鋼作為后續步驟中稀土硅鐵冶煉的原料。
(4)二次制團，將步驟(3)得到的富稀土渣中加入水玻璃，調節其pH值為6～7，然后加入富稀土渣總質量25％的碳粉和26％的堿性粘結劑，然后在造球機中壓制成稀土球團。
中所述碳粉為C含量為81wt％的碳粉。
(5)稀土硅鐵冶煉，將步驟(4)得到的稀土球團與硅石、煤粉按照質量比為1∶1.35∶0.66的比例一同加入到電爐中，然后再加入混合物總重量15％的鋼，然后電爐通電起弧加熱熔煉，熔煉溫度為1650℃，熔煉時間控制為2.1小時，然后出爐澆鑄，得到稀土硅鐵合金。
實施例3
一種轉底爐分離生產稀土硅鐵合金的方法包括如下步驟：
(1)原料處理，原料采用含鐵稀土原礦和煤粉，先將所述含鐵稀土原礦和煤粉按照8.8∶1.5的重量份進行混合后加入到球磨機中進行球磨，將所述含鐵稀土原料和煤粉球磨到小于200目后出球磨機，球磨的球料比為33∶1，球磨時間為20小時。
然后再向混合粉料中加入混合粉料總質量2.6％的粘結劑、混合粉料總質量0.66％的添加劑以及混合粉料總質量8％的水后，在混料機中混勻；出混料機的混合物含水量為8.1％。然后將混勻之后的混合粉料轉運到造球機中制成球團，烘干后得到混和球團；所述添加劑為CaO。
所述煤粉為固定碳含量為82～85％，灰分含量為6～10％的煤粉。
(2)轉底爐布料，在轉底爐的可轉動環形爐底上鋪設2.8mm的煤粉，然后將步驟(1)得到的混和球團通過進料機均勻放置于鋪設的煤粉上，同時再在鋪設好的混和球團頂端撒入混和球團總重量5％的煤粉。
所述轉底爐包括爐壁、爐頂和可轉動環形爐底，在所述爐壁上間隔安裝有有煤氣燒嘴和二次風噴嘴，并設置有弧形活動隔墻，所述弧形活動隔墻能夠沿著轉底爐軌道而在轉底爐的入料口和出料口之間移動，所述弧形活動隔墻沿著所述可轉動環形爐底的轉動方向上依次設置有預熱區、低溫還原區、高溫熔融區、均熱一區、均熱二區和冷卻區，在所述入料口設置有進料機，在所述出料口設置有出料機。
所述轉底爐的所述冷卻區溫度為600～800℃。
(3)轉底爐還原熔分，轉底爐的高溫熔融區的熔分溫度為1381℃左右，還原熔分時間為33min，然后球團通過出料機排出轉底爐，經過冷卻、深度破碎和磁選步驟得到珠鐵和富稀土渣。
其中得到的所述珠鐵入電弧爐煉鋼，得到的鋼作為后續步驟中稀土硅鐵冶煉的原料。
(4)二次制團，將步驟(3)得到的富稀土渣中加入水玻璃，調節其pH值為6.8，然后加入富稀土渣總質量23％的碳粉和26％的堿性粘結劑，然后在造球機中壓制成稀土球團。
所述碳粉為C含量為約82wt％的碳粉。
(5)稀土硅鐵冶煉，將步驟(4)得到的稀土球團與硅石、煤粉按照質量比為1∶1.3∶0.69的比例一同加入到電爐中，然后再加入混合物總重量16％的鋼，然后電爐通電起弧加熱熔煉，熔煉溫度為1668℃，熔煉時間控制為1.9小時，然后出爐澆鑄，得到稀土硅鐵合金。
其中電爐采用6300KV·A的電爐，電爐電壓設置為112V。