專利名稱：一種利用鈮鐵精礦生產(chǎn)低級(jí)鈮鐵的制取方法
一種利用鈮鐵精礦生產(chǎn)低級(jí)鈮鐵的制取方法技術(shù)領(lǐng)域本項(xiàng)發(fā)明為鐵合金冶煉技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種利用鈮鐵精礦生產(chǎn)低級(jí)鈮鐵的制取方法。
技術(shù)背景金屬Nb具有較高熔點(diǎn)(Tm=2468°C)、較低的電子逸出功、良好的耐腐蝕性和可塑性，作 為戰(zhàn)略資源同時(shí)也是稀缺資源，被廣泛地應(yīng)用于冶金、化工、機(jī)械、電子、航空、原子等領(lǐng) 域，在冶金領(lǐng)域，當(dāng)鋼中含有少量Nb元素后，可顯著提高鋼材的屈服強(qiáng)度、沖擊韌性、加工 性能、焊接性能、耐蝕性能等，另外Nb氧化物作為電子工業(yè)原料、熱敏材料等也倍受國內(nèi)外 各相關(guān)行業(yè)的重視和青睞，因此需要積極開發(fā)和利用。傳統(tǒng)的鈮鐵冶煉工藝，多以鈮鐵精礦為原料，采用"高爐還原一轉(zhuǎn)爐吹煉富鈮渣一電爐 冶煉鈮鐵合金"或"冷固結(jié)球團(tuán)-回轉(zhuǎn)窯固態(tài)還原-電爐熔分脫鐵脫磷-電爐冶煉鈮鐵合金" 等工藝路線生產(chǎn)鈮錳鐵合金，然后再進(jìn)一步加以利用，因此制取鈮鐵合金是合理利用金屬鈮 的第一步或者說是前提。但是，以往這些成熟的鈮冶煉工藝均不夠理想，例如，傳統(tǒng)的高爐 一轉(zhuǎn)爐一電爐冶煉鈮錳鐵工藝路線存在工藝復(fù)雜、流程長、設(shè)備造價(jià)高等缺點(diǎn)，更重要的是 礦物中的氧化鈮NbO不能全部被還原，因此稀缺資源未被充分利用，這和資源節(jié)約型社會(huì)的 建設(shè)相違背，且整個(gè)流程能耗較高。而冷固結(jié)球團(tuán)一回轉(zhuǎn)窯選擇性還原一電爐熔分脫鐵脫磷 一電爐深還原富鈮渣冶煉鈮錳鐵工藝也存在一些生產(chǎn)中容易出現(xiàn)的問題，首先是在原料造塊 過程中外加大量的粘結(jié)劑，因此導(dǎo)致冷固結(jié)球團(tuán)成本上升和冶煉時(shí)渣量明顯增多；其次是冷 固結(jié)球團(tuán)在回轉(zhuǎn)窯還原過程中耗費(fèi)時(shí)間比較長、且高溫條件下粘結(jié)劑極易失效、使冷固結(jié)球 團(tuán)高溫強(qiáng)度變差，致使回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)中固有的事故如粉化、回轉(zhuǎn)窯內(nèi)部結(jié)圈等現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)， 降低了設(shè)備作業(yè)率，影響勞動(dòng)生產(chǎn)率；第三電爐還原熔分過程單獨(dú)以固態(tài)金屬化球團(tuán)為原料， 使得電極起弧困難、因其導(dǎo)電效果差導(dǎo)致熔池的形成速度較慢、電耗高、鈮資源回收率低； 還有在最后的電爐深還原富鈮渣時(shí)存在冶煉溫度偏高、冶煉周期比較長等缺點(diǎn)。 發(fā)明內(nèi)容為了解決上述不足，研究人員提出了 "鈮精礦與煤粉混合加熱高壓造塊-高溫爐窯選擇性 還原-電爐兌鐵水熔分脫鐵脫磷-電爐兌鐵水低溫深還原"冶煉低級(jí)鈮鐵合金的生產(chǎn)工藝設(shè)想, 目的在于通過新工藝的實(shí)施來有效節(jié)約金屬鈮的資源，減少能源消耗，以此推動(dòng)現(xiàn)行鈮鐵合 金生產(chǎn)工藝的技術(shù)進(jìn)步，為國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出相應(yīng)的貢獻(xiàn)。依據(jù)上述的發(fā)明設(shè)想與目的，本項(xiàng)發(fā)明可以通過以下4項(xiàng)工藝分步實(shí)施。
1) 熱壓造塊。將鈮鐵精礦、煤粉和少量的粘結(jié)劑混勻后，加熱、加壓制成具有一定尺寸 的含碳鈮鐵精礦顆粒；2) 選擇還原。將預(yù)制的含碳鈮鐵精礦顆粒在高溫爐內(nèi)干燥、預(yù)熱、固態(tài)還原，制成還原 鐵顆粒；3) 電爐熔分。將還原鐵顆粒裝入電爐、兌入適量鐵水，目的在于使電爐熔分操作時(shí)電極 容易起弧工作，節(jié)約能源并縮短熔分周期，熔化的渣鐵在電弧作用下完成含磷半鋼與富鈮渣 的分離；4) 低溫冶煉。將富鈮渣裝入到電爐內(nèi)，同時(shí)兌入鐵水、還原劑和熔劑，深還原直接生產(chǎn) 低級(jí)鈮鐵合金，控制渣的堿度，高堿度渣易于制得高鈮磷比(Nb/P》15)的產(chǎn)品。實(shí)現(xiàn)上述流程，在具體操作上如果控制以下工藝參數(shù)，可以獲得更加積極的效果-1) 熱壓造塊。在造塊工藝中，采用熱壓塊工藝生產(chǎn)含碳熱壓塊，配碳量為還原鐵氧化物 的理論值，將鈮精礦粉、煤粉、少量粘結(jié)劑混勻后加熱溫度至40(TC、在200MPa壓制力條件 下制成小型壓塊，壓塊尺寸20X20X10咖。煤粉為膠質(zhì)層厚度10mm以上的煙煤。2) 選擇還原。采用轉(zhuǎn)底爐或高溫爐窯工藝進(jìn)行選擇性還原，還原溫度區(qū)間1100 i25(TC。 還原時(shí)間30min。3) 電爐熔分。電爐熔分時(shí)兌入鐵水、添加少量還原劑和溶劑，鐵水與還原壓塊質(zhì)量比為 h 1，利用鐵水顯熱降低能耗、同時(shí)有利于電極起弧，降低電耗，提高電爐生產(chǎn)效率；控制 爐渣堿度0.8，渣中MgO含量l59&，有利于使磷進(jìn)入半鋼鐵水，降低富鈮渣的磷含量。4) 低溫冶煉。還原劑為碳、使用量為Nb氧化物還原理論值的2倍；按Nb含量的4倍兌 低磷鐵水；爐渣堿度(％CaO/%Si02) 冶煉溫度155(TC;冶煉時(shí)間約2小時(shí)，生產(chǎn) Nb含量約為15%的低級(jí)鈮鐵合金。為了在深還原過程中不生成Nb2C等物質(zhì)，控制氣氛條件 PcDO.OOl，發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明原理，可獲得如下效果-1) 采用內(nèi)配碳加熱壓塊方式，可以減少粘結(jié)劑的添加量并可顯著地提高壓塊的冷態(tài)強(qiáng)度 和熱態(tài)強(qiáng)度，改善固態(tài)還原的動(dòng)力學(xué)條件，提高生產(chǎn)效率。2) 由于控制高溫爐窯內(nèi)的還原溫度，只允許鐵、磷還原，保持了Nb原有的氧化物賦存 形態(tài)。3) 電爐渣鐵熔分過程中由于兌入鐵水有利于電爐電極起弧工作，而且由于控制了渣的堿 度，易獲得低磷富鈮渣，有利于下一歩冶煉時(shí)制取高Nb/P比的鈮鐵合金。要求渣中的MgO含 量是為了改善低堿度渣的流動(dòng)性。4)電爐冶煉過程，利用12%Nb-Fe合金具有較低的共晶溫度(12%Nb-Fe合金熔點(diǎn)1380") 的特性，直接兌入鐵水， 一步獲得低級(jí)鈮鐵合金，總之，與以往的鈮鐵合金的冶煉工藝相比，本工藝相對(duì)較為簡單，有利于低溫冶煉，降 低能源消耗，并可提高金屬鈮的收得率，有效利用了稀缺資源。
具體實(shí)施方式
本項(xiàng)生產(chǎn)低級(jí)鈮鐵合金的方法己經(jīng)在某廠保密實(shí)施。具體方式如下1) 熱壓造塊。選擇的鈮精礦粉含鈮2. 14%;使用的煤粉為煙煤，灰分7. 5%、揮發(fā)份34. 3%、 膠質(zhì)層厚度12mm;粘結(jié)劑為皂土、加入量0.5%;將鈮精礦粉、按還原鐵氧化物化學(xué)計(jì)量計(jì)算 的煤粉、皂土，混勻后加熱至40(TC、在200MPa壓制力條件下制成扁形壓塊，壓塊尺寸 20X20X10咖。2) 選擇還原。采用高溫爐窯進(jìn)行選擇性還原，還原溫度115(TC，還原時(shí)間30min。3) 電爐熔分。兌入鐵水和添加少量焦粉，鐵水與還原壓塊質(zhì)量比為1: 1，添加白云石 調(diào)整爐渣堿度達(dá)到0. 8，渣中MgO含量15%。4) 低溫冶煉。加焦粉，使用量為Nb氧化物還原理論值的2倍，同時(shí)按Nb含量的4倍兌 鐵水，調(diào)整爐渣堿度(％CaO/%Si02) l.l土O. 1，控制冶煉溫度1550°C。冶煉時(shí)間125分鐘。按照上述工藝進(jìn)行生產(chǎn)，其產(chǎn)品的Nb含量14.7W，屬于低級(jí)鈮鐵合金。
權(quán)利要求
1.一種以鈮鐵精礦為原料、以冶金爐窯為主體設(shè)備生產(chǎn)低級(jí)鈮鐵合金的制取方法，其特征在于整個(gè)冶煉生產(chǎn)過程由熱壓造塊、選擇還原、電爐熔分和低溫冶煉4大工序，其中熱壓造塊是將鈮鐵精礦、煤粉和少量的粘結(jié)劑混勻后，加熱加壓制成具有一定尺寸的顆粒；選擇還原是將預(yù)制的含碳鈮鐵精礦顆粒在高溫爐內(nèi)干燥、預(yù)熱、固態(tài)還原成鐵顆粒；電爐熔分是將還原鐵顆粒裝入電爐、兌入鐵水，在電弧作用下把含磷半鋼與富鈮渣分離；低溫冶煉是在富鈮渣中添加按Nb氧化物還原理論值2倍的碳還原劑，并按Nb含量的4倍兌低磷鐵水，控制爐渣堿度為1.1±0.1、冶煉溫度1550℃，生產(chǎn)Nb含量約為15％的低級(jí)鈮鐵合金產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及鐵合金冶煉技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種利用鈮鐵精礦生產(chǎn)低級(jí)鈮鐵的制取方法。方法以鈮鐵精礦粉為主要原料，其特征是將鈮鐵精礦粉、煤粉和少量的粘結(jié)劑混和加熱壓塊，在高溫爐窯內(nèi)完成預(yù)熱和選擇性固態(tài)還原后，裝入電爐并兌入鐵水獲得富鈮渣與含磷半鋼，然后將富鈮渣、低磷鐵水、還原劑和熔劑同時(shí)加入電爐，進(jìn)行富鈮渣深還原生產(chǎn)高鈮磷比的低級(jí)鈮鐵合金。此項(xiàng)發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約能源，縮短了工藝流程時(shí)間并提高了金屬鈮的收得率。
文檔編號(hào)C21B13/00GK101157961SQ20071015796
公開日2008年4月9日 申請(qǐng)日期2007年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月6日
發(fā)明者劉承軍, 姜茂發(fā), 張志宏, 徐廣堯, 李小鋼, 李春龍, 沈峰滿 申請(qǐng)人:東北大學(xué)