專利名稱:等離子碳熱法生產(chǎn)鉬鐵的制作方法
本發(fā)明屬于用電熱法生產(chǎn)合金的技術(shù)領(lǐng)域：
。主要適用于冶煉鉬鐵合金。
目前，要獲取C＜0.2%，S＜0.15%的優(yōu)質(zhì)鉬鐵合金，國內(nèi)外普遍采用金屬熱法(《鐵合金冶金學(xué)》，P389)。
金屬熱法的工藝路線是鉬精礦(MoS2)→氧化焙燒→熟鉬礦(MoO3)→金屬熱法→鉬鐵合金。即首先在反射爐、迴轉(zhuǎn)爐或多層焙燒爐中，將鉬精礦氧化焙燒成熟鉬礦，然后以熟鉬礦為主要原料，并配與硅鐵、鋁粒、化學(xué)藥品和引火劑等，一并加入反應(yīng)器等冶煉爐中，進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，將氧化鉬還原成金屬鉬，再與鐵化合成鉬鐵合金。
金屬熱法的熱源主要來源硅，其次是鋁。每冶煉一噸鉬鐵(含Mo55%，S＜0.15%，C＜0.2%)約需400公斤左右硅鐵，80公斤左右鋁等，成本較高;同時，該方法勞動強(qiáng)度大，砌爐、拆爐，清渣等工序十分繁瑣;化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氰化物是致疝物質(zhì)，對環(huán)境污染大等。
美國專利US4466824、US4519835是在等離子爐內(nèi)，通過等離子熱分解鉬精礦來制取鉬。
等離子技術(shù)的主要特征是把氣體部分電離成分子、原子、離子和電子，使之具有很高溫度的氣體混合物。根據(jù)特定氣體的種類和它的離子化溫度，可以造成工業(yè)上需要的化學(xué)反應(yīng)氣氛，即可以呈中性，也可以是氧化性或還原性氣氛;同時，較容易地獲得工業(yè)生產(chǎn)需要的高溫。因此，等離子體不僅是一種潔凈的高溫?zé)嵩矗€是多種物理化學(xué)過程的直接參與者和保護(hù)者，對許多冶金過程具有重要意義。它可以加速反應(yīng)過程，簡化或縮短生產(chǎn)流程，提高效率，生產(chǎn)一般火法冶煉所難于生產(chǎn)的中間合金。
上述兩項(xiàng)專利所采用的工藝過程是將天然鉬精礦(輝鉬礦MoS2)置于等離子爐中，通過氮?dú)饣驓鍤獾碾婋x，得到高達(dá)2900°K高的反應(yīng)溫度，使鉬精礦MoS2分解，直接得到Mo和S2，其反應(yīng)式是反應(yīng)所析出的含硫氣體進(jìn)行冷凝分離，得到液態(tài)硫;但所得到的鉬并不是純凈的金屬鉬，而是碳高、硫高的不穩(wěn)定鉬化物。要想獲得低碳低硫鉬鐵，還必須在冶煉爐上進(jìn)行二次電冶煉，這就大大地增加了成倍的電耗，同時，回收率也降低，造成經(jīng)濟(jì)上不合理。
本發(fā)明的目的在于提供一種成本低回收率高的，且操作簡便及效率高的，生產(chǎn)低碳低硫鉬鐵的方法。
其解決方案是以等離子爐為冶煉設(shè)備，將由鉬精礦氧化焙燒制成的熟鉬礦(MoO3)與還原劑焦碳粉、鐵鱗和少量硅鐵制成熟鉬礦球團(tuán)并廢鋼一并加入等離子爐內(nèi)。一方面是充分利用等離子體的高溫?zé)嵩春瓦€原氣氛;同時以碳為還原劑，進(jìn)行金屬氧化物(MoO3)的還原反應(yīng)，從而得到需要的鉬鐵合金。其還原反應(yīng)式如下
另一方面，在如此高的溫度下，使還原劑焦碳、鐵鱗和硅鐵等更能充分發(fā)揮其還原作用，積極參與反應(yīng)過程。C、Si與Fe3O4、FeO反應(yīng)，生成CO2、CO和SiO2、FeO，使其揮發(fā)或進(jìn)入渣中。具體的反應(yīng)式如下
上述還原反應(yīng)過程的進(jìn)行，又加速了MoO3的還原。鐵鱗部分以氧化亞鐵形式進(jìn)入渣相，另一部分還原成鐵。在渣中保留氧化亞鐵有利于降低渣的熔點(diǎn)和粘度，使之在較短的時間內(nèi)完成整個反應(yīng)過程。既能得到優(yōu)質(zhì)的鉬鐵，又有更高的回收率;另外，勞動強(qiáng)度減小，電耗也降低。
由此看出，本發(fā)明的特點(diǎn)是既利用了等離子熱，又利用了碳熱;以碳代替硅鐵和鋁粒作還原劑，加速等離子冶金的吸熱反應(yīng)，即在短時間內(nèi)完成反應(yīng)過程，得到低碳低硫鉬鐵。
具體工藝過程如下鉬精礦→氧化焙燒→熟鉬礦→等離子爐冶煉→鉬鐵。
首先將鉬精礦(MoS2)置于反射爐或迴轉(zhuǎn)爐或多層焙燒爐等中，采用劣質(zhì)煤等原料，在空氣中進(jìn)行氧化焙燒，得到熟鉬礦(MoO3)，其化學(xué)反應(yīng)式為將焦碳、鐵鱗和硅鐵分別磨碎成100～150目的粉末，并與熟鉬礦(MoO3)粉混合，用水玻璃作為粘結(jié)劑，進(jìn)行壓塊或造球，制成熟鉬礦球團(tuán)。
熟鉬礦球團(tuán)中各組份的配比(重量%)如下熟鉬礦(MoO3)65～85%，焦碳8～20%，鐵鱗(Fe3O4)8～15%，硅鐵(含Si75%)3～8%。
將熟鉬礦球團(tuán)加入等離子爐內(nèi)，并配入適量的廢鋼或鐵屑，進(jìn)行引弧熔煉。使用氬氣或氮?dú)夂蜌錃庾龅入x子氣體，等離子體采用直流電，電壓為100～220伏，電流＞700安。經(jīng)過十幾分鐘，乃至幾分鐘的熔煉，便可得到高質(zhì)量的低碳低硫鉬鐵合金，即所得鉬鐵合金中的Mo＞55%，C＜0.2%，S＜0.15%等。采用該方法生產(chǎn)鉬鐵，鉬的回收率＞97%。
與金屬熱法相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，使用等離子爐冶煉還原方法可替代間歇的金屬熱還原法，可直接得到優(yōu)質(zhì)鉬鐵;以碳熱和等離子體熱代替金屬熱，可提高產(chǎn)品的回收率;用碳代替硅鐵和鋁粒作還原劑，節(jié)約了大量的硅鐵、鋁粒等原料，從而降低了消耗和成本，得到較大的經(jīng)濟(jì)效益;簡化了操作工序，大大地降低了勞動強(qiáng)度。
與美國專利US4466824和US4519835相比，本發(fā)明是采用一次低溫焙燒十一次等離子冶煉，便可得到優(yōu)質(zhì)的低碳低硫鉬鐵，前者必須經(jīng)過兩次電冶煉才能得到低碳硫鉬鐵。故本發(fā)明較前者，鉬的回收率提高，設(shè)備簡單，成本降低，經(jīng)濟(jì)合理。
實(shí)施例一用熟鉬礦作原料〔熟鉬礦的具體化學(xué)成分(重量%)為Mo49.58，S0.068，Cu0.12，SiO214.36，F(xiàn)eO4.01，CaO1.54，Al2O32.84〕，配加適量焦碳、鐵鱗和少量硅鐵，用比例為1∶1的水玻璃和水作粘結(jié)劑，在園盤造球機(jī)上造球，制成熟鉬礦球團(tuán)。所得熟鉬礦球團(tuán)中內(nèi)含熟鉬礦72%，焦碳13.7%，鐵鱗10.8%，硅鐵3.4%。
開爐前，先用廢鉬鐵下腳料清洗等離子爐，然后裝入10kg熟鉬礦球團(tuán)和1.7kg廢鋼。采用N2+H2作等離子體，使用功率250KW，直流電壓170V，電流1200A，電弧長10～20Cm。冶煉15分鐘出爐。所得鉬鐵合金產(chǎn)品的成分(重量%)為Mo 5709，S 0.14，C 0.12，Si 0.15，Cu 0.16，P 0.04，其余為Fe。
實(shí)施例二所采用的熟鉬礦成分和配料及其制作熟鉬礦球團(tuán)的工藝操作與實(shí)施例一相同。
制得的熟鉬礦球團(tuán)中內(nèi)含熟鉬礦71%，焦碳12.1%，鐵鱗10.7%，硅鐵6.1%。
將10kg熟鉬礦球團(tuán)加入等離子爐中，另加廢鋼1.6kg。用N2+H2為等離子體，使用功率260KW，直流電壓170V，電流1500A，弧長10～15Cm，冶煉10分鐘出爐。所得鉬鐵合金產(chǎn)品的成分(重量%)為Mo 56.23，Si 0.13，C 0.15，S 0.15，Cu 0.19，P 0.05，其余為Fe。
實(shí)施例三所采用的熟鉬礦成分、配料及制作熟鉬礦球團(tuán)的工藝操作與實(shí)施例一相同。
所得熟鉬礦球團(tuán)中內(nèi)含熟鉬礦71.4%，焦碳12.7%，鐵鱗10.7%，硅鐵5.1%。
將20kg熟鉬礦球團(tuán)加入等離子爐中，另加廢鋼3.48kg。以N2+H2作等離子體，使用功率260KW，直流電壓180V，電流1400A，弧長10～15Cm，冶煉20分鐘出爐。
所得鉬鐵合金產(chǎn)品的成分(重量%)為Mo 55.01，Si 0.15，C 0.14，S 0.12，Cu 0.20，P 0.05，其余為Fe。
權(quán)利要求
1.一種利用等離子爐冶煉鉬鐵合金的方法。以輝鉬礦為原料，利用等離子體高溫?zé)嵩?，把輝鉬礦(MoS2)直接分解為Mo和S，從而獲取含碳和硫都較高的高碳高硫鉬，其特征在于以熱鉬礦球團(tuán)為原料，并配加一定量的廢鋼或鐵屑，利用等離子體熱和碳熱，以碳作還原劑，將熟鉬礦(MoO3)還原成低碳低硫鉬鐵合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1.所述的方法，其特征在于熟鉬礦球團(tuán)各組份的配比(重量%)如下熟鉬礦(MoO3)65～85%，焦碳8～20%，鐵鱗(Fe3O4)8～15%，硅鐵(含Si75%)3～8%。
專利摘要
本發(fā)明系采用等離子碳熱法生產(chǎn)鉬鐵。其特征在于以等離子爐為冶煉裝置，以熟鉬礦球團(tuán)為原料，利用等離子體的高溫?zé)嵩春吞紵?，以碳為還原劑，在短時間內(nèi)，將氧化鉬(MoO
文檔編號C22B4/00GK86106257SQ86106257
公開日1987年11月11日 申請日期1986年9月17日
發(fā)明者朱兆鵬, 耿玲, 董本立, 劉志成, 王旨南 申請人:棗莊市化學(xué)冶金研究所, 冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan