[发明专利]一种钨矿直接合金化炼钢工艺

说明书

技术领域

本发明涉及合金钢冶炼技术领域，特别涉及采用钨矿直接进行合金化冶炼含钨合金钢工艺。

背景技术

含钨合金钢生产的关键工艺环节之一是钢冶炼中的合金化工艺。目前冶炼含钨合金钢进行钨元素的合金化一般采用在装料时加入钨铁，该工艺的生产成本和能耗与铁合金的消耗量、生产成本和能耗直接相关。考察钨铁合金生产现状可以发现，铁合金的生产能源消耗大，合金收得率低，环境污染严重，劳动强度大，经济效益差。取铁法生产一吨钨铁(含钨70％)电耗约4000kW·h，沥青焦120kg，焦炭116kg。从钨精矿冶炼钨铁，由于冶炼设备、工艺等诸多因素，钨精矿中W的回收率只有95％左右。而用钨铁和钼铁冶炼合金钢，由于高温挥发、随渣损失等因素，钨铁和钼铁的回收率一般也只有90％～95％左右。所以从钨精矿冶炼钨铁合金然后到冶炼合金钢，W元素总回收率只有85％～90％左右。可见，有10％～15％的钨资源在冶炼过程中被浪费。生产钨铁，要产生大量烟尘和NO_x气体，在冶炼过程中还需要使用Al粒、硝石、硅铁等致癌物质，生产条件恶劣。取铁法冶炼钨铁，由于复杂的冶炼过程加重了工人劳动强度。

炼钢过程的物理化学变化也具备还原条件。在炼钢过程中加入合金元素的氧化物或矿物，通过炼钢过程的还原条件将合金元素还原进入钢中，达到合金化的目的，与铁合金合金化的方法相比，可以不用冶炼铁合金的整套设备，相当于一种单步法工艺，因而投资和能源消耗都得到节省，降低了钢的合金化成本。用白钨矿代替钨铁冶炼含钨钢，早在40年代初就已尝试，以后美国、德国、日本相继研究和应用，到了60年代，前苏联研究较多，在电炉、平炉、感应炉中应用，国外使用钨精矿品种较多，有天然白钨精矿、合成白钨精矿、自还原性白钨精矿、白钨和黑钨混合精矿以及黑钨精矿等。还原剂一般使用铝、硅、碳等物质。混合物球团和块状每个重量为2～10kg。一般都用压力成型，干燥处理。自还原性白钨矿一般加在钢包底部，让脱氧后的钢水充分搅拌，钨的加入量在1％左右。在炉内加入方法有：①将白钨矿随炉料装入，②加液体料之前加入白钨矿(酸性平炉)，③在冶炼过程中将白钨矿加入炉内。国外白钨矿的加入量为3％[W]左右，直接合金化率低。国外钨矿直接合金化工艺主要依靠固态钨矿和固、液态还原剂间发生的还原反应进行合金化，因此反应速度慢，与炼钢节奏不匹配，收得率低于90％，渣量大。

我国钨矿蕴藏量及年产量居世界首位，但研究用白钨矿代替钨铁冶炼含钨钢相对较晚。80年代，大连特殊钢厂与钢铁研究总院对用白钨精矿代替钨铁炼钢进行了实验室试验和工业化试验。白钨矿加入量一般维持在3％左右，收得率在90％以下。太原钢铁公司在出钢量为18.5～20t的电弧炉上进行了采用白钨精矿冶炼3Cr2W8V的工业试验。采用优质白钨矿，用硅铁作还原剂，白钨矿加入量达到6％W，熔化期末时，钨的收得率只有80％左右，因此白钨矿直接合金化过程涉及了整个电炉冶炼过程，包括熔化期、氧化期和还原期，冶炼过程复杂，工人劳动强度大。由于渣量过大，不少渣自动淌出炉门，造成白钨矿中钨的回收率只有90％左右。

从国内外现有的钨矿直接合金化工艺可以看出，由于钨矿的熔点高，固态还原速度慢、固态还原率低，电炉熔化期末收得率仅有80％左右，仍有大量的钨矿未被还原，需要在后续的还原期继续还原，影响正常的电弧炉操作，而且一般采用硅铁作还原剂，渣量大，容易流渣，导致最终收得率低，只有90％左右。

发明内容

本发明的目的是解决电炉用钨矿直接合金化时，钨矿固态还原速度慢、固态还原率低、钨的收得率低、直接合金化渣量大的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种将氧化物矿直接入炉进行合金化的过程，即将钨矿直接合金化炼钢工艺，其特点在于将钨矿配制成含碳钨矿球团，在电炉装料时随炉料一起装入炉内，在熔化期含碳钨矿球团发生固态还原，利用含碳钨矿球团配入的催化剂强化固态还原。配入的催化剂能侵入到碳的基平面间，使晶格畸变而减弱碳原子间的键能，从而促进表面物质的脱附，加速碳的气化反应，有利于碳还原钨矿的反应，达到加速还原的效果，从而提高固态还原率，提高电炉熔化期末钨的收得率。在固态还原尚未完成还原的WO₃进入渣中，装料时加入碳化硅SiC或硅铁粉进入钢液，用它和渣中WO₃发生液—液反应来还原渣中的WO₃。还原期对渣进行贫化，加入还原剂SiC，以充分还原渣中的WO₃。

本发明的含碳钨矿球团固态还原机理是：含碳钨矿球团中呈固态的WO₃可与固体碳发生如下的直接还原反应：