[发明专利]一种利用铌铁精矿生产低级铌铁的制取方法

说明书

技术领域

本项发明为铁合金冶炼技术领域，具体为一种利用铌铁精矿生产低级铌铁的制取方法。

背景技术

金属Nb具有较高熔点(Tm＝2468℃)、较低的电子逸出功、良好的耐腐蚀性和可塑性，作为战略资源同时也是稀缺资源，被广泛地应用于冶金、化工、机械、电子、航空、原子等领域，在冶金领域，当钢中含有少量Nb元素后，可显著提高钢材的屈服强度、冲击韧性、加工性能、焊接性能、耐蚀性能等，另外Nb氧化物作为电子工业原料、热敏材料等也倍受国内外各相关行业的重视和青睐，因此需要积极开发和利用。

传统的铌铁冶炼工艺，多以铌铁精矿为原料，采用“高炉还原-转炉吹炼富铌渣-电炉冶炼铌铁合金”或“冷固结球团-回转窑固态还原-电炉熔分脱铁脱磷-电炉冶炼铌铁合金”等工艺路线生产铌锰铁合金，然后再进一步加以利用，因此制取铌铁合金是合理利用金属铌的第一步或者说是前提。但是，以往这些成熟的铌冶炼工艺均不够理想，例如，传统的高炉-转炉-电炉冶炼铌锰铁工艺路线存在工艺复杂、流程长、设备造价高等缺点，更重要的是矿物中的氧化铌NbO不能全部被还原，因此稀缺资源未被充分利用，这和资源节约型社会的建设相违背，且整个流程能耗较高。而冷固结球团-回转窑选择性还原-电炉熔分脱铁脱磷-电炉深还原富铌渣冶炼铌锰铁工艺也存在一些生产中容易出现的问题，首先是在原料造块过程中外加大量的粘结剂，因此导致冷固结球团成本上升和冶炼时渣量明显增多；其次是冷固结球团在回转窑还原过程中耗费时间比较长、且高温条件下粘结剂极易失效、使冷固结球团高温强度变差，致使回转窑生产中固有的事故如粉化、回转窑内部结圈等现象经常出现，降低了设备作业率，影响劳动生产率；第三电炉还原熔分过程单独以固态金属化球团为原料，使得电极起弧困难、因其导电效果差导致熔池的形成速度较慢、电耗高、铌资源回收率低；还有在最后的电炉深还原富铌渣时存在冶炼温度偏高、冶炼周期比较长等缺点。

发明内容

为了解决上述不足，研究人员提出了“铌精矿与煤粉混合加热高压造块-高温炉窑选择性还原-电炉兑铁水熔分脱铁脱磷-电炉兑铁水低温深还原”冶炼低级铌铁合金的生产工艺设想，目的在于通过新工艺的实施来有效节约金属铌的资源，减少能源消耗，以此推动现行铌铁合金生产工艺的技术进步，为国家经济发展做出相应的贡献。

依据上述的发明设想与目的，本项发明可以通过以下4项工艺分步实施。

1)热压造块。将铌铁精矿、煤粉和少量的粘结剂混匀后，加热、加压制成具有一定尺寸的含碳铌铁精矿颗粒；

2)选择还原。将预制的含碳铌铁精矿颗粒在高温炉内干燥、预热、固态还原，制成还原铁颗粒；

3)电炉熔分。将还原铁颗粒装入电炉、兑入适量铁水，目的在于使电炉熔分操作时电极容易起弧工作，节约能源并缩短熔分周期，熔化的渣铁在电弧作用下完成含磷半钢与富铌渣的分离；

4)低温冶炼。将富铌渣装入到电炉内，同时兑入铁水、还原剂和熔剂，深还原直接生产低级铌铁合金，控制渣的碱度，高碱度渣易于制得高铌磷比(Nb/P≥15)的产品。

实现上述流程，在具体操作上如果控制以下工艺参数，可以获得更加积极的效果：

1)热压造块。在造块工艺中，采用热压块工艺生产含碳热压块，配碳量为还原铁氧化物的理论值，将铌精矿粉、煤粉、少量粘结剂混匀后加热温度至400℃、在200MPa压制力条件下制成小型压块，压块尺寸20×20×10mm。煤粉为胶质层厚度10mm以上的烟煤。

2)选择还原。采用转底炉或高温炉窑工艺进行选择性还原，还原温度区间1100～1250℃。还原时间30min。

3)电炉熔分。电炉熔分时兑入铁水、添加少量还原剂和溶剂，铁水与还原压块质量比为1∶1，利用铁水显热降低能耗、同时有利于电极起弧，降低电耗，提高电炉生产效率；控制炉渣碱度0.8，渣中MgO含量15％，有利于使磷进入半钢铁水，降低富铌渣的磷含量。

4)低温冶炼。还原剂为碳、使用量为Nb氧化物还原理论值的2倍；按Nb含量的4倍兑低磷铁水；炉渣碱度(％CaO/％SiO₂)1.1±0.1；冶炼温度1550℃；冶炼时间约2小时，生产Nb含量约为15％的低级铌铁合金。为了在深还原过程中不生成Nb₂C等物质，控制气氛条件P_CO2/P_CO≥0.001，

发明效果

根据本发明原理，可获得如下效果：

1)采用内配碳加热压块方式，可以减少粘结剂的添加量并可显著地提高压块的冷态强度和热态强度，改善固态还原的动力学条件，提高生产效率。