[发明专利]一种冶炼含钨高速钢的工艺

说明书

本发明涉及高速钢，特指一种冶炼含钨高速钢的工艺。本发明将研磨后的白钨精矿、还原剂和粘结剂按照一定比例混合压制造球，干燥后备用。先添加部分钢铁料填充中频炉膛体积的1/3，按照配料方案，钨精矿球团称量后装入顶部带孔的铁皮桶中吊入炉内，向炉内加入石灰和萤石造渣，然后继续添加钢铁料将炉膛填满，通电冶炼。钢铁料全部熔化后，向渣面添加铝粉进一步还原。采用本发明，中频炉内钨精矿中的钨元素回收率可以达到95％以上。钨精矿中钨元素以外的其它成分进入到炉渣中，与加入的石灰、萤石、铝粉还原后的产物共同构成了冶炼后期的炉渣，具有扩散脱氧、脱硫的效果，在保障了钨元素的回收率的同时，还起到了精炼渣的作用，提高了钢水质量。

技术领域

本发明涉及高速钢，特指一种冶炼含钨高速钢的工艺。

背景技术

钨在高速钢中扮演了重要的角色，提高了钢的硬度、耐磨性和红硬性，高速钢中钨含量较高，例如最常见的M2高速钢中钨含量达到了6％左右。同时，钨元素是稀有金属，还是重要的战备资源，价格昂贵，近年来每吨钨金属的价格达到25万元以上。钨金属、钨合金的采购成本占高速钢企业采购成本的一大部分。钨元素在自然界中一般以钨矿的形式存在，钨金属或钨合金由钨矿冶炼而来，钨合金的生产是高耗能、高污染的行业，属于国家严格控制的行业。

根据冶金原理，钨钼矿可以在钢铁冶炼时在冶炼炉内被其他元素(如Si、Mn、C等)还原，可以直接采用钨矿、钼矿替代钨钼合金冶炼高速钢。利用钨钼氧化物的直接合金化工艺，国外早有研究，最早就用钼氧化物代替钼铁做实验。日本现以钼氧化物直接合金化冶炼含钼钢的量已占钼钢总量的80％。钨氧化物在炼钢中的应用始于40年代的加拿大，之后在美国、德国、日本和前苏联相继应用于电炉、平炉和感应炉中，代替部分钨铁进行合金化，但国外钨矿资源贫乏，现在仍多用钨铁冶炼含钨钢。

我国冶金工作者自60年代起就进行了钨矿直接合金化的研究，并进行了一定规模的工业性试验，取得了一定的成果。但是实验都是在电炉内进行的，在电炉内，钨等合金元素容易挥发，回收率不稳定，回收率低时成本反而高于采用钨合金炼钢，所以该工艺一直未得到推广应用。

利用钨矿替代钨合金，可以缩短工艺流程，节能降耗，减少排放，符合国家的产业政策，并可为高速钢企业节约成本。我国的钨矿资源居世界第一位，为钨矿直接在钢铁冶金中的应用提供了得天独厚的条件，研究钨矿在炼钢炉内的直接合金化技术，具有重大的科学价值和现实意义。

发明内容

针对上述问题，本发明专利研究了钨矿直接炼钢过程中的物理化学，制定了采用白钨精矿替代钨合金在中频炉内冶炼含钨高速钢的工艺。

一种采用白钨精矿替代钨合金中频炉内冶炼含钨高速钢的工艺，其特征如下：

(1)本发明采用的钨矿为白钨精矿，矿石品位折合WO₃含量≥65％。白钨精矿主要成分为CaWO₄，还原后CaO进入到渣中，不会携带其它合金元素；而黑钨精矿主要成分为MnWO₄，还原后Mn元素会大部分进入到钢液中，导致钢水Mn含量超标。

(2)本发明采用的冶炼炉为中频炉，钨矿中的钨元素回收率达到95％以上。高速钢一般都属于高合金钢，通常采用返回料冶炼回收其中的有价合金元素。电弧炉采用电弧加热，电弧下区域的温度超过2000℃，容易造成合金元素的挥发烧损，导致合金元素的回收率过低，有时电弧炉还会采用吹氧的手段，加剧了这一现象。从这方面来说，中频炉是最适用于冶炼高速钢的设备，尤其对于易挥发的钨元素的回收，中频炉占据了更大的优势。

(3)本发明钨矿中钨元素被还原进入到钢水中，其它成分进入到渣，与石灰、萤石、后期加入的铝粉还原产物共同构成了中频炉的后期炉渣，起到扩散脱氧、脱硫的作用，提高了钢水质量。

本发明中所指的含量、纯度、配比均指质量分数或质量比例。

利用白钨精矿冶炼含钨高速钢的主要工艺步骤如下：

A、白钨精矿与还原剂造球