CN102212736B - 利用低铌铁水制备铌微合金钢的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低铌铁水制备铌微合金钢的方法，属于合金钢冶炼技术。本发明以Nb＜0.03％的低铌铁水为主要原料，首先将含铌铁水分别进行脱硫、脱硅处理，然后将脱硅后的铁水进行铌氧化处理，得到富铌渣与铁水。对于富铌渣采用湿法进行再处理，将处理后的富铌渣、还原剂、熔剂混合均匀制成铌渣合金剂；将铌氧化处理后的铁水进行脱磷、脱碳处理，在脱氧合金化阶段，加入铌渣合金剂制取铌微合金钢。此项发明的优点是缩短了工艺流程，降低了生产成本，有效利用了白云鄂博矿丰富的铌资源。

Description

利用低铌铁水制备铌微合金钢的方法

技术领域

本发明涉及一种利用低铌铁水制备铌微合金钢的方法，属于合金钢冶炼技术。

背景技术

铌是尖端稀有金属之一，是高强度微合金钢、先进陶瓷不可缺少的添加剂。白云鄂博矿是以铁、稀土、铌为主的多金属共生矿，铌资源丰富，储量居世界前列。白云鄂博矿铌资源利用的研究从二十世纪六十年代持续至今，其中包括国家在“六五”、“七五”和“八五”连续三个五年计划期间组织国内著名高校、科研院所及企业进行的联合攻关，研究的总体思路为：以选矿为前提，得到铌精矿；以选矿得到的铌精矿为原料，冶炼铌铁合金。开发的冶炼工艺有：高炉-转炉-电炉-电炉工艺；铁水连续提铌工艺；含碳冷固结球团两步电炉冶炼铌铁工艺；三相交流工频等离子体工艺；氧化焙烧球团(冷固结球团)回转窑选择性还原-熔分-冶炼工艺；磁化焙烧-磁选-等离子炉冶炼工艺。以上工艺具有生产流程长、成本高，铌的总回收率低，铌铁产品磷含量高，其产品质量难以与巴西铌铁相提并论，主要用作铸铁的添加剂，作为铌微合金钢的添加剂受到了一定程度的限制。

白云鄂博矿矿物特性导致铌分散于选矿流程的各级精矿、尾矿中，用于钢铁生产的铁精矿中含有0.03～0.05％Nb2O5。但包钢现采用的转炉冶炼，铁水中铌几乎全部氧化进入钢渣中，但渣中除了含有Nb₂O₅，还含有大量的SiO₂、P₂O₅等其它多种氧化物，降低了炉渣的利用率，造成了铌资源的极大浪费。

北京科技大学和日本金属材料研究所联合提出了“铁水连续提铌”工艺，实现了硅、铌、磷一定程度的分离，但该工艺所用原材料中铌的含量远大于0.03％，该工艺采用连续提铌，导致渣铁分离不完全。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够缩短工艺流程，降低生产成本，提高铌渣中的铌磷比，有效利用了白云鄂博矿丰富的铌资源的利用低铌铁水制备铌微合金钢的方法。

技术解决方案

本发明工艺步骤如下：

1)脱硫：将含铌铁水或生铁块，温度≥1300℃首先进行脱硫处理，采用喷吹100％镁粒进行脱硫，镁粒含镁量95％，粒度0.4～1.4mm，Mg单耗0.25～0.4g/kg，处理时间约30min，脱硫后进行扒渣处理。

2)脱硅：利用元素的选择性氧化法处理脱硫后的铁水，将铁水中的硅优先氧化进入炉渣，采用向铁水中供给氧化剂(气体氧、铁矿石、锰矿石、含锰铁矿石、铁鳞等)，在铁水温度为1350～1450℃下，优先将Si氧化，脱硅目标值控制在0.06～0.12％重量范围内，将Si以炉渣的形式排到炉外。为了脱硅过程中锰、铌的损失减少可同时加入适量石灰，将炉渣碱度控制为1.5～2.0。

3)铌氧化：在铁水温度为1250～1350℃下，供给适量的氧化剂，使铁水中Nb、Mn等元素氧化进入炉渣，在此过程中铁水中Si的浓度需调整到≤0.01％有利于铌、锰等元素的氧化。因此控制好铁水温度和铁水硅的浓度是非常重要的。同时降低炉渣中氧化铁含量来抑制磷的氧化，可以采用吹气搅拌或机械搅拌等方式来降低炉渣中氧化铁含量，氧化铁量控制在7～12％较合适。此外，炉渣碱度不超过0.3。可实现渣中Nb₂O₅/P₂O₅大于20以上。

4)铌渣的富集：可采用Na₂CO₃焙烧法、氯化法和硫酸法等方法，均可将铌渣富集至约50％以上。

5)脱磷、脱碳：将铌氧化处理后的铁水进行脱磷、脱碳，使将碳、磷氧化脱除到冶炼钢种规定的含量，铌渣合金化前必须尽量多倒渣。

6)铌渣直接合金化：将Nb₂O₅＞50％的富铌渣，与硅钙粉、硅铁合金、碳粉或铝中的一种或多种还原剂制成团块或粉剂的合金剂，配比为：50～70％的富铌渣，20～45％的还原剂，5～10％的熔剂，合金剂加入量5～10kg/t钢；加入方式可采取多种，出钢前预先将添加剂加入钢包烘烤，再出钢混冲，出钢至1//3时加入其它脱氧合金剂，或在脱氧合金化阶段加入，熔化后出钢，或者预先将钢液脱氧合金化，再加入铌渣合金剂，其工艺流程为：先扒除氧化渣后，加入脱氧剂如铝块等进行强脱氧，然后往脱氧后的钢水中加入含铌添加剂，获得含铌微合金钢。

所述脱硅剂主要包含氧化剂和熔剂，其中氧化剂为固体氧化剂中氧化铁皮、精矿粉或氧化铁烟尘，或气体氧化剂，或者两种并用；熔剂主要用石灰或萤石，或二者并用。

本发明原料铁水含硫小于0.05％时，可以省去脱硫操作，或可以将脱硫操作放在脱磷脱碳这一环节同时进行。含Si小于0.12％时，也可省去脱硅操作。以上各工序使用的炉子，要求各种装入物能够充分搅拌，各个反应接近平衡。

该工艺适用于含Nb等一种以上元素的铁矿石炼制的生铁。

本发明直接采用包钢铌含量小于0.03％低铌铁水生产Nb₂O₅/P₂O₅大于20以上的富铌渣，将其作为制备铌微合金钢的添加剂，充分利用了白云鄂博矿丰富的铌资源，降低冶炼含铌微合金钢的生产成本。这是本发明与“铁水连续提铌”工艺的主要差别。

同时本发明对提铌渣进行了富集处理，提高了铌渣品味，铌的回收率大幅度提高，这是明显区别于北京科技大学与石家庄钢铁厂等合作申请的“铌渣合金化添加剂及在钢中的应用”专利。

本发明的显著特征为：在传统的转炉冶炼基础上引入元素的选择性氧化对包钢含铌铁水进行分阶段处理，对含铌渣进行富集处理，将富铌渣作为合金化添加剂直接在脱氧合金化阶段加入，生产铌微合金钢。解决了白云鄂博矿铌资源的综合利用问题，具有冶炼流程短，成本低等优势。

附图说明

图1为本发明流程图。

具体实施方式

具体实施方式如下：原料采用包钢5#高炉生产的生铁块，成分如下表所示：

1)脱硫脱硅：由于原料铁水中硫为0.046％，省略脱硫操作。将1kg生铁块在1450℃熔清，配加含有Fe₂O₃、CaF₂、CaO的脱硅剂，其配比为含Fe₂O₃20％，CaF₂35％，CaO45％，加入量8％，在温度1350℃进行脱硅操作，脱硅目标值为0.08％。脱硅后将炉渣排到炉外。

2)铌氧化：氧化剂加入量为1.5g/kg铁，在温度1300℃时，将脱硅后的铁水中的Nb、Mn氧化入渣。为抑制P的氧化，采用机械搅拌的方式降低渣中氧化亚铁含量。

3)铌渣富集：采用氯化法对铌渣进行富集处理。铌渣配碳制成团块，850℃通入氯气，铌、锰氯化，而硅、磷不被氯化，采用分段冷凝回收NbCl₅，水解，可将渣中五氧化二铌富集至56％。

4)脱磷、脱碳：将铌氧化后的铁水进行脱磷、脱碳处理，加入氧化剂和溶剂，其配比为Fe₂O₃45％，CaO35％，CaF₂20％，加入量为铁水重量的8％。铌渣合金化前倒渣。

5)铌渣合金化：将富集处理后的含铌渣，与硅钙粉和碳粉按3∶1的比例添加制成团块，需配加氧化钙以调整含铌渣碱度，碱度控制在1.5。在钢液脱氧合金化后，将铌渣合金添加剂按8kg/t钢加入到钢液中，在操作过程中加强搅拌，铌的回收率为82％。

按照上述工艺进行操作，产品中铌的含量为0.037％，达到了铌微合金钢的要求。

Claims (2)

1.利用低铌铁水制备铌微合金钢的方法，其特征在于，所述浓度均为质量百分浓度，方法步骤如下：

1)脱硫处理：将含Nb＜0.03％的铁水或生铁块熔化，采用含镁量95％、粒度0.4～1.4mm的镁粒喷吹进行脱硫，每分钟喷吹4～18kg镁粒，Mg单耗0.25～0.4g/kg铁，脱硫后将炉渣除去；

2)脱硅处理：脱硫处理后的铁水中加入脱硅剂，加入量为铁水重量的6-8％，当温度为1350～1450℃，时间10～20min，铁水中Si的含量降低到0.06～0.12％时，同时控制炉渣碱度为1.5～2.0，将脱硅产生的渣去除；

3)铌氧化：在温度为1250～1350℃下，在脱硅处理后的铁水中加入氧化剂，氧化剂加入量为1.5-3.5g/kg铁，使铁水中Nb、Mn元素氧化进入炉渣；

4)脱磷、脱碳处理：将铌氧化处理后的铁水进行脱磷、脱碳，使将碳、磷氧化脱除到冶炼钢种规定的含量；

5)铌渣的富集：采用Na₂C0₃焙烧法、氯化法或硫酸法进行湿法处理，将铌渣富集至50％以上；

6)铌渣直接合金化：将Nb₂0₅＞50％的富铌渣，与硅钙粉、硅铁合金、碳粉或铝中的一种或多种还原剂制成团块或粉剂的铌渣合金剂，配比为：50～70％的富铌渣，20～45％的还原剂，5～10％的熔剂，合金剂加入量5～10kg/t钢；采用以下方式加入铌渣合金剂，出钢前预先将铌渣合金剂加入钢包烘烤，再出钢混冲；或在脱氧合金化阶段加入铌渣合金剂，熔化后出钢；或者预先将钢液脱氧合金化，再加入铌渣合金剂。

2.根据权利要求1所述的利用低铌铁水制备铌微合金钢的方法，其特征在于，脱硅剂包含氧化剂和熔剂，其中氧化剂为固体氧化剂中氧化铁皮、精矿粉或氧化铁烟尘，或气体氧化剂，或者两种并用；熔剂用石灰或萤石，或二者并用。

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