CN106854707B - 一种微波加热生产钨铁合金的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微波加热生产钨铁合金的方法，先将钨精矿、铁精矿、硅铁和兰炭分别放到球磨机中进行研磨；再将研磨成的钨精矿粉、铁精粉、硅铁粉和兰炭粉加入到混匀机中进行搅拌混匀；然后用压球机将混匀的钨精矿粉、铁精粉、硅铁粉和兰炭粉压制成球，并烘干；再将烘干的球放进坩埚，然后将球和坩埚一起放入到微波炉中，熔炼2.5h，熔炼温度为1350～1450℃；最后把坩埚和合金一起放到水里急冷，渣铁分离后，制得钨铁合金。本发明采用微波加热使物料迅速达到还原反应所需温度，电力消耗低，生产1t钨铁合金消耗的电能是3500KW/h，无需浇铸，直接水淬，获取钨铁合金方便简单。

Description

一种微波加热生产钨铁合金的方法
技术领域
本发明涉及一种冶金技术领域，具体涉及一种微波加热生产钨铁合金的方法。
背景技术
钨铁主要用在炼钢上作为钨元素的添加剂。钨在钢中能和其他元素结合成复杂的碳化物，使钢的晶粒变细，且能提高钢的红硬性、耐磨性和冲击强度。
钨与铁的亲和力很小，WO3很容易被C、Si、Al所还原。用碳还原WO3按反应为：
2/3WO3+2C＝2/3W+2CO
用硅还原氧化钨的反应为：
2/3WO3+Si＝2/3W+2SiO2
钨与铁可生成FeW2(含W量62.2％)和Fe7W6(含W量73.8％)的金属化合物，这些化合物在高温下是不稳定的。含钨0-50％的钨铁熔点与纯铁熔点相近。含钨33％的钨铁熔点为1813K。随着钨含量的增加，合金熔点随之增高，当含钨量大于70％时，合金的熔点超过2873K。从这些内容可以看出，钨铁合金的熔点很高，很难从炉内将其取出，为冶炼工艺带来一系列问题。
含钨70％-80％的钨铁的熔化温度达2700-3000℃。用电炉法冶炼钨铁时，合金在炉内呈半熔的黏稠状态，无法从炉内流出。因此，生产钨铁一般采用“积块法”、“取铁法”以及“炉外法”。积块法生产钨铁是把钨精矿和作为还原剂的沥青焦、硅铁，以及作为造渣剂的萤石、镁砂加入到小型300-2500kVA碳或镁质衬的单相或三相电炉内，进行还原而制得的，为方便地取出合金块，采用可拆开的炉壳，并且炉体能从电极下面拉出来。为了在熔炼过程中放出炉渣，炉子应能倾动，其倾角为20-25°。取铁法生产钨铁是在2500-3500kVA可倾动的三相矿热炉内，采用沥青焦和硅铁作为还原剂、以间断式的操作方法进行熔炼的，熔炼好的半熔态钨铁，用铸铁勺子并借助挖铁机从炉内挖出。炉外法生产钨铁是以铝粉或铝粉和硅铁粉作还原剂还原钨精矿的，为了补充热量，炉料中常加入适量铁鳞或预热炉料，我国不用这种方法生产钨铁。积块法的工艺较为陈旧，产品含碳高，渣铁分离不理想，精整时较为困难，质量差，目前很少采用。取铁法生产工艺复杂，生产工艺要求连续性强，没有数月的原料和辅助材料贮备，不能组织开炉生产，生产适应性太差。另外，上述几种传统工艺方法制备钨铁合金耗能高、污染严重，在实际生产中受到很大的限制。
发明内容
本发明提供一种微波加热生产钨铁合金的方法，相比传统工艺具有无需浇铸、直接水淬，具有获取合金方便、简单、快速的优点，另外还具有耗能低、污染小的优点。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案，
一种微波加热生产钨铁合金的方法，按照以下步骤进行：
a.研磨：将钨精矿、铁精矿、硅铁和兰炭分别放到球磨机中进行研磨，研磨成钨精矿粉、铁精粉、硅铁粉和兰炭粉；
b.混匀：将步骤a中研磨成的钨精矿粉、铁精粉、硅铁粉和兰炭粉按照重量份数配比为85～95：6～10：8～13：10～15的比例加入到混匀机中进行搅拌混匀；
c.压球：用压球机将混匀的钨精矿粉、铁精粉、硅铁粉和兰炭粉压制成球；
d.烘干：将步骤c中压制的球放入到烘干箱中进行烘干；
e.冶炼：将步骤d中烘干的球放进坩埚，然后将球和坩埚一起放入到微波炉中，熔炼2.5h，熔炼温度为1350～1450℃；
f.冷却：采用直接水淬的方法，把坩埚和合金放到水里急冷，渣铁分离后，制得钨铁合金。
步骤a中研磨后，钨精矿粉的目数为40～150，铁精粉的目数为60～130，硅铁粉的目数为70～130，兰炭粉的目数为10～40。
步骤b中，配碳系数为理论需碳量的1.1～1.5。
步骤c中的压球机的压力为15～18Mpa，压制时间为10min。
步骤c中压制的球为长40mm×宽30mm×厚15mm的椭圆形。
步骤d中烘干箱的烘干温度为100～120℃，保温时间1～3h。
本发明的有益效果是：
1.采用微波加热，使物料本身成为发热体，这样能够使物料在加热过程中受热均匀，避免了传统加热方式中存在的冷中心问题；加热过程中，物质的原子和分子发生高速振动，从而为还原反应建立更为有利的环境，有利于还原反应的发生，进而降低能耗；加热速度快、还原剂碳的还原能力增强；传统的矿热炉加热生产1t钨铁合金消耗的电能是7000KW/h，而本发明采用微波加热使物料迅速达到还原反应所需温度，电力消耗低，生产1t钨铁合金消耗的电能是3500KW/h。
2.微波是一种高频电磁波，微波对处于微波场下的物料发生作用，组成物料的原子和分子在电场作用下被电离而极化，形成极化分子，物料内的极化分子随着微波电磁场的交替变化，发生高频振荡，由于是利用微波加热物料，产生的污染很小。
3.无需浇铸，直接水淬，获取钨铁合金方便简单。
4.产品质量高，生产出的钨铁合金中钨含量为70-75％，含铁20-28％，C、P、S等杂质含量极低。
具体实施方式
本发明提供一种微波加热生产钨铁合金的方法，按照以下步骤进行：
a.研磨：将钨精矿、铁精矿、硅铁和兰炭分别放到球磨机中进行研磨，研磨成钨精矿粉、铁精粉、硅铁粉和兰炭粉；研磨后，钨精矿粉的目数为40～150，铁精粉的目数为60～130，硅铁粉的目数为70～130，兰炭粉的目数为10～40；
其中，钨精矿的WO3含量≥37.97％，TFe含量≥7.45％；
铁精矿的TFe含量≥61.88％，SiO2含量≤25.24％，Al2O3含量≤1.64％，CaO含量≥0.86％，MgO含量≥1.07％；
硅铁的Si含量≥72％，Fe含量≥27％；
兰炭的固定碳含量为86％，挥发分含量为4％，灰分含量为10％。
b.混匀：将步骤a中研磨成的钨精矿粉、铁精粉、硅铁粉和兰炭粉按照重量份数配比为85～95：6～10：8～13：10～15的比例加入到混匀机中进行搅拌混匀；其中，配碳系数为理论需碳量的1.1-1.5。
c.压球：用压球机将混匀的钨精矿粉、铁精粉、硅铁粉和兰炭粉压制成球；压球机的压力为15～18Mpa，压制时间为10min；压制的球为长40mm×宽30mm×厚15mm的椭圆形。
d.烘干：将步骤c中压制的球放入到烘干箱中进行烘干；烘干温度为100～120℃，保温时间1～3h。
e.冶炼：将步骤d中烘干的球放进坩埚，然后将球和坩埚一起放入到微波炉中，熔炼2.5h，熔炼温度为1350～1450℃。
f.冷却：采用直接水淬的方法，把坩埚和合金放到水里急冷，渣铁分离后，制得钨铁合金。
本发明钨铁生产工艺中，采用硅铁和兰炭作为还原剂，利用WO3与还原剂反应，生成碳化钨和CO。铁精粉的作用是保证钨铁比，使最终产生的钨铁合金里面含有足够的铁。硅铁和兰炭作为钨矿的还原剂，促进还原反应的发生。本发明生产工艺代替了传统冶炼工艺中以硅铁和铝粒作还原剂，降低了冶炼还原反应温度，有利于WO3的充分还原。
本发明制备的钨铁合金产品质量高，生产出的钨铁合金中钨含量为70-75％，含铁20-28％，C、P、S等杂质含量极低。
下面结合实施例对本发明进行详细的描述。
实施例1
一种微波加热生产钨铁合金的方法，按照以下步骤进行：
a.研磨：将钨精矿、铁精矿、硅铁和兰炭分别放到球磨机中进行研磨，研磨成钨精矿粉、铁精粉、硅铁粉和兰炭粉；其中，钨精矿粉的目数为40～80，铁精粉的目数为60～90，硅铁粉的目数为70～100，兰炭粉的目数为10～20；
b.混匀：将步骤a中研磨成的钨精矿粉、铁精粉、硅铁粉和兰炭粉按照重量份数配比为90：6：10：10的比例加入到混匀机中进行搅拌混匀；配碳系数为理论需碳量的1.12；
c.压球：用压球机将混匀的钨精矿粉、铁精粉、硅铁粉和兰炭粉压制成球；其中，压球机的压力为17Mpa，压制时间为10min；压制的球为长40mm×宽30mm×厚15mm的椭圆形；
d.烘干：将步骤c中压制的球放入到烘干箱中进行烘干；烘干箱的烘干温度为110℃，保温时间2h；
e.冶炼：将步骤d中烘干的球放进坩埚，然后将球和坩埚一起放入到微波炉中，熔炼2.5h，熔炼温度为1350℃；
f.冷却：采用直接水淬的方法，把坩埚和合金一起放到水里急冷，渣铁分离后，制得钨铁合金。
实施例2
一种微波加热生产钨铁合金的方法，按照以下步骤进行：
a.研磨：将钨精矿、铁精矿、硅铁和兰炭分别放到球磨机中进行研磨，研磨成钨精矿粉、铁精粉、硅铁粉和兰炭粉；其中，钨精矿粉的目数为80～150，铁精粉的目数为90～130，硅铁粉的目数为100～130，兰炭粉的目数为20～40；
b.混匀：将步骤a中研磨成的钨精矿粉、铁精粉、硅铁粉和兰炭粉按照重量份数配比为95：7：11：12的比例加入到混匀机中进行搅拌混匀；配碳系数为理论需碳量的1.14；
c.压球：用压球机将混匀的钨精矿、铁精粉、硅铁粉和兰炭粉压制成球；其中，压球机的压力为15Mpa，压制时间为10min；压制的球为长40mm×宽30mm×厚15mm的椭圆形；
d.烘干：将步骤c中压制的球放入到烘干箱中进行烘干；烘干箱的烘干温度为100℃，保温时间1.5h；
e.冶炼：将步骤d中烘干的球放进坩埚，然后将球和坩埚一起放入到微波炉中，熔炼2.5h，熔炼温度为1400℃；
f.冷却：采用直接水淬的方法，把坩埚和合金放到水里急冷，渣铁分离后，制得钨铁合金。
实施例3
一种微波加热生产钨铁合金的方法，按照以下步骤进行：
a.研磨：将钨精矿、铁精矿、硅铁和兰炭分别放到球磨机中进行研磨，研磨成钨精矿粉、铁精粉、硅铁粉和兰炭粉；其中，钨精矿粉的目数为40～80，铁精粉的目数为60～90，硅铁粉的目数为70～100，兰炭粉的目数为10～20；
b.混匀：将步骤a中研磨成的钨精矿粉、铁精粉、硅铁粉和兰炭粉按照重量份数配比为85：10：8：15的比例加入到混匀机中进行搅拌混匀；配碳系数为理论需碳量的1.25；
c.压球：用压球机将混匀的钨精矿粉、铁精粉、硅铁粉和兰炭粉压制成球；其中，压球机的压力为18Mpa，压制时间为10min；压制的球为长40mm×宽30mm×厚15mm的椭圆形；
d.烘干：将步骤c中压制的球放入到烘干箱中进行烘干；烘干箱的烘干温度为115℃，保温时间3h；
e.冶炼：将步骤d中烘干的球放进坩埚，然后将球和坩埚一起放入到微波炉中，熔炼2.5h，熔炼温度为1450℃；
f.冷却：采用直接水淬的方法，把坩埚和合金放到水里急冷，渣铁分离后，制得钨铁合金。
实施例4
一种微波加热生产钨铁合金的方法，按照以下步骤进行：
a.研磨：将钨精矿、铁精矿、硅铁和兰炭分别放到球磨机中进行研磨，研磨成钨精矿粉、铁精粉、硅铁粉和兰炭粉；其中，钨精矿粉的目数为80～150，铁精粉的目数为90～130，硅铁粉的目数为100～130，兰炭粉的目数为20～40；
b.混匀：将步骤a中研磨成的钨精矿粉、铁精粉、硅铁粉和兰炭粉按照重量份数配比为87：9：13：13的比例加入到混匀机中进行搅拌混匀；配碳系数为理论需碳量的1.22；
c.压球：用压球机将混匀的钨精矿粉、铁精粉、硅铁粉和兰炭粉压制成球；其中，压球机的压力为16Mpa，压制时间为10min；压制的球为长40mm×宽30mm×厚15mm的椭圆形；
d.烘干：将步骤c中压制的球放入到烘干箱中进行烘干；烘干箱的烘干温度为120℃，保温时间1h；
e.冶炼：将步骤d中烘干的球放进坩埚，然后将球和坩埚一起放入到微波炉中，熔炼2.5h，熔炼温度为1370℃；
f.冷却：采用直接水淬的方法，把坩埚和合金放到水里急冷，渣铁分离后，制得钨铁合金。

Claims (6)

1.一种微波加热生产钨铁合金的方法，其特征在于，按照以下步骤进行：
a.研磨：将钨精矿、铁精矿、硅铁和兰炭分别放到球磨机中进行研磨，研磨成钨精矿粉、铁精粉、硅铁粉和兰炭粉；
b.混匀：将步骤a中研磨成的钨精矿粉、铁精粉、硅铁粉和兰炭粉按照重量份数配比为85～95：6～10：8～13：10～15的比例加入到混匀机中进行搅拌混匀；
c.压球：用压球机将混匀的钨精矿粉、铁精粉、硅铁粉和兰炭粉压制成球；
d.烘干：将步骤c中压制的球放入到烘干箱中进行烘干；
e.冶炼：将步骤d中烘干的球放进坩埚，然后将球和坩埚一起放入到微波炉中，熔炼2.5h，熔炼温度为1350～1450℃；
f.冷却：采用直接水淬的方法，把坩埚和合金放到水里急冷，渣铁分离后，制得钨铁合金。
2.根据权利要求1所述微波加热生产钨铁合金的方法，其特征在于：所述的步骤a中研磨后，钨精矿粉的目数为40～150，铁精粉的目数为60～130，硅铁粉的目数为70～130，兰炭粉的目数为10～40。
3.根据权利要求1所述微波加热生产钨铁合金的方法，其特征在于：所述步骤b中，配碳系数为理论需碳量的1.1～1.5。
4.根据权利要求1所述微波加热生产钨铁合金的方法，其特征在于：所述的步骤c中的压球机的压力为15～18Mpa，压制时间为10min。
5.根据权利要求1所述微波加热生产钨铁合金的方法，其特征在于：所述步骤c中压制的球为长40mm×宽30mm×厚15mm的椭圆形。
6.根据权利要求1所述微波加热生产钨铁合金的方法，其特征在于：所述步骤d中烘干箱的烘干温度为100～120℃，保温时间1～3h。
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