CN109913743B

CN109913743B - 一种利用碳化钼和氧化铁制备钼铁的方法

Info

Publication number: CN109913743B
Application number: CN201910350397.XA
Authority: CN
Inventors: 张国华; 常贺强; 周国治
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2019-04-28
Filing date: 2019-04-28
Publication date: 2021-02-05
Anticipated expiration: 2039-04-28
Also published as: CN109913743A

Abstract

本发明公开了一种利用碳化钼和氧化铁制备钼铁的方法，属于铁合金领域。该方法包括：根据目标钼铁对钼含量和碳含量的要求配入摩尔比为1:1.5~4:1的碳化钼和氧化铁，同时根据冶炼钼铁所需的Fe量配入相应的铁质添加剂；将以上原料进行混料，充分混匀，并压块成型形成块状原料；将所述块状原料放入惰性气体保护的高温炉中进行保温，反应完成后在惰性气氛中进行冷却；将冷却后的原料进行破碎获得满足炼钢要求的钼铁。本发明在成本、环保和能耗等方面相较传统钼铁冶炼工艺具有明显的优势，具有较高的商业价值，适合大规模工业生产。

Description

一种利用碳化钼和氧化铁制备钼铁的方法

技术领域

本发明属于铁合金领域，具体涉及一种利用碳化钼和氧化铁制备钼铁的方法。

背景技术

钼铁是是钼和铁组成的铁合金，一般含钼50~75%，常用作炼钢添加剂。钢中加入钼后，能够赋予钢材均匀的微晶结构，提高晶粒粗化温度，显著改善钢的淬透性、韧性、高温强度和蠕变性能等。目前，几乎所有的钢材中都加入了一定量的钼，含量一般在0.1~10%之间。钼主要应用于冶炼弹簧钢、结构钢、工具钢、轴承钢、不锈耐酸钢、耐热钢等具有特殊物理性能的合金。在大多数钢铁企业内，钼通常以钼铁、氧化钼块或钼条的形式加入钢液，其中使用量最大的为钼铁。

目前生产钼铁的方法主要有两种：一是以生产低碳钼铁为主的炉外金属热还原法，另一种是以生产高碳钼铁为主的电炉碳还原积块法。虽然目前钼铁生产已经趋于成熟，但仍存在一定问题，如这两种方法都是以钼焙砂作为钼源，钼焙砂是由钼精矿氧化焙烧等一系列处理后制备的含钼料，这一过程会产生大量的污染性气体SO₂，是整个钼工业生产过程中最大的污染源之一，为避免这一过程，本发明使用碳热还原钼精矿或者碳酸钠(或氧化钙)辅助碳热还原钼精矿制备的碳化钼作为含钼原料，该种方法制备碳化钼的过程没有污染性气体SO₂的排出，钼精矿中的S首先被脱硫剂硫化碳、硫化钠或硫化钙的形式固定，可通过水洗或酸洗去除并回收，极大降低了对环境的污染。另一方面，两种主要的钼铁生产过程都需要生成液相并造渣，因而需要较多能耗，其中低碳钼铁的生产过程还需要加入硝石和萤石，这同时也造成了对环境的污染。本发明直接使用碳化钼、氧化钼和铁屑，温度在钼铁熔点以下即可制备钼铁，能够很大程度上降低能耗，减少对环境的污染。

发明内容

本发明提供一种钼铁的制备方法，以碳化钼、氧化铁、铁质添加剂为主要原料，经过一系列处理步骤，制备获得所述钼铁，能够满足炼钢的要求，缩短由钼精矿到钼铁的制备流程，减少对环境的污染，降低生产成本，提高生产效率。该生产过程极易操作，有望大量工业生产，具有极高的商业价值。

根据本发明的第一方面，提供了一种利用碳化钼和氧化铁制备钼铁的方法，所述方法以碳化钼、氧化铁、铁质添加剂为主要原料，制备获得所述钼铁。

进一步的，所述方法具体包括以下步骤：

步骤1：根据目标钼铁对钼含量和碳含量的要求配入摩尔比为1:1.5~4:1的碳化钼和氧化铁，同时根据冶炼钼铁所需的Fe量配入相应的铁质添加剂；

步骤2：将以上原料进行混料，充分混匀，并压块成型形成块状原料；

步骤3：将所述块状原料放入惰性气体保护的高温炉中进行保温，反应完成后在惰性气氛中进行冷却；

步骤4：将冷却后的原料进行破碎获得满足炼钢要求的钼铁。

进一步的，所述碳化钼包括Mo₂C和/或MoC。

进一步的，所述氧化铁包括FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄或三者的混合物，也可用铁鳞、铁红或铁黑替代。

进一步的，所述铁质添加剂为纯Fe单质或钢屑。

进一步的，步骤2中所述的混料方式包括研磨、搅拌、球磨。

进一步的，步骤3中的保温反应条件为：在1000~1700^oC温度范围内保温0.5~20h。

进一步的，步骤3中的冷却反应条件为：在惰性气氛中进行冷却至25~200^oC。

进一步的，步骤3中所述的惰性气体包括氩气和/或氮气。

进一步的，步骤4所述的破碎方式包括人工破碎、机械破碎、水破碎或三种方式的混合。

根据本发明的第二方面，提供一种根据如上任一方面所述的方法制得的钼铁，所制备的钼铁中，Mo含量为：55~75%，Fe含量为：25~50%，C含量为：0.1~3%，Si含量为：0.1~2.5%，S含量为0.02~0.2%，P含量为0.02~0.10%，Cu含量为0.05~1.5%，其它微量元素可忽略不计。

根据本发明的第三方面，提供一种如前一方面制备的钼铁作为炼钢添加剂在炼钢过程中应用。

本发明的有益技术效果：

（1）本发明以碳热还原钼精矿制备的碳化钼作为钼铁生产的原料，相比传统钼铁冶炼使用的含钼原料钼焙砂，碳化钼的制备过程比钼焙砂的制备过程更加环保，从原料的选择上降低了对环境的污染。并且在钼铁生产过程中碳化钼不存在传统钼铁生产过程中MoO₃挥发的问题，能够获得更高的钼收得率。

（2）本发明的原料中脱碳剂氧化铁的使用可以降低对碳化钼中碳含量的要求，大大降低了对碳化钼制备的要求，从原料上降低了生产成本，脱碳剂氧化铁的使用可以调节钼铁产物中的碳含量，根据需求制备不同碳含量的钼铁。

（3）本发明反应温度较低，在钼铁熔点以下反应即可完成钼铁制备，相较于传统钼铁生产过程中所必需的熔化造渣等过程极大降低了能耗。

（4）本发明制备的钼铁经破碎规整后可满足炼钢要求，具有较高的商业价值，适合大规模工业生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1示出根据本发明的钼铁制备方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

根据本发明的钼铁制备方法以碳化钼、氧化铁和铁质添加剂为主要原料，将上述原料按一定比例混合均匀，压块成型，并将压好样品放入高温炉中在惰性气氛的保护下反应一定的时间，即可获得可供炼钢的钼铁。本发明的原料之一碳化钼是由碳热还原钼精矿制备，也可以使用通过其他方式回收的碳化钼废料。本发明生产过程中碳化钼不存在传统钼铁生产过程中MoO₃挥发的问题，能够获得更高的钼收得率。本发明的原料中脱碳剂氧化铁的使用可以根据需求制备不同碳含量的钼铁。原料中所用到的氧化铁和铁质添加剂可以用钢厂生产过程的废料铁鳞和钢屑等替代，促进了钢厂内部废料的循环利用，减少了对环境的污染，降低钼铁生产的成本。本发明在钼铁熔点以下反应即可完成钼铁制备，相较于传统钼铁生产极大降低了能耗。因此，本发明在成本、环保和能耗等方面相较传统钼铁冶炼工艺具有明显的优势，具有较高的商业价值，适合大规模工业生产。

如图1所示，所述方法包括以下步骤：

步骤101：根据目标钼铁对钼含量和碳含量的要求配入摩尔比为1:1.5~4:1的碳化钼和氧化铁，同时根据冶炼钼铁所需的Fe量配入相应的铁质添加剂；

步骤102：将原料进行混料，充分混匀，并压块成型；

步骤103：将得到的块状原料，放入惰性气体保护的高温炉炉中，在1000~1700^oC温度范围内保温0.5~20h，反应完成后在惰性气氛中进行冷却至25~200^oC；

步骤104：将冷却后的样品进行破碎即可获得满足炼钢要求的钼铁。

所述的碳化钼包括Mo₂C和/或MoC；所述的氧化铁包括FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄或三者的混合物，还可用铁鳞、铁红或铁黑替代；所述的铁质添加剂不仅限于纯的Fe单质，还可用钢屑替代；所述的混料方式包含研磨、搅拌、球磨；所述的惰性气体包含氩气和氮气；所述的破碎方式包括人工破碎、机械破碎、水破碎或三种方式的混合。

根据本发明所制备的钼铁Mo含量为：55~75%，Fe含量为：25~5%，C含量为：0.1~3%，Si含量为：0.1~2.5%，S含量为0.1~0.2%，P含量为0.05~0.10%，Cu含量为0.05~1.5%，其它微量元素可忽略不计。

实施例1

本发明以Mo₂C、Fe₂O₃和Fe粉为原料，按Mo₂C、Fe₂O₃、Fe摩尔比为3：1：4.8配料，然后将配好的原料混合均匀，压块。将样品放入高温气氛炉中，氩气气氛保护，反应温度设定在1500^oC并在当前温度下保温2h，反应完成后在氩气条件下冷却至200^oC，冷却样品经水破碎后得到钼铁产品。经化学元素分析表明，制备的钼铁中含Mo:59.5%，含Fe：39.3%，含C：0.1%，含Si：0.5%，S含量为0.06%，P含量为0.050%，Cu含量为0.4%。

实施例2

实施例2与实施例1基本相同，不同之处在于：

将实施例1中Fe₂O₃替换为Fe₃O₄，Fe粉替换为钢屑，按Mo₂C、Fe₃O₄、钢屑摩尔比为4：1：1.8配料，然后将配好的原料混合均匀，压块。将样品放入高温气氛炉中，氩气气氛保护，反应温度设定在1700^oC并在当前温度下保温0.5h，反应完成后在氩气条件下冷却至100^oC，冷却样品经机械破碎后得到钼铁产品。经化学元素分析表明，制备的钼铁中含Mo:69%，含Fe：29.5%，含C：1%含Si：0.1%，S含量为0.15%，P含量为0.040%，Cu含量为0.15%。

实施例3

实施例3与实施例1基本相同，不同之处在于：

将实施例1中的Mo₂C替换为MoC，Fe₂O₃替换为FeO，Fe粉替换为钢屑，按MoC、FeO、钢屑摩尔比为1：1：0.4配料，然后将配好的原料混合均匀，压块。将样品放入高温气氛炉中，氮气气氛保护，反应温度设定在1000^oC并在当前温度下保温20h，反应完成后在氮气条件下冷却至25^oC，冷却样品经人工破碎后得到钼铁产品。经化学元素分析表明，制备的钼铁中含Mo:56%，含Fe：41%，含C：2%，含Si：0.3%，S含量为0.08%，P含量为0.10%，Cu含量为0.4%。

Claims

1.一种利用碳化钼和氧化铁制备钼铁的方法，其特征在于，所述方法以碳化钼、氧化铁、铁质添加剂为主要原料，制备获得所述钼铁，所述方法具体包括以下步骤：

步骤1：根据目标钼铁对钼含量和碳含量的要求配入一定摩尔比的碳化钼和氧化铁，同时根据冶炼钼铁所需的Fe量配入相应的铁质添加剂；

步骤4：将冷却后的原料进行破碎获得满足炼钢要求的钼铁。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳化钼包括Mo₂C和/或MoC；所述氧化铁包括且不限于FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄或三者的混合物，还可用铁鳞、铁红或铁黑替代；所述铁质添加剂包括且不限于纯Fe单质或钢屑。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中所述碳化钼和氧化铁的摩尔比为1:1.5~4:1。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中所述的混料方式是研磨、搅拌或球磨。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中的保温反应条件为：在1000~1700^oC温度范围内保温0.5~20h。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中的冷却反应条件为：在惰性气氛中进行冷却至25~200^oC。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中所述的惰性气体包括氩气和/或氮气。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4所述的破碎方式包括人工破碎、机械破碎、水破碎或三种方式的混合。

9.一种根据权利要求1至7中任一项所述方法制备的钼铁，所制备的钼铁中，Mo含量为：55~75%，Fe含量为：25~50%，C含量为：0.1~3%，Si含量为：0.1~2.5%，S含量为0.02~0.2%，P含量为0.02~0.10%，Cu含量为0.05~1.5%，其它微量元素忽略不计。

10.一种根据权利要求9所述的钼铁作为炼钢添加剂在炼钢过程中应用。