全白鎢礦和氧化鉬直接還原冶煉工模具鋼研究.pdf

1、氧化物礦直接還原冶煉工模具鋼，可以省去鐵合金生產(chǎn)過程，減少環(huán)境污染，節(jié)約資源與能源，是經(jīng)濟(jì)效益顯著的煉鋼工藝，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。國內(nèi)外一些研究者對鎢精礦和氧化鉬的直接合金化進(jìn)行了一些研究，但是由于針對還原過程的基礎(chǔ)理論研究甚少，冶煉工藝存在不少問題，如：白鎢礦、氧化鉬的加入量有限；還原速度慢；鎢、鉬元素的收得率較低；冶煉過程容易出現(xiàn)大渣量、大沸騰現(xiàn)象等，制約了白鎢礦和氧化鉬直接還原合金化工藝的發(fā)展。 本文對白鎢礦和氧化鉬直接還

2、原合金化工藝進(jìn)行了較為系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論研究，開發(fā)了完全用白鎢礦和氧化鉬代替鎢鐵和鉬鐵冶煉高鎢、高鉬工模具鋼工藝，并在出鋼量20t的電弧爐上進(jìn)行了多爐工業(yè)試驗，獲得成功。 將白鎢礦和氧化鉬的還原過程，按反應(yīng)溫度的不同分為固-固反應(yīng)、液-固反應(yīng)、鐵浴反應(yīng)和液-液反應(yīng)等多種還原反應(yīng)。推導(dǎo)了碳、硅、錳、鐵、鋁、碳化鈣和碳化硅7種還原劑還原WO3、CaWO4、MoO3和CaMoO4在不同條件下的熱力學(xué)數(shù)據(jù)，并且繪制了相應(yīng)的△G0-T關(guān)系圖。

3、建立了CaO-SiO2-FeO-MoO3和CaO-SiO2-FeO-WO3四元渣系組分活度計算模型，通過此模型計算白鎢礦和氧化鉬還原反應(yīng)的實際自由能。結(jié)果表明：在高溫條件下碳化硅的反應(yīng)性能要優(yōu)于硅和碳，但在較低溫度下，還原性能卻不如硅鐵等還原劑。爐渣氧化性對鋼液中鎢含量影響較大，為保證鎢不受氧化，應(yīng)保證爐渣氧化性很低，且將爐渣堿度降低到1.50以下。而鋼中鉬不容易被(FeO)氧化。 氧化鉬在空氣中很容易揮發(fā)，揮發(fā)表面積越大、溫度

4、越高，氧化鉬的揮發(fā)速率就越大。還原劑和鋼液在一定程度上都能抑制氧化鉬的揮發(fā)，因此用氧化鉬冶煉工模具鋼過程中，氧化鉬的揮發(fā)可以被有效地控制。 動力學(xué)分析表明：白鎢礦的還原主要在鐵浴過程和液一液過程完成，在高溫電弧作用下，白鎢礦熔化時間很短，但在遠(yuǎn)離高溫電弧區(qū)域，白鎢礦難熔化，將上浮到頂渣中。高溫電弧區(qū)域，白鎢礦在鋼液中的鐵浴還原公式(以[Si]還原為例)如下：r0ρCawo4/Mcawo4dR/dτ=2(1-R)2/3βmlc[s

5、i]對于單一還原劑(如[Si]、[C]等)還原渣中白鎢礦的公式為：(％CaWO4)/(％CaWO4)0=exp(-ksτ)=exp(-βs·A/∨s·τ)還原過程的限制性環(huán)節(jié)是CaWO4在熔渣中的擴(kuò)散，還原進(jìn)程與(CaWO4)的傳質(zhì)系數(shù)及反應(yīng)界面有關(guān)。加強(qiáng)熔池攪拌可改善鋼渣反應(yīng)動力學(xué)條件。氧化鉬在固態(tài)下很容易與碳粉發(fā)生還原反應(yīng)，氧化鉬的低溫還原反應(yīng)過程，不僅存在固體碳與固體氧化鉬所發(fā)生的還原反應(yīng)，還存在氣態(tài)氧化鉬與固體碳所發(fā)生的直接還原

6、反應(yīng)。與CaWO4相比，CaMoO4的高溫反應(yīng)動力學(xué)條件更優(yōu)越。碳化硅在高溫下反應(yīng)動力學(xué)條件優(yōu)越，并且它與鋼液中[Si]、[C]等元素相比，受吹氧助熔的影響要小。完全用白鎢礦代替鎢鐵冶煉高鎢鋼，應(yīng)選擇以碳化硅為主還原劑，單加氧化鉬冶煉含鉬鋼時，應(yīng)以碳作主還原劑。當(dāng)氧化鉬和白鎢礦同時加入時，應(yīng)注意將氧化鉬和白鎢礦分開加入。 在20t電弧爐上進(jìn)行了完全用白鎢礦和氧化鉬代替鎢鐵和鉬鐵冶煉M2高速鋼、3Cr2W8V熱作模具鋼工業(yè)試驗，獲

7、得成功。鎢、鉬元素收得率與傳統(tǒng)鎢鐵、鉬鐵冶煉工藝相當(dāng)，并且抑制了冶煉過程大沸騰現(xiàn)象，降低了冶煉過程渣量。物理檢驗結(jié)果低倍組織、非金屬夾雜及成材率均與現(xiàn)行的冶煉工藝相當(dāng)。顯著降低了冶煉成本，冶煉M2高速鋼每使用1噸白鎢礦可節(jié)約3583元，每使用1噸氧化鉬可節(jié)約10490元；冶煉3Cr2W8V熱作模具鋼使用1噸白鎢礦可節(jié)約3011元。 本課題的意義，不僅能使我國鎢、鉬資源得到有效利用，還能減輕環(huán)境污染，社會、經(jīng)濟(jì)效益都將很顯著。