【word】 用白鎢精礦冶煉鎢鐵工藝的探討

1、用白鎢精礦冶煉鎢鐵工藝的探討2011年第3期總第218期鐵合金ferro-alloys2011no.3tot.218用白鎢精礦冶煉鎢鐵工藝的探討張晶濤邱海波(中鋼集團吉林鐵合金股份有限公司吉林中國132002)摘要在鎢鐵冶煉中,采用白鎢精礦替代部分黑鎢精礦冶煉鎢鐵,通過改進工藝,在精煉取鐵期和貧化期分別配加一定量的低磷,低氧化鈣,高氧化鐵等黑鎢精礦和白鎢精礦,可大幅度降低鎢鐵生產(chǎn)成本,并取得顯著效益.關鍵詞冶煉鎢鐵白鎢精礦工藝中圖分類號tf652.3文獻標識碼b文章編號10011943(2011)03001206discussiononsmeltingferrotungstenwithshee

2、liteconcentratezhangjingtaoqiuhaibo(sinosteeljilinferroalloysco.,ltd.,jilin132002,china)abstractinsmeltingferrotungsten.usingsheeliteconcentratetosubstitutepartlywolframiteconcentrate.byreformingprocess,charginganenormousamountoflowphosphorous,lowcalciumoxideandhighironoxideduringrefining,pickingand

3、dilutingstagesrespectively,thencandecreasetheferrotungstenproductioncostandobtainobviousbenefit.keyworsheeliteconcentrate,smelt,ferrotungsten,technology刖吾中國是鎢資源大國,鎢的遠景儲量使用年限在100年以上,經(jīng)過5o多年的開采,黑鎢礦資源面臨枯竭.在我國已探明可利用的380萬噸鎢資源總量中,白鎢礦占70%以上,因此,鎢鐵冶煉以白鎢礦為主將是必然趨勢.在鎢鐵成本中,黑鎢精礦占總成本的85%以上.因黑鎢精礦價格上漲,使冶煉鎢鐵的成本不斷上升,市場

4、上黑鎢精礦價格居高不下,而白鎢精礦價格比黑鎢精礦便宜,為降低鎢鐵生產(chǎn)成本,提高鎢鐵成本的競爭力,中鋼吉鐵公司決定用白鎢精礦代替部分黑鎢精礦達到降成本的目的.因此,如何利用現(xiàn)有的鎢鐵冶煉設備和操作工藝適應鎢精礦原料的變化,已成為鎢鐵冶煉研究的課題.1冶煉技術難點分析和措施1.1技術難點分析白鎢精礦,即鎢酸鈣礦(cawo)系,密度為5.96.1g/cm.,硬度為4.55.0,顏色由灰白至淺黃,wo,含量70%80%,cao含量在10%以上.白鎢精礦冶煉的技術難點有三方面:首先由于白鎢精礦一般采用浮選法進行選礦,所以產(chǎn)出的白鎢精礦晶粒很細,約180目.在現(xiàn)有螺旋加料機加料的條件下,很難把過細的白鎢精

5、礦加入爐內(nèi),損失大,隨煙表1鎢精礦,鎢鐵中雜質(zhì)含量表%tab.1theimpuritycontentofsheeliteconcentrateandferrotungsten%作者簡介張晶濤男,1974年9月出生,1997年畢業(yè)于遼寧科技學院,工程師,現(xiàn)從事鐵合金生產(chǎn)及管理工作.收稿15t期20101211第3期張晶濤等用白鎢精礦冶煉鎢鐵工藝的探討氣抽走的部分通過除塵器也很難收回,白鎢精礦的人爐量也隨之減少,造成回收率降低,鎢鐵生產(chǎn)成本升高;其次,白鎢精礦中cao含量較高,feo和mno含量相對比較低,造成冶煉時爐溫低,鐵的流動性不好,挖鐵難;再次,合金中的雜質(zhì)元素比較難控制,其中磷表現(xiàn)得尤為

6、突出,見表1.由表1可以看出,如果鎢精礦中氧化鈣含量高時,在相同的配料條件下,各爐成品鐵之問的磷含量從0.0396到0.0647之間波動特別大.1.2措施1.2.1改變加料工藝針對白鎢精礦晶粒細,飛揚損失大,難入爐的問題,可通過改變原有的加料工藝,即由螺旋加料機加料改為整包加料.螺旋加料機加料的工藝流程如下:(1)用天車將料袋吊到配料平臺上.(2)用刀割開料袋,將料加入料倉內(nèi)(第1次飛揚).(3)將料倉內(nèi)的鎢精礦放到料罐內(nèi)(第2次飛揚).(4)將料罐吊到鎢鐵爐上料倉并放進料倉(第3次飛揚).(5)將爐上料倉內(nèi)料用螺旋加料機加到爐內(nèi)(第4次飛揚).用螺旋加料機加料工藝共有4次飛揚損失,第四次飛揚

7、損失更為嚴重.因為下料口距熔池還有一段距離,鎢精礦下落時,爐內(nèi)熱氣流大,粒度小的白鎢精礦全部被煙氣帶走,無法收回.整包加料工藝流程如下:(1)用人工將料袋裝到配料斗內(nèi).(2)用天車將料斗內(nèi)的鎢精礦倒在料盤內(nèi).(3)將料盤內(nèi)的鎢精礦用挖鐵機加入爐內(nèi)(有少量飛揚).整包加料工藝過程中,只有在最后向爐內(nèi)加料時才有少量飛揚,但此過程的飛揚損失還可以減少.可采取覆蓋法進行加料,即先加一斗粒度好的鎢精礦,將熔池內(nèi)的渣子蓋住,再加一斗白鎢精礦,最后加粒度好的鎢精礦,將白鎢精礦夾在中間,減少了飛揚損失.1.2.2熱平衡分析針對用白鎢精礦冶煉鎢鐵時,爐溫低,鐵的流動性不好,挖鐵難的問題,對鎢鐵冶煉的熱平衡進行分

8、析如下:1/3wo3(】1+c:1/3wfs1+cot(1)g=141900285t2/3wo3(1)+si(1):2/3w()+sio2()(2)ag=一382000+35.1tfeo(1)+cfe(1)+cof(3)ag=226800255.2t2feo/1)十si(1)2fe(1)+sio2()(4)ag=一407100+117.2tmno()+cmn(.)+cot(5)g=537500316.8mno()+si()-+mn()+sio2()(6)g=一96600+3.3caos一ca0(1】氧化鈣熔點為2600oc,熔化熱為:79.5kj/mol,是吸熱反應.鎢鐵冶煉熱平衡見表2.由表

9、2可以看出,氧化鐵和氧化錳反應放熱占總熱量的4.56%,氧化鈣參加的反應又為吸熱反應;而白鎢精礦中的氧化鈣含量在10%以上,是黑鎢精礦中的5倍.白鎢精礦中氧化鐵和氧化錳含量之和約為3%,黑鎢精礦中氧化鐵和氧化錳含量之和約為18%,是白鎢精礦的6倍左右.白鎢精礦參加化學反應放出的熱量較少,鐵含量低,鎢含量高,致使爐溫低,鐵的流動性不好,鐵難挖.針對冶煉情況的變化,改變配料比和加料順序,在精煉取鐵期只配黑鎢精礦,增加氧化鐵和氧化錳的含量,使化學反應放熱多,鐵含量增加,鎢含量降低,以提高爐溫,增加鎢鐵的流動性,并盡量縮短精煉取鐵時間,增加貧化時間.在貧化期配加白鎢精礦,充分利用電能熔化白鎢精礦,并在

10、原有的硅鐵消耗基礎上適當增加硅鐵用量,保證冶煉反應所需的溫度.1.2.3脫磷反應的機理在鎢鐵冶煉操中,主要分3期進行操作.即精煉期,取鐵期和貧化期.精煉期的主要任務是將貧化期還原的合金中的雜質(zhì)進行脫除,提高合金含鎢量,使合金達到用戶使用標準;取鐵期是將精煉合格的鎢鐵合金從爐內(nèi)用挖鐵機取出;貧化期是將鎢精礦中的三氧化鎢用硅鐵和焦炭還原成金屬鎢.由于在貧化期渣中的三氧化鎢被充分還原,從而降低了渣中三氧化鎢的含量,要求渣中三氧化鎢含量必須降到0.5%以下.隨著渣中三氧化鎢濃度的逐漸降低,渣中的磷化物也被部分還原進入合金中,導致精煉取鐵期爐內(nèi)合金中磷高,為杜絕高磷廢品,必須對合金中的磷含量進行有效控制

11、.在鎢鐵冶煉過程中,合金中的磷氧化為po進入渣中,離子理論認為磷是以po-4存在于爐渣中,分子理論認為pzos與cao結(jié)合生成磷酸鈣存在于?鐵合金2011年渣中.由于4cao?po在未熔化之前已分解,因此,可以認為存在于堿性渣中的應是3cao?p:o,又由于3cao?p:o和4cao?p2o的反應生成的自由能數(shù)值很相近,在進行脫磷反應的熱力學分析時,該兩種鹽得出的結(jié)論基本一致,因此,可選用磷在渣中生成3cao?po或4cao?p:0進行熱力學分析.1.2.4脫磷反應的熱力學分析因磷對氧的親和力比鐵大,在合金中可被氧化:2p】+50=p205()(7)ge:一7407】2.7+535.60t2p

12、+5【o】=p2os.)(8)ge=一740713.1+559.46t式(7),(8)中p20s()和p20s(l)分別為氣態(tài)p20s和純液態(tài)p205,在2073k溫度下,式(7),(8)的平衡常數(shù)值分別約為4.810.和3.43x10z,雖然pzos的沸點只有864k,但因p和【0相平衡的p0s的分壓很低,所以不能用五氧化二磷氣化而脫磷;另外,假定五氧化二磷是液體,由上述平衡常數(shù)值亦可確定不能去磷.所以,單純的靠氧化除去鎢鐵合金中的磷難度大.磷氧化生成的五氧化二磷熔在第3期張晶濤等用白鎢精礦冶煉鎢鐵工藝的探討渣中,脫磷反應為:2p+50】=(pz0s)(9)ago=一705422+557t在

13、2073k時,age=44923j,說明在標準狀態(tài)下,磷不可能被氧化,欲使上述反應自發(fā)進行必須使age<0.在2073k時,lgk=一age/19.147t=一449239/(19.147x2073)=一11.3l8k=4.810一即反應進行的條件是:yro?p2o/(-廠?p%?.廠0?0%)<4.810一式中,yp2o5pz0s的活度系數(shù);npop20s】的摩爾分數(shù).設渣中含五氧化二磷為0.02%,大體上相當于po0.0001鐵液中含磷為0.02%,含氧為0.1%,且】:fc.】=1,yp20<1.92x10-30由此可見,要達到脫磷目的,必須使五氧化二磷的活度系數(shù)降低到

14、很低的水平.由于五氧化二磷是酸性氧化物,增加渣中堿性氧化物可降低,所以,迅速造堿性氧化渣有利于脫磷反應進行.由以上分析可知,氧化生成五氧化二磷進行脫磷時有相當大困難,而增加渣中的堿性氧化物脫磷相對容易,在w一0一p熔體中,脫磷反應為:.6p+5(wo)=3(p205)+5w】(10)3(pz0s)+9(wo3)=3(3wo3?p205)(11)由式(10)+(11)得:6p】+14(wo)=3(3wo?p205)+5w(12)在熔煉初期,鐵熔體溫度較低時(3wo,?pz0s)能存在于渣中;當溫度升高后,(3wos?pz0s)變得不穩(wěn)定,要持續(xù)留在渣中,就必須用另一種堿性強的物質(zhì)氧化鈣來代替(3

15、wo,?p:0)中的wo,渣中有足夠的自由氧化鈣時可能達到這一目的.6p+14(wo,)=3(3wos?pz0s)+5【w9(cao)+3(3wo3?p205)=3(3cao?p205)+9wo(13)由式(12)+(13)得出:6p】+9(cao)+5(wo)=3(3cao?pz0s)+5【w】(14)或6p+12(cao)+5(wo3)=3(4cao?p205)+5w(15)由式(15)可寫出脫磷反應的平衡常數(shù):kp=口(4co.p105)?w/口p?n(wo3)?(cao)l其中鎢的活度系數(shù)等于濃度并為常數(shù),而(4cao?p20s)的濃度與(p2o5)成正比,則kp可簡化為:kp=(加(

16、p20s)?(4cao?p20s)/(p)?.廠p?(wo,)?(wo,)w(cao)?(cao)(16)由(16)式得出:lp=w(p205)/w(p)=kp(wo3)?w(cao)-.廠p】.lwo3)7(cao)l/(4cao?p205)可見提高爐渣的脫磷能力,必須增大krw(wos)?w(cao)?【r1和降低yp20,將脫磷反應的熱力學參數(shù)的影響改為操作工藝參數(shù)對磷分配系數(shù)的影響,就是對鎢鐵冶煉溫度,爐渣成分的影響.通過分析冶煉溫度對脫磷的影響知,脫磷反應是放熱反應,如熔池溫度低則反應平衡常數(shù)kp增大,磷在渣中的分配系數(shù)升高.從熱力學方面看,低溫對脫磷有利,但只有在高溫下,才能獲得流

17、動性良好的高堿度爐渣.因此,熔池溫度必須適當,才能達到最佳的脫磷效果.爐渣成分對脫磷的影響.五氧化二磷是酸性氧化物,氧化鈣和氧化鎂等堿性氧化物能降低其活度,二氧化硅等酸性氧化物能增加其活度,所以堿度越高則磷的分配系數(shù)越大,但爐渣堿度過高則爐渣變粘,反而不利于脫磷.因此,堿度必須適當,才能收到最佳效果;另外,由于在鎢鐵冶煉中采用白鎢精礦代替部分黑鎢精礦,使氧化鈣增加,由于氧化鈣的反應是吸熱反應,導致爐溫低,鐵的流動性不好.所以,只能在貧化期加入白鎢精礦將磷脫除掉.1.2.5脫磷反應的動力學分析鐵水脫磷反應的產(chǎn)物是磷酸鹽,而反應過程的限制環(huán)節(jié)可認為是:鐵水中的磷向反應界面?zhèn)鬏?(wo,)或0向反應

18、界面?zhèn)鬏?(po-4)離開反應界面,是界面化學反應.筆者認為界面反應不是脫磷反應的限制環(huán)節(jié),而p和(wo)或0】向反應界面?zhèn)鬏敳攀敲摿追磻^程的限制環(huán)節(jié),從而導出反應速度式,以鐵水中p的傳輸為限制環(huán)節(jié)的速度式為:d(p)/dt=kpa/(po)】一(p)】/)(17)以(wos)的傳輸為限制環(huán)節(jié)的速度式為:d(p)】/dt=(w03)a/p(wo3)0一【(0)/】(18)式(17),(18)中,k(w03)分別為磷和三氧化鎢的傳質(zhì)系數(shù);a,i,-_一分別指反應界面與反應體積;,o分別代表磷或氧的分配比;鐵合金【(p.)卜一合金中初始磷含量;(wo)o渣中(wo)初始濃度;田脫磷時氧的利用率.

19、由此可見,不論是p或是(wos)所控制的限制環(huán)節(jié),增大反應界面,提高傳質(zhì)系數(shù)均有利于磷的脫除.所以,在鎢鐵冶煉中實行富渣操作增大反應界面,有利于提高脫磷的反應速度.綜合上述各技術難點分析,決定改變原來的冶煉工藝以適應原料的變化.首先,對鎢鐵冶煉的配料和加料方法進行改革,按鎢鐵冶煉的各期采取不同的配料方法,在精煉取鐵期,只配加低磷,低氧化鈣,高氧化鐵和高氧化錳的黑鎢精礦;在貧化期配加一些雜質(zhì)含量高的黑鎢精礦,并配加一定比例的白鎢精礦,為減少飛揚損失,在加料方式上采用整包加料工藝.其次,在精煉取鐵期,采用富渣操作,增大反應界面,防止爐渣過貧,磷的氧化物被還原進入合金,并控制爐渣的合適堿度,將磷的氧

20、化物固定在渣中.最后,在冶煉操作上,精煉要快,鐵要快取,盡量壓縮精煉取鐵時間延長貧化期,并適當增加硅鐵的用量,保證爐溫.2試生產(chǎn)結(jié)果及經(jīng)濟效益分析從1999年開始,中鋼吉鐵公司就利用白鎢精礦進行試生產(chǎn),當時冶煉工藝未進行改進.最初在每批料中加入10%的白鎢精礦,生產(chǎn)出的鎢鐵質(zhì)量不十分理想,有時會出現(xiàn)高磷廢品,產(chǎn)品的各項單耗也比較高.從2000年開始,對工藝進行了改進,取得了預期效果,隨后逐漸加大了白鎢精礦的配比,到2002年白鎢精礦的配入比例已經(jīng)達到了40%.產(chǎn)品的質(zhì)量也得到了保證,并比以前有所提高,見表3.表319992002年鎢鐵各牌號的數(shù)量和質(zhì)量分數(shù)tab.3differentferro

21、tungstengradesandtheirmassfractionfrom19992002在產(chǎn)品質(zhì)量得到保證的情況下,各項綜合指標表419992002年鎢鐵生產(chǎn)的各項綜合指標tab.4theoverallindexesinsmeltingferrotungstenfrom19992002也比以前有所提高,見表4.由表4可以看出,鎢鐵單位電耗由1999年的2871kwh/t,降到2002年的2613kwh/t;回收率由1999年的95.42%上升到2002年的96.52%;勺頭單耗由1999年的1.998個/t下降到2002年的1.614個/t.在19992002年的4年中,共用白鎢精礦129

22、4.398基準噸,節(jié)約購礦資金為:1294.3981000.o0元=1294398.o0元,使生產(chǎn)的鎢鐵每噸降低生產(chǎn)成本97.52元.白鎢精礦配比達40%時噸鐵可降低生產(chǎn)成本562.80元.第3期張晶濤等用白鎢精礦冶煉鎢鐵工藝的探討?7?3結(jié)語3.1針對原料的變化,通過改進工藝,采取在精煉取鐵期配加低磷,低氧化鈣,高氧化鐵和高氧化錳的黑鎢精礦,在貧化期配加一些雜質(zhì)含量高的黑鎢精礦并配加一定比例的白鎢精礦,冶煉鎢鐵是完全可g行業(yè)信息中碳錳鐵利潤再縮小廠商調(diào)整價格近期中碳錳鐵在電價上調(diào)和原材料上漲的夾縫中生產(chǎn),令原本行情低迷的中錳市場雪上加霜,各廠商都陸續(xù)的調(diào)整對外報價,但疲軟的下游需求,制約中碳

23、錳鐵大幅調(diào)整.近13詢盤了解,中碳錳鐵femn75c2.0p<o.2主流的成交價格在1000010100元/噸,而femn75c2.op<0.4主流成交價格為9800元/噸,湖南貴州等廠商表示此價位成交居多,少量9900元/噸也在成交,廣西地區(qū)廠商表示目前低于9900不出貨,主流報價在990010000元/噸;femn78c2.0中碳錳鐵主流出廠價在1030010400元/噸;femn78c1.5中碳錳鐵主流出廠價為1100011100元/噸,各個牌號較前期而言都有不同幅度的上調(diào).錳硅近期由于現(xiàn)貨供應偏緊,價格不斷調(diào)整,后市仍有上漲空間可能,中錳廠商表示成本壓力加大,后市不排除繼續(xù)

24、上調(diào)中錳價格.在需求平緩情況下,原材料的價格波動將直接導致中錳價格的變動.釩氮合金延續(xù)低迷業(yè)界期待利好刺激.2011年6月,釩氮合金市場延續(xù)此前的低迷態(tài)勢,并未有所改觀.據(jù)了解,目前國內(nèi)釩氮合金廠家vn16現(xiàn)貨主流報價維持在15.716萬/噸,而實際成交價普遍仍被壓制在15.8萬/噸以下的水平,高價出貨困難.湖北某釩氮合金廠家表示,市場沒什么變化,短期內(nèi)仍不見好轉(zhuǎn),現(xiàn)在報價雖然在16萬/噸,但15.615.8萬/噸同樣可以出貨.浙江某釩氮合金廠家則表示,市場一直在底部僵持,表現(xiàn)很疲軟,考慮到價位已經(jīng)不太可能下跌,因此成交價都堅守在l5.5萬/噸以上.河北某貿(mào)易商反映目前剛成交了6噸貨,一半承兌一半現(xiàn)款為15.7萬/噸.而近期有利好消息出臺,自7月1日起,由住建部推出的混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范國家標準即將正式實施,其中規(guī)定,建筑工程將優(yōu)先使用三級螺紋鋼.此舉有望擴大含釩三級螺紋鋼在整個基建用鋼中的比行的.3.2用白鎢精礦冶煉鎢鐵,可大幅度降低鎢鐵生產(chǎn)成本,增強了鎢鐵的成本優(yōu)勢,提高了鎢鐵的市場競爭力.參考文獻【1孫培林.電爐煉鋼學.北京:冶金工業(yè)出版社,1992例,從而帶