收藏词条 编辑词条 铁水提铌
铁水提铌 (extraction of niobium from hot metal)
含铌铁水兑入炼钢炉前先提取铌的铁水预处理工艺。所得到的铌渣可用作制取铌铁或铌产品的原料。此法为中国开发的。中国包头白云鄂博共生铁矿石中含Nb2O5 约0.1%。由于矿石中铌含量低,且晶粒极细,难以直接选出铌精矿。在铁矿石选矿过程中,部分铌进入铁精矿。在随后高炉冶炼中铁精矿中的铌大部分进入铁水。在高炉全部使用上述含铌铁精矿的情况下,铁水中含铌约0.08%。表1为包头钢铁公司(包钢)高炉铁水的大致成分,这种铁水除含Nb之外,还含有较高的Mn和P。
表l中国包头钢铁公司高炉铁水的典型化学成分
元素 |
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Nb |
|
3.9 |
O.8 |
O.8 |
0.60 |
O.02 |
O.06 |
方法 20世纪60~80年代,中国许多冶金企业曾分别采用喷雾法、侧吹转炉法、底吹转炉法、分段底吹连续法进行过铁水提铌工业性或半工业性试验。但都未进入工业生产阶段。
喷雾法 这是一种连续提铌方法,它的设备装置如图1所示。进行提铌处理时,使铁水由铁水包通过中间罐不断流入反应室。通过反应室顶部的喷雾器,用高速富氧气流把铁水雾化成液滴,在反应室内落下。铁滴中的易氧化元素被气相中的氧所氧化,形成含铌熔渣。铁滴和熔渣落到反应室下部后进入流槽,在流槽中渣铁继续反应并分离,然后分别由渣口和铁口流入渣罐和铁罐。在60年代进行喷雾法提铌试验时,铁水流量分别为每小时30、60和180t,单位铁水产渣量40~60kg/t,铌的氧化率为68.4%~80%,铌渣含Nb2O5为1.5%~1.92%。试验结果见表2。该方法渣中EFeO很高,P2O5 含量也较高。
表2铁水雾化提铌试验结果(处理铁水量60t/h)
成分/% |
Nb |
C |
Si |
Mn |
P |
℃ |
Nb2O5 |
MnO |
EFeO |
Si02 |
P205 |
MgO |
A12O3 |
处理前 |
O.079 |
3.95 |
O.70 |
1.84 |
0.805 |
1335 |
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处理后 |
O.018 |
3.50 |
O.07 |
O.35 |
O.724 |
1454 |
1.78 |
27.56 |
29.19 |
23.35 |
3.34 |
7.43 |
2.31 |
侧吹转炉法 60年代曾在5t白云石炉衬空气侧吹转炉中对包钢铁水进行过245炉提铌试验。该方法是先将铁水倒入炉内,铁水装炉温度在1330℃左右,然后吹炼5~10min。吹炼过程中加包钢生铁作冷却剂,目标吹炼温度为1350℃左右。不加熔剂。以碳焰上升作为吹炼终点信号。扒渣以后在另一个转炉中继续将半钢吹炼成钢。根据侧吹转炉的特点,吹炼时可通过摇炉控制空气射流位置,在铁水液面以下吹炼。当改变吹炼角度时,可使渣中∑FeO含量变化于5%~10%。适当高的∑FeO可提高铁水中铌的氧化率。试验结果见表3。铌的氧化率平均为80.7%,锰的氧化率平均为78.8%。
表3 5t空气侧吹转炉提铌试验结果
成分/% |
C |
Si |
Mn |
Nb |
P |
S |
Nb2O5 |
MnO |
|
Si02 |
P2O5 |
CaO |
MgO |
|
3.9 |
O.7 |
O.4 |
O.06 |
O.55 |
O.022 |
|
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3.6 |
O.007 |
O.2 |
O.007 |
O.55 |
0.016 |
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底吹转炉法 60~80年代曾采用氧气底吹转炉进行了大量的铁水提铌试验。在5t白云石炉衬氧气底吹转炉上进行包钢铁水提铌试验时,底吹氧枪以轻柴油为冷却剂,枪数为2支或3支,供氧压力为0.4~0.6MPa。熔池深度为800mm左右,吹炼时间为7min左右。铁水装炉温度波动在1150~1210℃之间,吹炼过程目标温度为1350℃左右,加6%~15%包钢生铁作冷却剂。吹炼终点由耗氧量和炉口火焰状况确定。试验结果如表4所示,铌的氧化率为86.1%,锰的氧化率为75.4%。试验结果表明,用氧气底吹转炉处理含铌铁水,能获得渣中Nb2O5较高、∑FeO较低和P2O5低的优质铌渣,显示该提铌方法具有一定的优越性。
表4 5t氧气底吹转炉提铌试验结果
成分/% |
C |
Si |
Mn |
P |
Nb |
Nb2O5 |
MnO |
∑FeO |
Si02 |
P205 |
CaO |
MgO |
A12O3 |
吹炼前 |
3.94 |
O.66 |
1.14 |
O.508 |
O.061 |
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吹炼后 |
3.10 |
O.03 |
O.28 |
O.518 |
O.0085 |
2.74 |
31.43 |
6.3 |
34.03 |
O.22 |
13.06 |
7.76 |
1.02 |
分段底吹连续法 这种铁水提铌方法是在80年代由中国和日本合作研究开发成功的。其试验装置如图2所示。铁水由3t低频感应炉供给,以50kg/min的流量倒入两个相互串联的300kg连续底吹筒式炉中进行处理。在第一座炉子中脱硅;在第二座炉子中提铌。在两级炉子中吹炼时,铁水成分的变化如图3所示。在脱硅段,铁水中硅从0.45%降至0.15%,[Nb]氧化率不超过10%;在提铌段,[Nb]氧化率达87%。两段连续处理含铌铁水的试验结果如表5所示。该工艺使用含铌0.1%的包钢铁水提铌,可获得含Nb2O5 8%以上和低P2O5的较高品位铌渣,铌得到明显富集,且渣铁易分离。因此该提铌方法具有明显的优越性。
阶 段 |
C |
Si |
Mn |
P |
Nb |
Nb2O5 |
Si02 |
MnO |
TFe |
CaO |
P2O5 |
|
|
入口 |
3.84 |
O.45 |
1.3 |
O.59 |
O.10 |
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出口 |
3.69 |
O.15 |
O.9 |
O.59 |
0.094 |
O.78 |
41.66 |
37.66 |
3.28 |
3.71 |
0.04 |
提Nb段 |
出口 |
3.04 |
O.01 |
O.25 |
O.60 |
O.012 |
8.13 |
22.30 |
44.92 |
9.81 |
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0.33 |
其他铁水提铌方法 60~80年代,中国许多单位还曾试验过其他两种铁水提铌方法。一种是将包头中贫铁矿石不经选矿直接用于高炉。这时矿石中70%左右的铌进入铁水,铁水中含铌为0.2%~0.3%。另一种是将包钢平炉炉渣或转炉渣装进高炉冶炼,得到含铌0.4%~1.3%的铁水。将这两种铁水用空气侧吹转炉或氧气底吹转炉进行提铌处理,可得含Nb2O5 7%左右的铌渣。这种铌渣在电炉中脱铁后,再在电炉中用碳还原冶炼成含Nb10%~16%,含Mn40%~60%的铌锰铁合金。其中用平炉渣或转炉渣生产的铁水进行提铌的工艺,曾进行过小规模的工业生产,但由于经济原因停产。
基本原理 进行铁水提铌时,希望[P]尽量少氧化,以获得低P2O5的铌渣。控制渣中较低的∑FeO含量,可抑制[P]的氧化。底吹转炉吹炼时渣中∑FeO较低,因而能获得高(Nb)/(P)的优质铌渣。用底吹转炉提铌时,控制熔池吹炼过程铌碳选择性氧化的温度在1350℃左右,有利于[Nb]的氧化和减少[C]的氧化。过高的熔池温度将增加[C]的氧化,使渣中部分Nb2O5 还原,降低了[Nb]的氧化率。在铁水分段底吹提铌的脱硅段,关键是控制硅铌选择性氧化的条件,达到[Si]优先氧化的目的。在底吹转炉风口处高氧位区,铁水中硅和铌均可被氧化;当初生渣上浮过程中,(Nb2O5 )可被[Si]还原,控制该反应越接近平衡状态,硅铌选择性氧化分离的效果越好。