鐵水提鈮

含鈮鐵水兌入煉鋼爐前先提取鈮的鐵水預處理工藝。所得到的鈮渣可用作製取鈮鐵或鈮產品的原料。這種方法是中國開發的。常用方法有噴霧法、側吹轉爐法、底吹轉爐法、分段底吹連續法等。

基本介紹

• 中文名：鐵水提鈮
• 外文名：extraction of niobium from hotmetal
• 類別：鐵水預處理工藝
• 方法：側吹轉爐法、底吹轉爐法等
• 學科：冶金工程
• 作用：提取鈮
• 工作原理：磷儘量少氧化

方法原理

進行鐵水提鈮時，希望磷儘量少氧化，以獲得低P₂O₅的鈮渣。控制渣中較低的FeO含量，可抑制[磷的氧化。底吹轉爐吹煉時渣中FeO較低，因而能獲得高(Nb)/(P)的優質鈮渣。用底吹轉爐提鈮時，控制熔池吹煉過程鈮碳選擇性氧化的溫度在1350℃左右，有利於Nb的氧化和減少C的氧化。過高的熔池溫度將增加[C]的氧化，使渣中部分Nb₂O₅還原，降低了[Nb]的氧化率。在鐵水分段底吹提鈮的脫矽段，關鍵是控制矽鈮選擇性氧化的條件，達到[Si]優先氧化的目的。在底吹轉爐風口處高氧位區，鐵水中矽和鈮均可被氧化;當初生渣上浮過程中，(Nb₂O₅)可被[Si]還原，控制該反應越接近平衡狀態，矽鈮選擇性氧化分離的效果越好。

套用實例

中國包頭白雲鄂博共生鐵礦石中含Nb₂O₅約0.1%。由於礦石中鈮含量低，且晶粒極細，難以直接選出鈮精礦。在鐵礦石選礦過程中，部分鈮進入鐵精礦。在隨後高爐冶煉中鐵精礦中的鈮大部分進入鐵水。在高爐全部使用上述含鈮鐵精礦的情況下，鐵水中含鈮約0.08%。

方法工藝

20世紀60～80年代，中國許多冶金企業曾分別採用噴霧法、側吹轉爐法、底吹轉爐法、分段底吹連續法進行過鐵水提鈮工業性或半工業性試驗。

噴霧法

這是一種連續提鈮方法，它的設備裝置如圖1所示。進行提鈮處理時，使鐵水由鐵水包通過中間罐不斷流入反應室。通過反應室頂部的噴霧器，用高速富氧氣流把鐵水霧化成液滴，在反應室內落下。鐵滴中的易氧化元素被氣相中的氧所氧化，形成含鈮熔渣。鐵滴和熔渣落到反應室下部後進入流槽，在流槽中渣鐵繼續反應並分離，然後分別由渣口和鐵口流入渣罐和鐵罐。在60年代進行噴霧法提鈮試驗時，鐵水流量分別為每小時30、60和180t，單位鐵水產渣量40～60kg/t，鈮的氧化率為68.4%～80%，鈮渣含Nb2O5為1.5%～1.92%。試驗結果見表2。該方法渣中ΣFeO很高，P₂O₅含量也較高。

圖1

側吹轉爐法

60年代曾在5t白雲石爐襯空氣側吹轉爐中對包鋼鐵水進行過245爐提鈮試驗。該方法是先將鐵水倒入爐內，鐵水裝爐溫度在1330℃左右，然後吹煉5～10min。吹煉過程中加包鋼生鐵作冷卻劑，目標吹煉溫度為1350℃左右。不加熔劑。以碳焰上升作為吹煉終點信號。扒渣以後在另一個轉爐中繼續將半鋼吹煉成鋼。根據側吹轉爐的特點，吹煉時可通過搖爐控制空氣射流位置，在鐵水液面以下吹煉。當改變吹煉角度時，可使渣中∑FeO含量變化於5%～10%。適當高的∑FeO可提高鐵水中鈮的氧化率。

底吹轉爐法

60～80年代曾採用氧氣底吹轉爐進行了大量的鐵水提鈮試驗。在5t白雲石爐襯氧氣底吹轉爐上進行包鋼鐵水提鈮試驗時，底吹氧槍以輕柴油為冷卻劑，槍數為2支或3支，供氧壓力為0.4～0.6MPa。熔池深度為800mm左右，吹煉時間為7min左右。鐵水裝爐溫度波動在1150～1210℃之間，吹煉過程目標溫度為1350℃左右，加6%～15%包鋼生鐵作冷卻劑。吹煉終點由耗氧量和爐口火焰狀況確定。

分段底吹連續法

這種鐵水提鈮方法是在80年代由中國和日本合作研究開發成功的。其試驗裝置如圖2所示。鐵水由3t低頻感應爐供給，以50kg/min的流量倒入兩個相互串聯的300kg連續底吹筒式爐中進行處理。在第一座爐子中脫矽;在第二座爐子中提鈮。

圖2

其他鐵水提鈮方法

60～80年代，中國許多單位還曾試驗過其他兩種鐵水提鈮方法。一種是將包頭中貧鐵礦石不經選礦直接用於高爐。這時礦石中70%左右的鈮進入鐵水，鐵水中含鈮為0.2%～0.3%。另一種是將包鋼平爐爐渣或轉爐渣裝進高爐冶煉，得到含鈮0.4%～1.3%的鐵水。將這兩種鐵水用空氣側吹轉爐或氧氣底吹轉爐進行提鈮處理，可得含Nb₂O₅ 7%左右的鈮渣。這種鈮渣在電爐中脫鐵後，再在電爐中用碳還原冶煉成含Nb 10%～16%，含Mn 40%～60%的鈮錳鐵合金。其中用平爐渣或轉爐渣生產的鐵水進行提鈮的工藝，曾進行過小規模的工業生產，但由於經濟原因停產。