鉬鐵冶煉生產(chǎn)工藝優(yōu)化和改進

崔國偉，烏紅緒

(金堆城鉬業(yè)集團有限公司，陜西華縣714101)

0 前言

1988年10月金鉬集團鉬爐料產(chǎn)品部首次采用硅鋁熱還原法冶煉鉬鐵獲得成功。20多年來鉬爐料產(chǎn)品部對鉬鐵系統(tǒng)經(jīng)過多次技術(shù)改造，鉬鐵產(chǎn)量、質(zhì)量及其工藝裝備水平發(fā)生了較大的飛躍。為了進一步提高鉬鐵冶煉金屬回收率，對鉬鐵冶煉生產(chǎn)現(xiàn)狀和問題進行了分析研究和優(yōu)化改進，效果良好。

1 鉬鐵冶煉工藝及現(xiàn)狀

1.1 工藝流程

1.2 研究原理

硅鋁熱還原法熔煉鉬鐵生產(chǎn)，是一項傳統(tǒng)的鉬鐵合金冶煉技術(shù)，屬于爐外法(一般用來生產(chǎn)高熔點、難還原、含碳量極低的合金或純金屬)的一種。冶煉用的物料有：氧化物——工業(yè)氧化鉬、還原劑——硅鐵和鋁粒、熔劑——螢石、補熱劑——硝石以及鐵合金品位調(diào)節(jié)物——鋼屑。根據(jù)原輔料品質(zhì)分析，進行冶金配料計算，將冶煉原輔料等進行檢斤配比和混料，裝入熔煉爐后點火冶煉。鉬鐵冶煉反應(yīng)依靠物料自熱進行，破壞反應(yīng)氧化還原平衡和熱平衡的任何工藝環(huán)節(jié)因素，都可導(dǎo)致熔煉不合格，影響鉬鐵冶煉金屬回收率。

圖1 鉬鐵冶煉工藝流程圖

1.3 鉬鐵冶煉工藝現(xiàn)狀及存在問題

1.3.1 原輔料

鉬鐵冶煉反應(yīng)非常迅速，冶煉渣凝固速度很快，一旦點火反應(yīng)，冶煉所需熱量和反應(yīng)產(chǎn)物全部依賴裝填的爐料提供，不需外界再供熱和補添物料。這就要求物料的品質(zhì)必須滿足熔煉需要。鉬鐵冶煉原輔料工藝現(xiàn)狀及存在問題見表1。

表1 鉬鐵冶煉原輔料工藝現(xiàn)狀及存在問題

1.3.2 配料和混料

冶煉爐料要加工成合適粒度，然后要進行烘干，按配料比進行配料。爐料的準確稱量是保證冶煉正常進行的先決條件。稱好的爐料放入混料機內(nèi)混料，混合均勻的爐料放入料罐內(nèi)。配料工作是一件非常仔細、不容許有絲毫差錯的工作，盡可能使用精度高的電子自控裝置。配料時應(yīng)嚴格控制粉塵和防火，因爐料易燃和粉塵易爆，要求有嚴格的除塵和防火措施。

配料、混料工藝現(xiàn)狀及存在問題：檢斤配料使用移動式機械秤，對制備好的集中堆放和大批量現(xiàn)場存放的輔料，人工進行稱量。操作勞動強度很大，現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境惡劣；受檢斤方式影響，配料誤差大；現(xiàn)場存放大量的硅鐵、鋁粒和鐵鱗等物料，不利于安全防火控制。

混料采用刮板臥式混料機，由于10多年運行，故障頻繁，混料機刮板因鋼屑等塊狀物存在，經(jīng)?？ㄋ?，無法正常運轉(zhuǎn)?；炝蠙C工作經(jīng)?！爸蹦c子”運行，每罐爐料需多次加入反復(fù)混合?；炝暇鶆虺潭鹊?，直接影響冶煉反應(yīng)效果。

1.3.3 冶煉型砂

原型砂的特點：耐火度較低，1 500℃左右；濕河沙類型，混有細粒沙土；鉬鐵熔煉過程中大量結(jié)殼粘結(jié)，厚度達20 mm以上，總量每爐平均750 kg；水淬鐵錠時淬透度差，影響破碎精整產(chǎn)成品率。

1.3.4 冶煉砂基

冶煉砂基是用型砂鋪墊起來，用于容納合金的一圓筒形或箱體形砂池。在砂基中做成半球形的凹坑——砂窩，準備好的熔爐放在砂基上，等爐料裝入后點火熔煉。

砂基的特點：一是要透氣性好，二是要堅固耐用。

原砂基斷面圖見圖2。

圖2 原砂基斷面圖

原砂基用粗粒砂墊基，細粒砂制作熔煉砂窩，長期使用出現(xiàn)了基礎(chǔ)致密化，熔煉時透氣性降低，崩窩現(xiàn)象頻出，鐵錠經(jīng)6 h冷卻還達不到完全凝固，給后續(xù)生產(chǎn)帶來影響。

1.3.5 熔煉爐

原使用的鉬鐵熔煉爐有2種規(guī)格：Φ1500× 1800、Φ2200×2000。鉬鐵冶煉生產(chǎn)過程中存在以下問題：爐料裝入后，料面距爐筒上端不足400 mm；反應(yīng)過程中嚴重噴濺，統(tǒng)計熔煉反應(yīng)損失平均每爐達20 kg；由于物料集中，反應(yīng)沖高2～3 m，煙氣大量外溢，收塵和現(xiàn)場環(huán)境極差，直接影響著鉬金屬回收率。

1.3.6 鉬鐵中間品回爐

鉬鐵冶煉產(chǎn)生的含鉬中間品，包括渣鐵、重力水選鐵、冶煉除塵灰、冶煉煙道灰、煙罩渣、爐筒粘渣6種。因硅鋁熱還原法冶煉鉬鐵是氧化還原放熱反應(yīng)過程，過多的無氧或低氧物料供氧不足，并且中間品中的惰性物質(zhì)和雜質(zhì)會破壞鉬鐵冶煉反應(yīng)和渣型。

原鉬鐵中間品回爐，配料過程混入煙塵灰(除塵灰和部分細顆粒渣鐵)，熔煉過程采用鐵桶分裝渣鐵(渣鐵、煙道灰、重力水選鐵、煙罩渣、爐筒粘渣)，放置于爐筒邊沿，熔煉反應(yīng)中間推入熔池的方法進行。易造成反應(yīng)長時間難以結(jié)束，鐵錠局部不熔化，且放置收塵罩時經(jīng)常碰翻料桶，操作極不安全。

1.3.7 冶煉水淬池

鉬鐵冶煉水淬池是鉬鐵熔煉后續(xù)工序，是將完全凝固的鉬鐵錠夾起后，放置于合金盤上，吊入一方形池內(nèi)加入冷水激淬，使合金脆性增大，利于破碎。淬鐵質(zhì)量的好壞，與進水強度和排水速度關(guān)系密切，操作過程決定了鉬鐵淬透度、是否銹鐵和破碎精整成品鐵量。

原水淬池為箱式砼結(jié)構(gòu)，容積大，深度淺，水淬時進水緩慢，排水不迅速。經(jīng)常造成鐵錠難以淬透或出現(xiàn)銹鐵現(xiàn)象，破碎難度增大，成品鐵產(chǎn)量波動很大，嚴重影響鉬鐵生產(chǎn)效率。原水淬池結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 原水淬池結(jié)構(gòu)圖

2 工藝優(yōu)化研究和改進

2.1 原輔料

通過生產(chǎn)對比試驗，對原輔料粒度、品質(zhì)和工藝控制進行試驗研究，確定原輔料最佳工藝條件并實施改進。鉬鐵冶煉原輔料優(yōu)化改進及效果見表2。

2.2 配料、混料

對配料、混料工藝過程中的檢斤秤和混料機進行優(yōu)化改進，并增加配料除塵系統(tǒng)，實現(xiàn)精準配料和保證混料均勻性。

使用“V”型混料機，物料在混料機內(nèi)呈立體多角度混合，運轉(zhuǎn)15圈即可充分混勻，混好物料通過卸料閥放入電動平臺車上的料罐，進入熔煉工序裝爐冶煉。

配料、混料優(yōu)化改進及效果見表3。

2.3 冶煉型砂

對比研究冶煉用型砂性能，選用石英砂類型砂，滿足了鉬鐵熔煉要求。使用效果為：耐火度高達1 700℃左右；石英砂經(jīng)水洗和篩分，潔凈度高，粒度均勻；細粒級40～70目，粗粒級20～40目；熔煉鉬鐵過程中粘帶量少，厚度10 mm左右，每爐平均410 kg；水淬過程中，砂殼熔融呈玻璃體狀容易脫殼，淬鐵透度高，破碎精整率提高。

表2 鉬鐵冶煉原輔料優(yōu)化改進及效果

表3 配料、混料優(yōu)化改進及效果

2.4 冶煉砂基

冶煉砂基優(yōu)化改進為：粒度2～5 mm鋪底砂改為30～50 mm毛石；砂窩基礎(chǔ)1～3 mm鋪砂改為20～40目粗石英砂，40～70目細粒石英砂做熔煉砂窩；去掉放渣溜口，用耐火砼打結(jié)平整。優(yōu)化改進后的效果：砂基透氣性好，鐵錠凝固時間縮短至3～4 h，有利于連續(xù)生產(chǎn)；無崩窩現(xiàn)象；起爐筒時無溜口跑鐵現(xiàn)象；鉬鐵冶煉損失減小。優(yōu)化改進后的冶煉砂基見圖4。

2.5 熔煉爐

新型熔煉爐，在充分分析和研究冶金爐長徑比及物料填充率后，設(shè)計選取Φ2500×2200型冶煉爐。使用效果為：爐料裝入料面距爐筒上端1 400 mm；反應(yīng)過程中極少量噴濺；冶煉反應(yīng)物損失平均每爐1～2 kg；反應(yīng)煙氣沖高1.5 m以下，煙氣全部進入收塵罩，收塵效率提高，現(xiàn)場環(huán)境得以改善。

圖4 優(yōu)化改進后的冶煉砂基

2.6 鉬鐵中間品回爐試驗研究與優(yōu)化改進

冶煉除塵灰和部分細粒度渣鐵可以通過配混料使用，其余含鉬中間品：塊狀渣鐵、重力水選鐵、冶煉煙道灰、煙罩渣和爐筒粘渣，必須在冶煉反應(yīng)前加入爐內(nèi)，充分利用熔煉熱熔化這部分冷料。

2.6.1 冶煉除塵灰回爐試驗

粉狀除塵灰與冶煉原輔料氧化鉬、硅鐵、鋁粒、鐵鱗、螢石、硝石、鋼屑同時加入混料機完全混合，形成滿足鉬鐵熔煉要求、具有穩(wěn)定熱值的冶煉物料。冶煉除塵灰回爐試驗進行了加入順序和加入量兩項試驗。冶煉除塵灰加入工藝試驗見表4。

表4 冶煉除塵灰加入工藝試驗

試驗分析：對比試驗后分析，冶煉除塵煙灰在配料過程中，于氧化鉬和鐵鱗之間加入混料機加以消化使用，不影響原料性能和生產(chǎn)作業(yè)，效果明顯改善。

2009年以前，鉬鐵冶煉產(chǎn)量小，冶煉除塵灰產(chǎn)生量積壓不明顯。2009年2月開始，月產(chǎn)量逐漸加大，加上冶煉除塵器改造完成后，冶煉除塵煙灰量越來越多，日產(chǎn)煙塵量達2.1 t。大量回爐冶煉煙塵灰試驗研究必須進行。冶煉除塵灰加入量試驗見表5。

表5 冶煉除塵灰加入量試驗

試驗分析：按每噸氧化鉬配料時加入煙塵灰，至75 kg時物料體積增大明顯，接近混料機最大容積，細粒物料增多導(dǎo)致粘結(jié)倉壁現(xiàn)象出現(xiàn)，物料入料罐時放料困難。因此，選取每噸氧化鉬配入60～70 kg除塵煙灰，既滿足生產(chǎn)工藝需要，又能足量消化除塵灰(60×3×12=2 160 kg)。

2.6.2 渣鐵加入工藝試驗

試驗1：頂部加入工藝見圖5。

頂部加入工藝，是將含鉬中間品集中加入裝完爐的物料頂部，利用反應(yīng)熔化熱熔化后，鉬金屬顆粒隨鉬鐵沉降進入鉬鐵熔池。

圖5 頂部加入工藝圖

試驗分析：頂部加入工藝，可充分利用冶煉反應(yīng)熱，對冶煉反應(yīng)噴濺有所減輕；但是，冶煉點火物在物料頂部平鋪時，受到含鉬中間品阻隔，影響冶煉引火過程，甚至引起局部反應(yīng)滯后，對整個熔煉過程和冶煉效果產(chǎn)生一定影響。

試驗2：頂部推入工藝見圖6。

頂部推入工藝，是將含鉬中間品裝入鐵桶中，放置于冶煉爐上端，待劇烈反應(yīng)時人工推入熔煉合金內(nèi)，利用熔化熱熔解沉降。

試驗分析：頂部推入工藝，對熔煉反應(yīng)要求較高，當(dāng)反應(yīng)時間超過20 min時，則不能推入含鉬中間品，工藝操作受阻；并且人工操作時，易引起熔體激濺傷人。

試驗3：底部堆入工藝見圖7。

底部堆入工藝，是將含鉬中間品直接加入熔煉爐底，放置于砂窩表面，利用冶煉反應(yīng)熔體熱熔化加入物。

試驗分析：底部堆入工藝，解決了頂部推入引起的安全隱患和操作難題。但是，通過連續(xù)試驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)含鉬中間品粒度細密時，容易產(chǎn)生熔化受阻，不能完全熔入鉬鐵熔體；同時，堆入操作易引起砂窩表面不平整，鐵錠形狀復(fù)雜，精整產(chǎn)生渣鐵量增大。

試驗4：分層布料工藝見圖8。

分層布料工藝，是將冶煉爐料和含鉬中間品按先后順序，分層分批逐步加入料層，利用反應(yīng)熱熔化回爐物料。

圖8 分層布料工藝

試驗分析：分層布料工藝，將兩類物料分層加入，既解決了點火不順暢、熔體激濺問題，又解決了鐵錠底部不平整和熔化不完全問題，投入生產(chǎn)應(yīng)用后，起到了消化庫存鉬中間品和優(yōu)化冶煉反應(yīng)過程的良好作用。

2.7 冶煉水淬池

水淬池優(yōu)化改進見圖9。

圖9 水淬池優(yōu)化改進圖

優(yōu)化改進及效果：縮小水淬池容積，加設(shè)循環(huán)水泵進水，進水迅速；提高出水口高度，減少積砂堵塞影響，排水順暢；鐵錠淬透度良好，易于操作控制；破碎、精整成品率提高至93.5%以上。

2.8 優(yōu)化改進后的鉬金屬回收率

鉬鐵生產(chǎn)中造成鉬損失的主要途徑是煙氣帶走損失和爐渣損失。煙氣中的鉬主要是以氧化鉬粉塵的形式存在；爐渣中的鉬主要是以金屬顆粒的形式存在。物料運輸、配混料、裝爐和鉬升華是引起鉬損失的另一途徑。進行鉬金屬分布研究，分析鉬金屬走向，優(yōu)化工藝控制，可以提高鉬金屬回收率和生產(chǎn)效率。

優(yōu)化改進后的鉬鐵冶煉鉬金屬平衡分布見圖10。

圖10 優(yōu)化改進后的鉬鐵冶煉鉬金屬平衡分布圖

進行工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用，采用檢測分析、采樣分析和跟蹤檢重方法，研究匯總形成鉬金屬分布平衡圖，結(jié)果顯示鉬金屬回收率可達到98.648%。

3 結(jié)論

(1)通過生產(chǎn)對比試驗，優(yōu)化了原輔料品質(zhì)：氧化鉬粒度0～4 mm，6 t組批進行元素分析；鐵鱗品位65%以上，雜質(zhì)符合標準；選用75硅鐵、活性鋁大于98%鋁粒和氟化鈣大于80%螢石粉。

(2)通過對比分析，確定出機械電子秤檢斤配料，使用V型混料機混料，輔料硅鐵雷蒙磨制備、小袋定量包裝，鐵鱗實現(xiàn)振動篩篩分、流化床干燥、小袋定量包裝。

(3)選用石英砂做冶煉型砂，冶煉砂基粗石和粒砂制作，改進熔煉爐為Φ2500×2200型，水淬池實施快速進出水改進。

(4)通過對比試驗，確定除塵灰于氧化鉬和鐵鱗之間加入混料機，每噸氧化鉬加入除塵灰量控制在60～70 kg之間，回爐渣鐵分層布料加入熔煉爐。

(5)鉬鐵冶煉回收率提高至98.648%。

［1］趙乃成，張啟軒.鐵合金生產(chǎn)實用技術(shù)手冊［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1998.

［2］鐵合金設(shè)計參考資料編寫組.鐵合金設(shè)計參考資料［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1980.

［3］李洪桂.稀有金屬冶金學(xué)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1990.

［4］黃興無.有色冶金原理［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1993.