專利名稱:等離子碳熱法生產鉬鐵的制作方法
本發明屬于用電熱法生產合金的技術領域：
。主要適用于冶煉鉬鐵合金。
目前，要獲取C＜0.2%，S＜0.15%的優質鉬鐵合金，國內外普遍采用金屬熱法(《鐵合金冶金學》，P389)。
金屬熱法的工藝路線是鉬精礦(MoS2)→氧化焙燒→熟鉬礦(MoO3)→金屬熱法→鉬鐵合金。即首先在反射爐、迴轉爐或多層焙燒爐中，將鉬精礦氧化焙燒成熟鉬礦，然后以熟鉬礦為主要原料，并配與硅鐵、鋁粒、化學藥品和引火劑等，一并加入反應器等冶煉爐中，進行氧化還原反應，將氧化鉬還原成金屬鉬，再與鐵化合成鉬鐵合金。
金屬熱法的熱源主要來源硅，其次是鋁。每冶煉一噸鉬鐵(含Mo55%，S＜0.15%，C＜0.2%)約需400公斤左右硅鐵，80公斤左右鋁等，成本較高;同時，該方法勞動強度大，砌爐、拆爐，清渣等工序十分繁瑣;化學反應產生的氰化物是致疝物質，對環境污染大等。
美國專利US4466824、US4519835是在等離子爐內，通過等離子熱分解鉬精礦來制取鉬。
等離子技術的主要特征是把氣體部分電離成分子、原子、離子和電子，使之具有很高溫度的氣體混合物。根據特定氣體的種類和它的離子化溫度，可以造成工業上需要的化學反應氣氛，即可以呈中性，也可以是氧化性或還原性氣氛;同時，較容易地獲得工業生產需要的高溫。因此，等離子體不僅是一種潔凈的高溫熱源，還是多種物理化學過程的直接參與者和保護者，對許多冶金過程具有重要意義。它可以加速反應過程，簡化或縮短生產流程，提高效率，生產一般火法冶煉所難于生產的中間合金。
上述兩項專利所采用的工藝過程是將天然鉬精礦(輝鉬礦MoS2)置于等離子爐中，通過氮氣或氬氣的電離，得到高達2900°K高的反應溫度，使鉬精礦MoS2分解，直接得到Mo和S2，其反應式是反應所析出的含硫氣體進行冷凝分離，得到液態硫;但所得到的鉬并不是純凈的金屬鉬，而是碳高、硫高的不穩定鉬化物。要想獲得低碳低硫鉬鐵，還必須在冶煉爐上進行二次電冶煉，這就大大地增加了成倍的電耗，同時，回收率也降低，造成經濟上不合理。
本發明的目的在于提供一種成本低回收率高的，且操作簡便及效率高的，生產低碳低硫鉬鐵的方法。
其解決方案是以等離子爐為冶煉設備，將由鉬精礦氧化焙燒制成的熟鉬礦(MoO3)與還原劑焦碳粉、鐵鱗和少量硅鐵制成熟鉬礦球團并廢鋼一并加入等離子爐內。一方面是充分利用等離子體的高溫熱源和還原氣氛;同時以碳為還原劑，進行金屬氧化物(MoO3)的還原反應，從而得到需要的鉬鐵合金。其還原反應式如下
另一方面，在如此高的溫度下，使還原劑焦碳、鐵鱗和硅鐵等更能充分發揮其還原作用，積極參與反應過程。C、Si與Fe3O4、FeO反應，生成CO2、CO和SiO2、FeO，使其揮發或進入渣中。具體的反應式如下
上述還原反應過程的進行，又加速了MoO3的還原。鐵鱗部分以氧化亞鐵形式進入渣相，另一部分還原成鐵。在渣中保留氧化亞鐵有利于降低渣的熔點和粘度，使之在較短的時間內完成整個反應過程。既能得到優質的鉬鐵，又有更高的回收率;另外，勞動強度減小，電耗也降低。
由此看出，本發明的特點是既利用了等離子熱，又利用了碳熱;以碳代替硅鐵和鋁粒作還原劑，加速等離子冶金的吸熱反應，即在短時間內完成反應過程，得到低碳低硫鉬鐵。
具體工藝過程如下鉬精礦→氧化焙燒→熟鉬礦→等離子爐冶煉→鉬鐵。
首先將鉬精礦(MoS2)置于反射爐或迴轉爐或多層焙燒爐等中，采用劣質煤等原料，在空氣中進行氧化焙燒，得到熟鉬礦(MoO3)，其化學反應式為將焦碳、鐵鱗和硅鐵分別磨碎成100～150目的粉末，并與熟鉬礦(MoO3)粉混合，用水玻璃作為粘結劑，進行壓塊或造球，制成熟鉬礦球團。
熟鉬礦球團中各組份的配比(重量%)如下熟鉬礦(MoO3)65～85%，焦碳8～20%，鐵鱗(Fe3O4)8～15%，硅鐵(含Si75%)3～8%。
將熟鉬礦球團加入等離子爐內，并配入適量的廢鋼或鐵屑，進行引弧熔煉。使用氬氣或氮氣和氫氣做等離子氣體，等離子體采用直流電，電壓為100～220伏，電流＞700安。經過十幾分鐘，乃至幾分鐘的熔煉，便可得到高質量的低碳低硫鉬鐵合金，即所得鉬鐵合金中的Mo＞55%，C＜0.2%，S＜0.15%等。采用該方法生產鉬鐵，鉬的回收率＞97%。
與金屬熱法相比，本發明的優點是，使用等離子爐冶煉還原方法可替代間歇的金屬熱還原法，可直接得到優質鉬鐵;以碳熱和等離子體熱代替金屬熱，可提高產品的回收率;用碳代替硅鐵和鋁粒作還原劑，節約了大量的硅鐵、鋁粒等原料，從而降低了消耗和成本，得到較大的經濟效益;簡化了操作工序，大大地降低了勞動強度。
與美國專利US4466824和US4519835相比，本發明是采用一次低溫焙燒十一次等離子冶煉，便可得到優質的低碳低硫鉬鐵，前者必須經過兩次電冶煉才能得到低碳硫鉬鐵。故本發明較前者，鉬的回收率提高，設備簡單，成本降低，經濟合理。
實施例一用熟鉬礦作原料〔熟鉬礦的具體化學成分(重量%)為Mo49.58，S0.068，Cu0.12，SiO214.36，FeO4.01，CaO1.54，Al2O32.84〕，配加適量焦碳、鐵鱗和少量硅鐵，用比例為1∶1的水玻璃和水作粘結劑，在園盤造球機上造球，制成熟鉬礦球團。所得熟鉬礦球團中內含熟鉬礦72%，焦碳13.7%，鐵鱗10.8%，硅鐵3.4%。
開爐前，先用廢鉬鐵下腳料清洗等離子爐，然后裝入10kg熟鉬礦球團和1.7kg廢鋼。采用N2+H2作等離子體，使用功率250KW，直流電壓170V，電流1200A，電弧長10～20Cm。冶煉15分鐘出爐。所得鉬鐵合金產品的成分(重量%)為Mo 5709，S 0.14，C 0.12，Si 0.15，Cu 0.16，P 0.04，其余為Fe。
實施例二所采用的熟鉬礦成分和配料及其制作熟鉬礦球團的工藝操作與實施例一相同。
制得的熟鉬礦球團中內含熟鉬礦71%，焦碳12.1%，鐵鱗10.7%，硅鐵6.1%。
將10kg熟鉬礦球團加入等離子爐中，另加廢鋼1.6kg。用N2+H2為等離子體，使用功率260KW，直流電壓170V，電流1500A，弧長10～15Cm，冶煉10分鐘出爐。所得鉬鐵合金產品的成分(重量%)為Mo 56.23，Si 0.13，C 0.15，S 0.15，Cu 0.19，P 0.05，其余為Fe。
實施例三所采用的熟鉬礦成分、配料及制作熟鉬礦球團的工藝操作與實施例一相同。
所得熟鉬礦球團中內含熟鉬礦71.4%，焦碳12.7%，鐵鱗10.7%，硅鐵5.1%。
將20kg熟鉬礦球團加入等離子爐中，另加廢鋼3.48kg。以N2+H2作等離子體，使用功率260KW，直流電壓180V，電流1400A，弧長10～15Cm，冶煉20分鐘出爐。
所得鉬鐵合金產品的成分(重量%)為Mo 55.01，Si 0.15，C 0.14，S 0.12，Cu 0.20，P 0.05，其余為Fe。
權利要求
1.一種利用等離子爐冶煉鉬鐵合金的方法。以輝鉬礦為原料，利用等離子體高溫熱源，把輝鉬礦(MoS2)直接分解為Mo和S，從而獲取含碳和硫都較高的高碳高硫鉬，其特征在于以熱鉬礦球團為原料，并配加一定量的廢鋼或鐵屑，利用等離子體熱和碳熱，以碳作還原劑，將熟鉬礦(MoO3)還原成低碳低硫鉬鐵合金。
2.根據權利要求
1.所述的方法，其特征在于熟鉬礦球團各組份的配比(重量%)如下熟鉬礦(MoO3)65～85%，焦碳8～20%，鐵鱗(Fe3O4)8～15%，硅鐵(含Si75%)3～8%。
專利摘要
本發明系采用等離子碳熱法生產鉬鐵。其特征在于以等離子爐為冶煉裝置，以熟鉬礦球團為原料，利用等離子體的高溫熱源和碳熱，以碳為還原劑，在短時間內，將氧化鉬(MoO
文檔編號C22B4/00GK86106257SQ86106257
公開日1987年11月11日 申請日期1986年9月17日
發明者朱兆鵬, 耿玲, 董本立, 劉志成, 王旨南 申請人:棗莊市化學冶金研究所, 冶金工業部鋼鐵研究總院導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan