铝热法生产钨铁偏析产生过程分析_何志敏.pdf

年第 期总第 期铁 合 金：作者简介 何志敏 女，年出生，学士学位，工程师，现就职于中色（宁夏）东方集团有限公司特种材料分公司主要研究有色金属冶炼。：。收稿日期 铝热法生产钨铁偏析产生过程分析何志敏彭俊（中色（宁夏）东方集团有限公司特种材料分公司 宁夏石嘴山）摘 要 研究铝热法生产钨铁的反应过程，对偏析产生的原因进行了试验及总结。结果表明，加快钨铁合金冷却速度，有利于控制钨铁宏观偏析，但合金仍存在微观偏析。关键词 铝热法 钨铁合金中图分类号 文献标识码 文章编号（），（），），前言钨铁合金生产方法主要有积块法、取铁法、铝热法，积块法和取铁法生产钨铁合金以钨精矿为原料，在电炉内进行的连续性生产方法，操作较为复杂；铝热法作为一种常用的铁合金生产方法，因为其投资小，操作简单，而广泛用于铌铁、钨铁、钒铁合金及金属铬的生产，近些年由于各类合金的回收力度加大，产生很多回收废料，可直接用于生产合金。其中废钨料钨含量高，氧化钨含量达到 以上，成为铝热法生产钨铁合金的主要原料。但铝热法生产钨铁合金的偏析 问题始终无法解决，其宏观偏析结晶粒度大，含量差异严重，产品取样时容易引起含量损失。试验原料及方法 试验原料氧化钨：，；工业铝粉：；氧化铁粉：；氧化钙：；氟化钙：。以上原料粒度均小于 目。试验方法按照合金成分：，杂质 的含量进行原料配比混合，在还原炉中进行铝热还原，操作如下：试验：反应结束后渣和合金在炉内静置，自然冷却 后出炉水冷。试验：反应结束后立即向炉内渣面激水冷却。试验：反应结束后立即放渣，并将装有合金的底盘置于水槽中急冷。试验：反应结束后立即放渣，并向合金表面激水冷却。试验结果与分析试验：自然冷却 出炉水冷后，钨铁合金饼和渣层接触面出现偏析结晶层，呈短锯齿状的金属结晶层，锯齿状结晶层下部为较厚的枝状金属结晶层，见图。图 中宏观偏析层放大后见图。图 试验 合金整体断面图 图 试验 合金宏观偏析层放大图 试验：反应结束后立即向炉内渣面激水冷却后，偏析结晶层如试验，但厚度偏薄，见图。图 试验 合金整体断面图 试验：反应结束后立即放渣，并将装有合金的底盘置于水槽中急冷后，合金表面无明显偏析层，合金断面中上部出现杂色层，见图。图 试验 合金整体断面图 试验：反应结束后立即放渣，并向合金表面激水冷却后，合金表面偏析层较薄，但合金断面从下至上出现晶粒长大的现象。离凝固前沿越远，结晶粒度越小，见图。图 试验 合金整体断面图 结果与讨论铝热法生产钨铁合金，其渣由于存在大量的氧化铝而导致熔点高，先于合金凝固，因此，合金自上而下逐层凝固，从而产生由于密度差导致的金属单质对流，也就是金属钨和金属铁及其他杂质比重差异导致的对流现象，从而引起偏析的存在，同时由于比重大的钨单质的沉降，导致下层合金钨含量高。次试验化学分析结果如表 所示。从试验 和试验 化学成分分析结果可以看出，在冷却过程中，金属铝、硅、铜等杂质沿冷却方向出现晶粒长大的现象，尤其是铝，引起上表面偏析层晶粒长大现象严重，凝固前沿为锯齿形状，从而出现宏观偏析，导致钨含量和结晶粒度的差异。从试验 和试验 化学成分分析结果可以看出，加快钨铁冷却速度，使合金快速凝固，减轻因为凝固时间长导致的晶粒长大现象和溶质再分配现象，可有效减少合金的宏观偏析。但因凝固过程中合金存在温差，因此，在同一时间合金各处未凝固的液相数量也不同，引起合金各部位含量差异。结语（）合金中的铝在冷却过程中的富集会沿着冷凝方向出现晶粒长大的现象，从而引起宏观偏析。（）加快合金凝固速度，能减轻合金宏观偏析。（）合金的微观偏析难以控制，含量差异始终存在。第 期何志敏等 铝热法生产钨铁偏析产生过程分析 表 次试验钨合金化学成分 序号检测位置实验 上（锯齿状层）中（粗晶粒层）下（细晶层）实验 上（锯齿状层）中（粗晶粒层）下（细晶层）实验 上 中 下 实验 上（锯齿状层）中 下（细晶层）参考文献 赵乃成，张启轩铁合金生产实用技术手册北京：冶金工业出版社，莫叔迟，张雪芳钨铁的生产工艺和铝热法冶炼 的试验研究中国钼业，（）：（上接第 页）力回路；系统 控制器及继电器联锁回路；控制柜面板布置有自动和手动操作按钮以及各运行状态的显示，并设有自动和手动切换开关。缓冲仓设有高低料位开关，输送管道设有压力开关，与旋转供料器、罗茨鼓风机采用联锁控制。缓冲仓高料位报警时，系统自动投入运行；低料位报警时自动停止运行；压力开关实时显示输送过程中管道中的压力，将信号传送给集成控制柜，由内部 程序自动判断输送过程中的异常变化。集成控制柜设有一键起停按钮及手动操作旋钮，即先启动罗茨风机，再投运旋转供料器。当系统停运时，操作顺序相反。结语通过对试验中偏钒酸铵焙烧五氧化二钒工艺过程进行了分析，解决了设备布置先天困难、粉尘大、炉内温度不可控、物料转运等问题，确定了除尘方式、设备再布置、炉内参数设定、物料转运方案，实施了具体改造方案，完成了偏钒酸铵焙烧五氧化二钒的整套设计，进行了大量数据分析。试验表明，电加热回转窑焙烧偏钒酸铵制备五氧化二钒整套系统改造用于工业生产的可行性，提高了烧得率、降低了氧化钒损耗、缓解了大量杂质气体对推板窑内耐火材料腐蚀的问题，实现了五氧化二钒远距离全自动稀相输送，保护生态环境，降低了综合成本。由于试验了大批量偏钒酸铵，在工艺上可控、可固化、可复现，为优化提纯工艺参数奠定了基础。参考文献 朱军，程国鹏，王欢，等偏钒酸铵一步法制备氮化钒研究钢铁钒钛，（）：梅炽有色冶金炉设计手册炼北京：冶金工业出版社，：赵秦生，李中军 钒冶金 长沙：中南大学出版社，谭超，肖路，王好，等偏钒酸铵连续化制备高纯五氧化二钒片钒研究工业炉，（）：铁 合 金 年