CN1119217A

CN1119217A - 高速工具钢氧化皮的再生冶炼工艺

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Publication number: CN1119217A
Application number: CN 95111321
Authority: CN
Inventors: 孙善长
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 1995-04-12
Filing date: 1995-04-12
Publication date: 1996-03-27
Anticipated expiration: 2015-04-12
Also published as: CN1042655C

Abstract

高速工具钢氧化皮的再生冶炼工艺属火法冶金中的金属热还原工艺。通过对氧化皮的分类处理，烘烤、破碎筛分，配料与混料，还原冶炼，成分调整和短时精炼而将高速工具钢氧化皮中的贵重金属元素(如钨、钼、铬、钒等)和铁同时还原出来并重新冶炼成原钢种。金属的回收率大于80％，因此而为国家节约大量的贵重金属和能源，保护了环境，变废为宝。本发明均适用于高合金工模具钢、不锈钢、耐蚀耐热钢和高温合金钢氧化皮的再生冶炼工艺。

Description

高速工具钢氧化皮的再生冶炼工艺

本发明属火法冶金中的金属热还原工艺。

目前，我国各高速钢生产厂家和部分应用厂家对在生产、加工和处理过程中所产生的氧化铁皮(也称为铁鳞)多作废物丢弃或者回收使用不合理。这既浪费了大量的贵重金属元素(如钨、钼、铬、钒等)，又造成了环境的污染。

本发明的目的在于针对上述问题，提出了一种高速工具钢氧化皮的再生冶炼工艺。该工艺借助了火法冶金中金属热还原的理论与方法，利用化学热效应对氧化皮进行还原冶炼，并使其回复成原钢种。从而节约大量的贵重金属和能源，保护了环境，变废为宝，实现资源的综合利用。

本发明均同样适用于高合金工模具钢，不锈钢、耐蚀耐热钢和高温合金钢氧化皮的再生冶炼。

本发明依次包括以下步骤：氧化皮的收集分类；烘烤，破碎筛分，配料与混料，构筑烘烤筒式炉，加底料和点火剂，点火加料冶炼，放渣与兑钢水，成分调整和精炼，出钢与铸锭。

1、氧化皮的收集与分类

本工艺要求氧化皮为单一钢种的氧化皮，这样才能回复成原钢种。因此应分钢种收集和归类(成分接近的钢种可归一类)。高速钢氧化皮中各元素含量见表一所示。

表一、高速工具钢氧化皮成分含量

元素名称	C	W	Mo	Cr	Co	V	Si	Mn	S	P	Al
元素名称	C	W	Mo	Cr	Co	V	Si	Mn	S	P	Al	含量(％)	0.10/0.30	6.80/18.0	3.0/7.0	3.0/6.0	2.0/6.0	1.0/3.0	≤0.40	≤0.40	≤0.03	≤0.03	≤0.10

2、烘烤

氧化皮是在锻造、轧制和加热过程中产生，因此须除去油、水。其烘烤温度为200～500℃。烘烤时间为30～60分钟。通常以除尽油、水为准。

3、破碎与筛分

氧化皮经烘烤后应进行破碎与筛分，其粒度为60目至20目。

4、配料与混料

炉料的配比是根据各炉料组成的成分分析数据与理论及经验公式计算出来的。炉料由主料、还原剂和造渣剂组成。其技术要求与配比为：主料是高速工具钢氧化皮，其技术要求上面已述，在炉料中占68～78％(重量百分比，以下同)。还原剂由铝粉、硅铁粉和碳粉组成。其中，铝粉的含铝量应大于90％，粒度为20目至1mm。硅铁粉含硅量应大于72％，粒度为60目至20目，碳粉含碳量应大于85％，粒度为60目至20目。在组合还原剂中，铝粉占15～20％，硅铁粉占2～5％，碳粉占1～3％。本工艺也可采用铝粉作单一还原剂，此时，铝粉在炉料中占15～25％。但从技术经济效果来看，组合还原剂优于单一还原剂。造渣剂为石灰或镁砂或者二者的混合物，其中二者的混合比是单一造渣剂重量百分比范围的组合。要求石灰中CaO的含量大于85％，H₂O小于1.5％，粒度为20目至1mm，其用量在炉料中占3～8％。

将以上炉料分别称取，并将除铝粉外的所有炉料在混料机中混匀，若小容量时可人工混匀，并烘烤到200～400℃。

5、构筑烘烤筒式炉

还原冶炼是在一种筒式炉内进行的。见附图1所示。筒式炉由钢壳[1]，装在钢壳内壁及底部上的石棉板[2]，在石棉板上砌筑的耐火砖[3]及炉身上的出渣口[4]，出钢口[5]和吊环[6]组成。冶炼前筒炉内衬被烘烤到400～800℃。

6、加底料与点火剂

加料前将铝粉与烘烤后的炉料再行混匀。在炉子底部加入少部分炉料作底料，在底料上部做一小凹坑，在坑内加入由镁粉和氯酸钾组成的点火剂，其组分重量百分比为：

镁粉∶氯酸钾＝(80～88％)∶(12～20％)。

7、点火与加料冶炼

将酒精棉球着火后放在点火剂上引燃镁粉，从而使底料升温反应形成初期熔池，随后均匀连续地加入剩余全部炉料(加料速度以不发生大的喷溅为准)。

8、还原出来的金属液成分见表二。

表二、还原所得金属液成分

元素名称	C	W	Mo	Cr	Co	V	Si	Mn	S	P	Al
元素名称	C	W	Mo	Cr	Co	V	Si	Mn	S	P	Al	含量(％)	0.10/2.0	6.0/20.0	3.0/7.0	1.5/6.0	1.5/6.0	0.3/2.0	0.10/5.0	0.10/0.5	0.01/0.10	0.01/0.10	0.01/1.0

9、放渣与兑钢水

炉料全部反应结束后静置沉降3至8分钟，打开筒炉出渣口放出大多数炉渣，将金属液倒入电炉中，并取样分析化学成分。

10、成分调整与精炼

根据试样分析结果，在炉内调整化学成分至钢号要求，见表三所示。同时，造还原渣进行短时精炼，通常为20～40分钟。

表三、高速工具钢成品化学成分

元素名称	C	W	Mo	Cr	Co	V	Si	Mn	S	P	Al
元素名称	C	W	Mo	Cr	Co	V	Si	Mn	S	P	Al	含量(％)	0.70/1.30	6.0/18.0	3.0/7.0	3.0/6.0	2.0/6.0	1.0/3.0	≤0.40	≤0.40	≤0.03	≤0.03	0.05/0.1

11、出钢与铸锭

当化学成分合格，温度也合格后即可出钢铸锭。以上两步操作均按常规的炼钢工艺进行。

下面以一具体的高速工具钢即M₂钢(钢号为W₆Mo₅Cr₄V₂)氧化皮的再生冶炼来说明本发明的实施过程及其技术经济效果。

一、M₂钢氧化皮的化学成分

除碳以外(因碳的氧化产物为气体)，其它各元素在其氧化皮中的百分含量应与之在原钢中的含量相同，见表四所示。氧化皮中的碳通常只有0.10～0.30％。

二、M₂钢的成品成分(国家标准要求)

表四、M₂高速钢的成品成分

元素名称	C	W	Mo	Cr	V	Si	Mn	S	P
元素名称	C	W	Mo	Cr	V	Si	Mn	S	P		含量(％)	0.80/0.90	5.50/6.50	4.50/5.50	3.80/4.40	1.70/2.20	≤0.40	≤0.40	≤0.03	≤0.03

三、原材料及技术条件

1.M₂钢氧化皮，烘烤后破碎筛分，烘烤温度200～300℃，粒度为60～20目。

2.铝粉、含铝量(90～98)％，粒度为20目至1mm；

3.硅铁粉，含硅量(72～80)％，粒度为60目至20目；

4.石灰粉，CaO含量(85～90)％，H₂O含量1.0～1.5％，粒度为20目至1mm。

5.碳粉，含碳量、85～95％，粒度为60～20目。

四、炉料的组成(小容量炉)

1.M₂钢氧化皮占(70～75)％本例取25公斤

2.铝粉占(15～20)％本例取6公斤

3.硅铁粉占(2～4)％本例取1.0公斤

4.碳粉占(1～2)％本例取0.4公斤

5.石灰粉占(5～8)％本例取2.0公斤

6.点火剂由16克镁粉和4克氯酸钾组成。

五、冶炼工艺步骤

1、将上述除铝粉以外的各组分炉料分别称量后倒入一不锈钢料盘中，人工混匀后烘烤到200～300℃。

2、将自筑的筒炉内衬烘烤到400～500℃。

3、将铝粉与烘烤好的炉料混匀，在筒炉底部加入2公斤炉料作底料。

4、在底料上部作一小凹坑，坑内加入点火剂。

5、将酒精棉球着火后引燃点火剂。

6、点火剂燃烧使底料升温反应后形成初期高温熔池。

7、均匀连续地加入(人工加料)全部剩余炉料，加料速度以不发生严重的喷溅为准。

8、反应结束，静置沉降4分钟后放出大部分炉渣。

9、将金属液倒入感应电炉中(本例采用感应炉)，取中间样分析成分，并造还原渣精炼。

10、成分调整合格，温度合格后出钢铸锭。

六、效果

1、通过还原冶炼所得到的金属液成分见表五

表五、还原所得钢液成分

元素名称	C	W	Mo	Cr	V	Si	Mn	S	P	Al
元素名称	C	W	Mo	Cr	V	Si	Mn	S	P	Al		含量(％)	0.10/2.0	5.0/10.0	4.0/8.0	0.50/4.0	0.30/2.0	0.10/5.0	0.10/0.5	0.01/0.10	0.01/0.10	0.01/1.0

2、实验证明，25公斤氧化皮含金属约20公斤，含氧约4公斤，冶炼后实得金属16.80公斤，回收率为84％。

3、从16.8公斤钢中回收的贵重金属钨为1.1公斤，钼为0.75公斤，铬为0.42公斤，钒为0.2公斤，同时回收铁14公斤。

4、按目前各金属的市场价格估算(以1000公斤氧化皮为准)，仅计算回收的合金元素价值约为0.72万元，扣除成本约0.4万元，可创利0.32万元。

5、通过电炉熔炼成合格的M2钢后还会产生增值效益。

因此，可以看出本发明具有明显的技术经济和社会效益。

1、能为国家节约大量的贵重金属元素，我国年产高速工具钢4万多吨，有3～6％变成氧化皮，损失1200～2400吨。

2、变废为宝，充分利用资源，保护了环境。

3、为产生氧化皮的企业增加效益。

4、本工艺利用化学热效应冶炼，故不消耗任何外部能源(只在后期短时精炼时使用电炉)。

5、工艺操作简单，使用设备少，场地占用小，也不须用特殊原材料。

6、生产规模和产品形式可根据实际情况随意调整，由每炉几公斤至几吨。也可只生产还原钢锭(如无电炉时)，再供给钢厂生产成品钢材。

Claims

1、一种高速工具钢氧化皮的再生冶炼工艺，依次包括氧化皮的收集分类、烘烤、破碎筛分，配料与混料、构筑烘烤筒式炉，加底料和点火剂、点火加料冶炼，放渣、静置沉降钢水，成分分析与调整，出钢与铸锭；其特征在于：

(1).使收集分类后的高速工具钢氧化皮中的各元素含量如下(重量百分含量)：

C W Mo Cr Co0.10/0.30 6.80/18.0 3.0/7.0 3.0/6.0 2.0/6.0

V Si Mn S.P Al1.0/3.0 ≤0.40 ≤0.40 ≤0.03 ≤0.10

(2).以200～500℃的温度烘烤氧化皮，烘烤时间为30～60分钟；

(3).使破碎筛分后的氧化皮粒度为60～20目；

(4).按以下组分重量百分比及技术要求配制炉料；

高速工具钢氯化皮 68～78％

还原剂 18～28％

造渣剂 3～8％

其中：

还原剂为铝粉，硅铁粉和碳粉三者的组合或为单一的铝粉，单；用铝粉时配比为15～25％，造渣剂为石灰或镁砂或其二者的组合，其组合比是单一造渣剂重量百分比范围的组合；

铝粉的含铝量应大于90％，其粒度为20目至1mm；

硅铁粉的含硅量应大于72％，其粒度为60目至20目；

碳粉的含碳量应大于85％，其粒度为60目—20目；

石灰中的CaO含量应大于85％，H₂O应小于1.5％，粒度为20目

至1mm；组合还原剂的组分重量百分比为：

铝粉∶硅铁粉∶碳粉＝(15～20％)∶(2～5％)∶(1～3％)；

(5).以200～400℃的温度烘烤除铝粉以外的混合炉料；

(6).将冶炼前的筒式炉内衬烘烤到400～800℃；

(7).待炉料全部反应结束后静置沉降3～8分钟；

(8).使还原出来的金属液成分如下：

C W Mo Cr Co V0.10/2.0 6.0/20.0 3.0/7.0 1.5/6.0 1.5/6.0 0.3/2.0

Si Mn S P Al0.10/5.0 0.10/0.5 0.01/0.10 0.01/0.1 0.01/1.0

(9).将钢液倒入电炉中进行成分调整和短时精炼，时间为20～40分钟。

2、根据权利要求1所述的高速工具钢氧化皮的再生冶炼工艺，其特征在于高速工具钢中一具体钢种W₆Mo₅Cr₄V₂氧化皮的再生冶炼工艺包括以下步骤：

(1).以200～300℃的温度烘烤该氧化皮；

(2).将烘烤后的氧化皮破碎、筛分，使其粒度为60～20目；

(3).按以下组分的重量百分比及技术要求配制炉料；

W₆Mo₅Cr₄V₂钢氧化皮 70～75％

铝粉 15～20％

硅铁粉 2～4％

碳粉 1～2％

石灰粉 5～8％

其中：

铝粉的含铝量 90～98％

硅铁粉含硅量 72～80％

碳粉的含碳量 85～95％

石灰粉的CaO含量为85～90％，含H₂O为1.0～1.5％；

(4).将配制的炉料混匀，并以200～300℃的温度烘烤；

(5).以400～600℃的温度烘烤自筑的筒式炉内衬；

(6).炉料在筒炉内反应结束后静置沉降3～5分钟；

(7).使还原所得金属液的成分如下：

C W No Cr V0.10/2.0 5.0/10.0 4.0/8.0 0.50/4.0 0.30/2.0

Si Mn S p Al0.10/5.0 0.10/0.5 0.01/0.10 0.01/0.10 0.01/1.0

3、根据权利要求1所述的高速工具钢氧化皮的再生冶炼工艺，其特征在于该工艺用于高合金工模具钢氧化皮的再生冶炼。

4、根据权利要求1所述的高速工具钢氧化皮的再生冶炼工艺，其特征在于该工艺用于不锈钢氧化皮的再生冶炼。

5、根据权利要求1所述的高速工具钢氧化皮的再生冶炼工艺，其特征在于该工艺用于耐蚀耐热钢氧化皮的再生冶炼。

6、根据权利要求1所述的高速工具钢氧化皮的再生冶炼工艺，其特征在于该工艺用于高温合金钢氧化皮的再生冶炼。