專利名稱：高速工具鋼氧化皮的再生冶煉工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬火法冶金中的金屬熱還原工藝。
目前，我國各高速鋼生產(chǎn)廠家和部分應(yīng)用廠家對在生產(chǎn)、加工和處理過程中所產(chǎn)生的氧化鐵皮(也稱為鐵鱗)多作廢物丟棄或者回收使用不合理。這既浪費(fèi)了大量的貴重金屬元素(如鎢、鉬、鉻、釩等)，又造成了環(huán)境的污染。
本發(fā)明的目的在于針對上述問題，提出了一種高速工具鋼氧化皮的再生冶煉工藝。該工藝借助了火法冶金中金屬熱還原的理論與方法，利用化學(xué)熱效應(yīng)對氧化皮進(jìn)行還原冶煉，并使其回復(fù)成原鋼種。從而節(jié)約大量的貴重金屬和能源，保護(hù)了環(huán)境，變廢為寶，實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用。
本發(fā)明均同樣適用于高合金工模具鋼，不銹鋼、耐蝕耐熱鋼和高溫合金鋼氧化皮的再生冶煉。
本發(fā)明依次包括以下步驟氧化皮的收集分類；烘烤，破碎篩分，配料與混料，構(gòu)筑烘烤筒式爐，加底料和點(diǎn)火劑，點(diǎn)火加料冶煉，放渣與兌鋼水，成分調(diào)整和精煉，出鋼與鑄錠。
1、氧化皮的收集與分類本工藝要求氧化皮為單一鋼種的氧化皮，這樣才能回復(fù)成原鋼種。因此應(yīng)分鋼種收集和歸類(成分接近的鋼種可歸一類)。高速鋼氧化皮中各元素含量見表一所示。
表一、高速工具鋼氧化皮成分含量
<p>2、烘烤氧化皮是在鍛造、軋制和加熱過程中產(chǎn)生，因此須除去油、水。其烘烤溫度為200～500℃。烘烤時(shí)間為30～60分鐘。通常以除盡油、水為準(zhǔn)。
3、破碎與篩分氧化皮經(jīng)烘烤后應(yīng)進(jìn)行破碎與篩分，其粒度為60目至20目。
4、配料與混料爐料的配比是根據(jù)各爐料組成的成分分析數(shù)據(jù)與理論及經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出來的。爐料由主料、還原劑和造渣劑組成。其技術(shù)要求與配比為主料是高速工具鋼氧化皮，其技術(shù)要求上面已述，在爐料中占68～78％(重量百分比，以下同)。還原劑由鋁粉、硅鐵粉和碳粉組成。其中，鋁粉的含鋁量應(yīng)大于90％，粒度為20目至1mm。硅鐵粉含硅量應(yīng)大于72％，粒度為60目至20目，碳粉含碳量應(yīng)大于85％，粒度為60目至20目。在組合還原劑中，鋁粉占15～20％，硅鐵粉占2～5％，碳粉占1～3％。本工藝也可采用鋁粉作單一還原劑，此時(shí)，鋁粉在爐料中占15～25％。但從技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果來看，組合還原劑優(yōu)于單一還原劑。造渣劑為石灰或鎂砂或者二者的混合物，其中二者的混合比是單一造渣劑重量百分比范圍的組合。要求石灰中CaO的含量大于85％，H2O小于1.5％，粒度為20目至1mm，其用量在爐料中占3～8％。
將以上爐料分別稱取，并將除鋁粉外的所有爐料在混料機(jī)中混勻，若小容量時(shí)可人工混勻，并烘烤到200～400℃。
5、構(gòu)筑烘烤筒式爐還原冶煉是在一種筒式爐內(nèi)進(jìn)行的。見附

圖1所示。筒式爐由鋼殼[1]，裝在鋼殼內(nèi)壁及底部上的石棉板[2]，在石棉板上砌筑的耐火磚[3]及爐身上的出渣口[4]，出鋼口[5]和吊環(huán)[6]組成。冶煉前筒爐內(nèi)襯被烘烤到400～800℃。
6、加底料與點(diǎn)火劑加料前將鋁粉與烘烤后的爐料再行混勻。在爐子底部加入少部分爐料作底料，在底料上部做一小凹坑，在坑內(nèi)加入由鎂粉和氯酸鉀組成的點(diǎn)火劑，其組分重量百分比為鎂粉∶氯酸鉀＝(80～88％)∶(12～20％)。
7、點(diǎn)火與加料冶煉將酒精棉球著火后放在點(diǎn)火劑上引燃鎂粉，從而使底料升溫反應(yīng)形成初期熔池，隨后均勻連續(xù)地加入剩余全部爐料(加料速度以不發(fā)生大的噴濺為準(zhǔn))。
8、還原出來的金屬液成分見表二。
表二、還原所得金屬液成分
9、放渣與兌鋼水爐料全部反應(yīng)結(jié)束后靜置沉降3至8分鐘，打開筒爐出渣口放出大多數(shù)爐渣，將金屬液倒入電爐中，并取樣分析化學(xué)成分。
10、成分調(diào)整與精煉根據(jù)試樣分析結(jié)果，在爐內(nèi)調(diào)整化學(xué)成分至鋼號要求，見表三所示。同時(shí)，造還原渣進(jìn)行短時(shí)精煉，通常為20～40分鐘。
表三、高速工具鋼成品化學(xué)成分
11、出鋼與鑄錠當(dāng)化學(xué)成分合格，溫度也合格后即可出鋼鑄錠。以上兩步操作均按常規(guī)的煉鋼工藝進(jìn)行。
下面以一具體的高速工具鋼即M2鋼(鋼號為W6Mo5Cr4V2)氧化皮的再生冶煉來說明本發(fā)明的實(shí)施過程及其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。
一、M2鋼氧化皮的化學(xué)成分除碳以外(因碳的氧化產(chǎn)物為氣體)，其它各元素在其氧化皮中的百分含量應(yīng)與之在原鋼中的含量相同，見表四所示。氧化皮中的碳通常只有0.10～0.30％。
二、M2鋼的成品成分(國家標(biāo)準(zhǔn)要求)表四、M2高速鋼的成品成分
三、原材料及技術(shù)條件1.M2鋼氧化皮，烘烤后破碎篩分，烘烤溫度200～300℃，粒度為60～20目。
2.鋁粉、含鋁量(90～98)％，粒度為20目至1mm；3.硅鐵粉，含硅量(72～80)％，粒度為60目至20目；4.石灰粉，CaO含量(85～90)％，H2O含量1.0～1.5％，粒度為20目至1mm。
5.碳粉，含碳量、85～95％，粒度為60～20目。
四、爐料的組成(小容量爐)1.M2鋼氧化皮 占(70～75)％本例取25公斤2.鋁粉 占(15～20)％本例取6公斤3.硅鐵粉占(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.點(diǎn)火劑由16克鎂粉和4克氯酸鉀組成。
五、冶煉工藝步驟1、將上述除鋁粉以外的各組分爐料分別稱量后倒入一不銹鋼料盤中，人工混勻后烘烤到200～300℃。
2、將自筑的筒爐內(nèi)襯烘烤到400～500℃。
3、將鋁粉與烘烤好的爐料混勻，在筒爐底部加入2公斤爐料作底料。
4、在底料上部作一小凹坑，坑內(nèi)加入點(diǎn)火劑。
5、將酒精棉球著火后引燃點(diǎn)火劑。
6、點(diǎn)火劑燃燒使底料升溫反應(yīng)后形成初期高溫熔池。
7、均勻連續(xù)地加入(人工加料)全部剩余爐料，加料速度以不發(fā)生嚴(yán)重的噴濺為準(zhǔn)。
8、反應(yīng)結(jié)束，靜置沉降4分鐘后放出大部分爐渣。
9、將金屬液倒入感應(yīng)電爐中(本例采用感應(yīng)爐)，取中間樣分析成分，并造還原渣精煉。
10、成分調(diào)整合格，溫度合格后出鋼鑄錠。
六、效果1、通過還原冶煉所得到的金屬液成分見表五表五、還原所得鋼液成分
2、實(shí)驗(yàn)證明，25公斤氧化皮含金屬約20公斤，含氧約4公斤，冶煉后實(shí)得金屬16.80公斤，回收率為84％。
3、從16.8公斤鋼中回收的貴重金屬鎢為1.1公斤，鉬為0.75公斤，鉻為0.42公斤，釩為0.2公斤，同時(shí)回收鐵14公斤。
4、按目前各金屬的市場價(jià)格估算(以1000公斤氧化皮為準(zhǔn))，僅計(jì)算回收的合金元素價(jià)值約為0.72萬元，扣除成本約0.4萬元，可創(chuàng)利0.32萬元。
5、通過電爐熔煉成合格的M2鋼后還會(huì)產(chǎn)生增值效益。
因此，可以看出本發(fā)明具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
1、能為國家節(jié)約大量的貴重金屬元素，我國年產(chǎn)高速工具鋼4萬多噸，有3～6％變成氧化皮，損失1200～2400噸。
2、變廢為寶，充分利用資源，保護(hù)了環(huán)境。
3、為產(chǎn)生氧化皮的企業(yè)增加效益。
4、本工藝?yán)没瘜W(xué)熱效應(yīng)冶煉，故不消耗任何外部能源(只在后期短時(shí)精煉時(shí)使用電爐)。
5、工藝操作簡單，使用設(shè)備少，場地占用小，也不須用特殊原材料。
6、生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品形式可根據(jù)實(shí)際情況隨意調(diào)整，由每爐幾公斤至幾噸。也可只生產(chǎn)還原鋼錠(如無電爐時(shí))，再供給鋼廠生產(chǎn)成品鋼材。
權(quán)利要求
1.一種高速工具鋼氧化皮的再生冶煉工藝，依次包括氧化皮的收集分類、烘烤、破碎篩分，配料與混料、構(gòu)筑烘烤筒式爐，加底料和點(diǎn)火劑、點(diǎn)火加料冶煉，放渣、靜置沉降鋼水，成分分析與調(diào)整，出鋼與鑄錠；其特征在于(1).使收集分類后的高速工具鋼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 3.0/7.03.0/6.0 2.0/6.0V Si Mn S.P Al1.0/3.0 ≤0.40≤0.40 ≤0.03≤0.10(2).以200～500℃的溫度烘烤氧化皮，烘烤時(shí)間為30～60分鐘；(3).使破碎篩分后的氧化皮粒度為60～20目；(4).按以下組分重量百分比及技術(shù)要求配制爐料；高速工具鋼氯化皮68～78％還原劑 18～28％造渣劑 3～8％其中還原劑為鋁粉，硅鐵粉和碳粉三者的組合或?yàn)閱我坏匿X粉，單；用鋁粉時(shí)配比為15～25％，造渣劑為石灰或鎂砂或其二者的組合，其組合比是單一造渣劑重量百分比范圍的組合；鋁粉的含鋁量應(yīng)大于90％，其粒度為20目至1mm；硅鐵粉的含硅量應(yīng)大于72％，其粒度為60目至20目；碳粉的含碳量應(yīng)大于85％，其粒度為60目—20目；石灰中的CaO含量應(yīng)大于85％，H2O應(yīng)小于1.5％，粒度為20目至1mm；組合還原劑的組分重量百分比為鋁粉∶硅鐵粉∶碳粉＝(15～20％)∶(2～5％)∶(1～3％)；(5).以200～400℃的溫度烘烤除鋁粉以外的混合爐料；(6).將冶煉前的筒式爐內(nèi)襯烘烤到400～800℃；(7).待爐料全部反應(yīng)結(jié)束后靜置沉降3～8分鐘；(8).使還原出來的金屬液成分如下CW Mo Cr Co V0.10/2.0 6.0/20.0 3.0/7.0 1.5/6.0 1.5/6.0 0.3/2.0Si Mn SP Al0.10/5.0 0.10/0.5 0.01/0.10 0.01/0.1 0.01/1.0(9).將鋼液倒入電爐中進(jìn)行成分調(diào)整和短時(shí)精煉，時(shí)間為20～40分鐘。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速工具鋼氧化皮的再生冶煉工藝，其特征在于高速工具鋼中一具體鋼種W6Mo5Cr4V2氧化皮的再生冶煉工藝包括以下步驟(1).以200～300℃的溫度烘烤該氧化皮；(2).將烘烤后的氧化皮破碎、篩分，使其粒度為60～20目；(3).按以下組分的重量百分比及技術(shù)要求配制爐料；W6Mo5Cr4V2鋼氧化皮 70～75％鋁粉15～20％硅鐵粉 2～4％碳粉1～2％石灰粉 5～8％其中鋁粉的含鋁量90～98％硅鐵粉含硅量 72～80％碳粉的含碳量 85～95％石灰粉的CaO含量為85～90％，含H2O為1.0～1.5％；(4).將配制的爐料混勻，并以200～300℃的溫度烘烤；(5).以400～600℃的溫度烘烤自筑的筒式爐內(nèi)襯；(6).爐料在筒爐內(nèi)反應(yīng)結(jié)束后靜置沉降3～5分鐘；(7).使還原所得金屬液的成分如下C W No Cr V0.10/2.0 5.0/10.0 4.0/8.00.50/4.0 0.30/2.0Si Mn Sp Al0.10/5.0 0.10/0.5 0.01/0.10 0.01/0.10 0.01/1.0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速工具鋼氧化皮的再生冶煉工藝，其特征在于該工藝用于高合金工模具鋼氧化皮的再生冶煉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速工具鋼氧化皮的再生冶煉工藝，其特征在于該工藝用于不銹鋼氧化皮的再生冶煉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速工具鋼氧化皮的再生冶煉工藝，其特征在于該工藝用于耐蝕耐熱鋼氧化皮的再生冶煉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速工具鋼氧化皮的再生冶煉工藝，其特征在于該工藝用于高溫合金鋼氧化皮的再生冶煉。
全文摘要
高速工具鋼氧化皮的再生冶煉工藝屬火法冶金中的金屬熱還原工藝。通過對氧化皮的分類處理，烘烤、破碎篩分，配料與混料，還原冶煉，成分調(diào)整和短時(shí)精煉而將高速工具鋼氧化皮中的貴重金屬元素(如鎢、鉬、鉻、釩等)和鐵同時(shí)還原出來并重新冶煉成原鋼種。金屬的回收率大于80％，因此而為國家節(jié)約大量的貴重金屬和能源，保護(hù)了環(huán)境，變廢為寶。本發(fā)明均適用于高合金工模具鋼、不銹鋼、耐蝕耐熱鋼和高溫合金鋼氧化皮的再生冶煉工藝。
文檔編號C22C33/04GK1119217SQ9511132
公開日1996年3月27日 申請日期1995年4月12日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月12日
發(fā)明者孫善長 申請人:重慶大學(xué)