钼铁冶炼生产工艺优化和改进

崔国伟，乌红绪

(金堆城钼业集团有限公司，陕西华县714101)

0 前言

1988年10月金钼集团钼炉料产品部首次采用硅铝热还原法冶炼钼铁获得成功。20多年来钼炉料产品部对钼铁系统经过多次技术改造，钼铁产量、质量及其工艺装备水平发生了较大的飞跃。为了进一步提高钼铁冶炼金属回收率，对钼铁冶炼生产现状和问题进行了分析研究和优化改进，效果良好。

1 钼铁冶炼工艺及现状

1.1 工艺流程

1.2 研究原理

硅铝热还原法熔炼钼铁生产，是一项传统的钼铁合金冶炼技术，属于炉外法(一般用来生产高熔点、难还原、含碳量极低的合金或纯金属)的一种。冶炼用的物料有：氧化物——工业氧化钼、还原剂——硅铁和铝粒、熔剂——萤石、补热剂——硝石以及铁合金品位调节物——钢屑。根据原辅料品质分析，进行冶金配料计算，将冶炼原辅料等进行检斤配比和混料，装入熔炼炉后点火冶炼。钼铁冶炼反应依靠物料自热进行，破坏反应氧化还原平衡和热平衡的任何工艺环节因素，都可导致熔炼不合格，影响钼铁冶炼金属回收率。

图1 钼铁冶炼工艺流程图

1.3 钼铁冶炼工艺现状及存在问题

1.3.1 原辅料

钼铁冶炼反应非常迅速，冶炼渣凝固速度很快，一旦点火反应，冶炼所需热量和反应产物全部依赖装填的炉料提供，不需外界再供热和补添物料。这就要求物料的品质必须满足熔炼需要。钼铁冶炼原辅料工艺现状及存在问题见表1。

表1 钼铁冶炼原辅料工艺现状及存在问题

1.3.2 配料和混料

冶炼炉料要加工成合适粒度，然后要进行烘干，按配料比进行配料。炉料的准确称量是保证冶炼正常进行的先决条件。称好的炉料放入混料机内混料，混合均匀的炉料放入料罐内。配料工作是一件非常仔细、不容许有丝毫差错的工作，尽可能使用精度高的电子自控装置。配料时应严格控制粉尘和防火，因炉料易燃和粉尘易爆，要求有严格的除尘和防火措施。

配料、混料工艺现状及存在问题：检斤配料使用移动式机械秤，对制备好的集中堆放和大批量现场存放的辅料，人工进行称量。操作劳动强度很大，现场作业环境恶劣；受检斤方式影响，配料误差大；现场存放大量的硅铁、铝粒和铁鳞等物料，不利于安全防火控制。

混料采用刮板卧式混料机，由于10多年运行，故障频繁，混料机刮板因钢屑等块状物存在，经常卡死，无法正常运转。混料机工作经常“直肠子”运行，每罐炉料需多次加入反复混合。混料均匀程度低，直接影响冶炼反应效果。

1.3.3 冶炼型砂

原型砂的特点：耐火度较低，1 500℃左右；湿河沙类型，混有细粒沙土；钼铁熔炼过程中大量结壳粘结，厚度达20 mm以上，总量每炉平均750 kg；水淬铁锭时淬透度差，影响破碎精整产成品率。

1.3.4 冶炼砂基

冶炼砂基是用型砂铺垫起来，用于容纳合金的一圆筒形或箱体形砂池。在砂基中做成半球形的凹坑——砂窝，准备好的熔炉放在砂基上，等炉料装入后点火熔炼。

砂基的特点：一是要透气性好，二是要坚固耐用。

原砂基断面图见图2。

图2 原砂基断面图

原砂基用粗粒砂垫基，细粒砂制作熔炼砂窝，长期使用出现了基础致密化，熔炼时透气性降低，崩窝现象频出，铁锭经6 h冷却还达不到完全凝固，给后续生产带来影响。

1.3.5 熔炼炉

原使用的钼铁熔炼炉有2种规格：Φ1500× 1800、Φ2200×2000。钼铁冶炼生产过程中存在以下问题：炉料装入后，料面距炉筒上端不足400 mm；反应过程中严重喷溅，统计熔炼反应损失平均每炉达20 kg；由于物料集中，反应冲高2～3 m，烟气大量外溢，收尘和现场环境极差，直接影响着钼金属回收率。

1.3.6 钼铁中间品回炉

钼铁冶炼产生的含钼中间品，包括渣铁、重力水选铁、冶炼除尘灰、冶炼烟道灰、烟罩渣、炉筒粘渣6种。因硅铝热还原法冶炼钼铁是氧化还原放热反应过程，过多的无氧或低氧物料供氧不足，并且中间品中的惰性物质和杂质会破坏钼铁冶炼反应和渣型。

原钼铁中间品回炉，配料过程混入烟尘灰(除尘灰和部分细颗粒渣铁)，熔炼过程采用铁桶分装渣铁(渣铁、烟道灰、重力水选铁、烟罩渣、炉筒粘渣)，放置于炉筒边沿，熔炼反应中间推入熔池的方法进行。易造成反应长时间难以结束，铁锭局部不熔化，且放置收尘罩时经常碰翻料桶，操作极不安全。

1.3.7 冶炼水淬池

钼铁冶炼水淬池是钼铁熔炼后续工序，是将完全凝固的钼铁锭夹起后，放置于合金盘上，吊入一方形池内加入冷水激淬，使合金脆性增大，利于破碎。淬铁质量的好坏，与进水强度和排水速度关系密切，操作过程决定了钼铁淬透度、是否锈铁和破碎精整成品铁量。

原水淬池为箱式砼结构，容积大，深度浅，水淬时进水缓慢，排水不迅速。经常造成铁锭难以淬透或出现锈铁现象，破碎难度增大，成品铁产量波动很大，严重影响钼铁生产效率。原水淬池结构见图3。

图3 原水淬池结构图

2 工艺优化研究和改进

2.1 原辅料

通过生产对比试验，对原辅料粒度、品质和工艺控制进行试验研究，确定原辅料最佳工艺条件并实施改进。钼铁冶炼原辅料优化改进及效果见表2。

2.2 配料、混料

对配料、混料工艺过程中的检斤秤和混料机进行优化改进，并增加配料除尘系统，实现精准配料和保证混料均匀性。

使用“V”型混料机，物料在混料机内呈立体多角度混合，运转15圈即可充分混匀，混好物料通过卸料阀放入电动平台车上的料罐，进入熔炼工序装炉冶炼。

配料、混料优化改进及效果见表3。

2.3 冶炼型砂

对比研究冶炼用型砂性能，选用石英砂类型砂，满足了钼铁熔炼要求。使用效果为：耐火度高达1 700℃左右；石英砂经水洗和筛分，洁净度高，粒度均匀；细粒级40～70目，粗粒级20～40目；熔炼钼铁过程中粘带量少，厚度10 mm左右，每炉平均410 kg；水淬过程中，砂壳熔融呈玻璃体状容易脱壳，淬铁透度高，破碎精整率提高。

表2 钼铁冶炼原辅料优化改进及效果

表3 配料、混料优化改进及效果

2.4 冶炼砂基

冶炼砂基优化改进为：粒度2～5 mm铺底砂改为30～50 mm毛石；砂窝基础1～3 mm铺砂改为20～40目粗石英砂，40～70目细粒石英砂做熔炼砂窝；去掉放渣溜口，用耐火砼打结平整。优化改进后的效果：砂基透气性好，铁锭凝固时间缩短至3～4 h，有利于连续生产；无崩窝现象；起炉筒时无溜口跑铁现象；钼铁冶炼损失减小。优化改进后的冶炼砂基见图4。

2.5 熔炼炉

新型熔炼炉，在充分分析和研究冶金炉长径比及物料填充率后，设计选取Φ2500×2200型冶炼炉。使用效果为：炉料装入料面距炉筒上端1 400 mm；反应过程中极少量喷溅；冶炼反应物损失平均每炉1～2 kg；反应烟气冲高1.5 m以下，烟气全部进入收尘罩，收尘效率提高，现场环境得以改善。

图4 优化改进后的冶炼砂基

2.6 钼铁中间品回炉试验研究与优化改进

冶炼除尘灰和部分细粒度渣铁可以通过配混料使用，其余含钼中间品：块状渣铁、重力水选铁、冶炼烟道灰、烟罩渣和炉筒粘渣，必须在冶炼反应前加入炉内，充分利用熔炼热熔化这部分冷料。

2.6.1 冶炼除尘灰回炉试验

粉状除尘灰与冶炼原辅料氧化钼、硅铁、铝粒、铁鳞、萤石、硝石、钢屑同时加入混料机完全混合，形成满足钼铁熔炼要求、具有稳定热值的冶炼物料。冶炼除尘灰回炉试验进行了加入顺序和加入量两项试验。冶炼除尘灰加入工艺试验见表4。

表4 冶炼除尘灰加入工艺试验

试验分析：对比试验后分析，冶炼除尘烟灰在配料过程中，于氧化钼和铁鳞之间加入混料机加以消化使用，不影响原料性能和生产作业，效果明显改善。

2009年以前，钼铁冶炼产量小，冶炼除尘灰产生量积压不明显。2009年2月开始，月产量逐渐加大，加上冶炼除尘器改造完成后，冶炼除尘烟灰量越来越多，日产烟尘量达2.1 t。大量回炉冶炼烟尘灰试验研究必须进行。冶炼除尘灰加入量试验见表5。

表5 冶炼除尘灰加入量试验

试验分析：按每吨氧化钼配料时加入烟尘灰，至75 kg时物料体积增大明显，接近混料机最大容积，细粒物料增多导致粘结仓壁现象出现，物料入料罐时放料困难。因此，选取每吨氧化钼配入60～70 kg除尘烟灰，既满足生产工艺需要，又能足量消化除尘灰(60×3×12=2 160 kg)。

2.6.2 渣铁加入工艺试验

试验1：顶部加入工艺见图5。

顶部加入工艺，是将含钼中间品集中加入装完炉的物料顶部，利用反应熔化热熔化后，钼金属颗粒随钼铁沉降进入钼铁熔池。

图5 顶部加入工艺图

试验分析：顶部加入工艺，可充分利用冶炼反应热，对冶炼反应喷溅有所减轻；但是，冶炼点火物在物料顶部平铺时，受到含钼中间品阻隔，影响冶炼引火过程，甚至引起局部反应滞后，对整个熔炼过程和冶炼效果产生一定影响。

试验2：顶部推入工艺见图6。

顶部推入工艺，是将含钼中间品装入铁桶中，放置于冶炼炉上端，待剧烈反应时人工推入熔炼合金内，利用熔化热熔解沉降。

试验分析：顶部推入工艺，对熔炼反应要求较高，当反应时间超过20 min时，则不能推入含钼中间品，工艺操作受阻；并且人工操作时，易引起熔体激溅伤人。

试验3：底部堆入工艺见图7。

底部堆入工艺，是将含钼中间品直接加入熔炼炉底，放置于砂窝表面，利用冶炼反应熔体热熔化加入物。

试验分析：底部堆入工艺，解决了顶部推入引起的安全隐患和操作难题。但是，通过连续试验发现，当含钼中间品粒度细密时，容易产生熔化受阻，不能完全熔入钼铁熔体；同时，堆入操作易引起砂窝表面不平整，铁锭形状复杂，精整产生渣铁量增大。

试验4：分层布料工艺见图8。

分层布料工艺，是将冶炼炉料和含钼中间品按先后顺序，分层分批逐步加入料层，利用反应热熔化回炉物料。

图8 分层布料工艺

试验分析：分层布料工艺，将两类物料分层加入，既解决了点火不顺畅、熔体激溅问题，又解决了铁锭底部不平整和熔化不完全问题，投入生产应用后，起到了消化库存钼中间品和优化冶炼反应过程的良好作用。

2.7 冶炼水淬池

水淬池优化改进见图9。

图9 水淬池优化改进图

优化改进及效果：缩小水淬池容积，加设循环水泵进水，进水迅速；提高出水口高度，减少积砂堵塞影响，排水顺畅；铁锭淬透度良好，易于操作控制；破碎、精整成品率提高至93.5%以上。

2.8 优化改进后的钼金属回收率

钼铁生产中造成钼损失的主要途径是烟气带走损失和炉渣损失。烟气中的钼主要是以氧化钼粉尘的形式存在；炉渣中的钼主要是以金属颗粒的形式存在。物料运输、配混料、装炉和钼升华是引起钼损失的另一途径。进行钼金属分布研究，分析钼金属走向，优化工艺控制，可以提高钼金属回收率和生产效率。

优化改进后的钼铁冶炼钼金属平衡分布见图10。

图10 优化改进后的钼铁冶炼钼金属平衡分布图

进行工业生产应用，采用检测分析、采样分析和跟踪检重方法，研究汇总形成钼金属分布平衡图，结果显示钼金属回收率可达到98.648%。

3 结论

(1)通过生产对比试验，优化了原辅料品质：氧化钼粒度0～4 mm，6 t组批进行元素分析；铁鳞品位65%以上，杂质符合标准；选用75硅铁、活性铝大于98%铝粒和氟化钙大于80%萤石粉。

(2)通过对比分析，确定出机械电子秤检斤配料，使用V型混料机混料，辅料硅铁雷蒙磨制备、小袋定量包装，铁鳞实现振动筛筛分、流化床干燥、小袋定量包装。

(3)选用石英砂做冶炼型砂，冶炼砂基粗石和粒砂制作，改进熔炼炉为Φ2500×2200型，水淬池实施快速进出水改进。

(4)通过对比试验，确定除尘灰于氧化钼和铁鳞之间加入混料机，每吨氧化钼加入除尘灰量控制在60～70 kg之间，回炉渣铁分层布料加入熔炼炉。

(5)钼铁冶炼回收率提高至98.648%。

［1］赵乃成，张启轩.铁合金生产实用技术手册［M］.北京：冶金工业出版社，1998.

［2］铁合金设计参考资料编写组.铁合金设计参考资料［M］.北京：冶金工业出版社，1980.

［3］李洪桂.稀有金属冶金学［M］.北京：冶金工业出版社，1990.

［4］黄兴无.有色冶金原理［M］.北京：冶金工业出版社，1993.