本发明涉及一种铌铁合金的冶炼工艺，特别涉及一种电铝热法铌铁浇铸脱铝的方法，属于冶金领域。
背景技术：
：现有技术中，根据铌含量的不同，铌铁产品分为FeNb50、FeNb60和FeNb70，主要作为炼钢添加剂，它可以改善钢材的综合性能。含铌钢因具有强度高，韧性、耐磨性、耐腐蚀性好的特点而广泛用于机器制造、建筑、航空航天、铁路、桥梁等行业。近年来，我国年钢产量保持着平稳增长的态势，含铌钢产量在钢总产量中所占比重不断快速攀升，这必然导致铌的需求量大增。在这个大环境下，国内外铌产业发展较快，导致铌铁产品在市场、技术等方面的竞争日趋激烈。客户对铌铁质量的要求除开国家标准中的规定条款之外，还包含有诸如成分均匀性好，铝含量低，结晶形态良好，产品方便破碎、制样等新的要求。这迫使铌铁生产企业的技术开发向着更为精细的方向发展。目前国内大多数铌铁厂家采用的是一步法铝热还原工艺，合金中的铝含量无法有效控制，客户需要低铝铌铁时，只能以牺牲铌的收率来满足，铌铁中铝的成分和收率之间存在难以解决的矛盾。同时，一步法冶炼铌铁其铌回收率也受到制约，冶炼回收率难以进一步提升，产品质量完全取决于配料，冶炼过程不能有效控制合金成份。如何在保持高收率的条件下有效的脱除过量的铝成为铌铁冶炼技术的一个新的发展方向。一般而言，电铝热冶炼过程中加入Nb2O5进行脱铝是一个较好的选择，但是由于Nb2O5的比重跟铌铁冶炼渣系接近，造成在渣中沉降困难，使得脱铝的动力学条件较差，反应速率较慢，直接导致冶炼成本的增加。由于铌铁冶炼历史较长，工艺比较完善，在这方面的专利较少，创新较难，目前，铌铁冶炼的专利都聚焦在原料和还原剂的选择以及如何有效地提高铌的回收率上。专利CN104894363A利用低品位铌精矿制备铌铁合金与稀土硫酸复盐，步骤如下：(1)将煤粉和低品位铌精矿混合均匀后造球；(2)1000～1300℃还原焙烧；(3)磨细后在50～150mT的磁感应强度下磁选分离；(4)磁选尾矿加水制成矿浆，加入捕收剂和起泡剂进行浮选；(5)向浮选尾矿中加入还原剂和化渣剂，进行电弧冶炼，制成铌铁合金和稀土渣；(6)将稀土渣磨细后用硫酸溶液浸出，过滤分离获得浸出液和浸出渣；(7)将浸出液加水稀释；(8)加入氯化钠再加热沉淀，过滤烘干后即为稀土硫酸复盐。该发明的方法工艺设备简单、投资少、能耗低；实现了磁选尾矿中残余煤粉的回收利用。专利CN104328274A公开了一种脱磷脱铁铌渣生产中级铌铁合金的方法，其特征是：将脱磷脱铁铌渣、兰炭与添加剂按100：(5-40)：(5-20)的重量比混匀压块，在高温炉内1200-1400℃条件下还原碳化焙烧，保温60～120分钟，随炉冷却至100～200℃，得到还原铁和碳化铌混合物；将得到的还原铁和碳化铌混合物取出后经制粉、磁选，得到含铁碳化铌粉；其中：制粉磨矿至粒度小于0.074mm达到90wt％以上，磁选磁场强度500-2000kA·m-1；将含铁碳化铌粉、石油沥青焦与添加剂重量比为100：(10-50)：(10-100)，冶炼温度保持在1500～1650℃，冶炼时间为20-80分钟，浇注冷却，即可得到中级铌铁合金。其优点是：工艺简单、低能耗、环境友好、铌收率高。专利CN1172170A公开了一种二步电炉还原炼铌铁的方法，一种用含Nb2O51～8％低品位复杂铌精矿生产铌铁的方法，主要包括铌精矿加焦粉和有机粘合剂混辗、压团、烘干制成内配碳球团。球团在电弧炉中适当的酸碱度和温度下，进行选择性的预还原、脱铁、除磷、除硫及富集铌，得富铌渣和含磷半钢。富铌渣在二次电弧炉中加混合铝热还原剂进行深还原，得合格的铌铁。从铌精矿至铌铁合金的铌总收率达73～92％；每产1吨铌铁可副产2～8吨半钢和含稀土6～8％的贫铌渣3.8～8吨，为铌的提取开辟了新路。专利CN1018847B公开了铌铁精矿制取优质铌铁合金的方法，涉及以铌铁精矿制取优质铌铁合金的方法。该发明方法以铌铁精矿为原料，经过盐酸浸出、水洗、摇床重选、磁选和焙烧的预处理，再经铝热法一步到位制成含铌高达70％以上和/或含杂质量低的优质铌铁。操作简单，成本低，污染小，质量高。从上述已经公开的专利技术看，现有技术的重心大都集中在铌铁冶炼的还原过程中，未涉及到脱铝精炼，难以实现对于铌铁高效率脱铝的效果。技术实现要素：本发明的目的在于克服现有技术中铌铁合金冶炼过程中脱铝试剂Nb2O5应用效果不佳，收率较低的问题，提供一种电铝热法铌铁浇铸脱铝的方法。为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种电铝热法铌铁浇铸脱铝的方法，在锭模中铺装氧化铁、石灰和氟石，并烘烤至150-450℃。然后，将熔炼好的铌铁合金液浇铸到锭模中，利用铌铁合金液浇铸冲刷以及搅拌作用使得铌铁合金液与铺在锭模中的氧化铁和石灰反应，实现铌铁合金液的脱铝。本发明的电铝热法铌铁浇铸脱铝的方法利用了铌铁合金液的高温与铺装在锭模中的脱铝试剂反应，在铌铁合金浇铸的最后时刻完成脱铝，不同于现有技术中的一般的在熔炼炉中的脱铝工艺。因为脱铝的工艺发生在锭模中，脱铝试剂在底部与浇铸的铌铁合金液作用，在铌铁合金液的冲刷、搅拌作用下充分反应，反应的效率高，不会出现现有技术中的脱铝试剂在渣中沉降困难的问题，脱铝试剂的利用率更高，脱铝的效果也更好。本发明的工艺方法未见任何文献报道，属浇铸过程脱铝技术，对于快速有效地脱除铌铁合金中过量的铝以及提高铌的收率具有重要意义。而且，脱铝后的铌铁合金液在锭模中冷却即得铌铁合金，相应的铌铁合金是含铝量极低的优质铌铁合金。进一步，铌铁合金液的熔炼过程中配铝量为理论值的1.1-1.5倍，优选为1.2-1.4倍。铌铁合金液的熔炼过程中，设计的配铝量为过量的铝，可以保证熔炼中的铌铁合金具有更高的还原比例，使得熔炼过程中使用的Nb2O5能够得到更加充分的应用，减少进入到熔渣中的铌含量。原料严格按照化学反应的理论计算值和造渣的需要进行配比，配铝量为理论值的1.2～1.4倍，原料加入量视炉容而定，将其混匀后入标准电弧炉。进一步，烘烤温度为150-350℃，更优选烘烤温度为200-300℃。将锭模烘烤加热，主要是为了减少石灰、氟石、氧化铁以及锭模与浇铸熔体之间的温差，提供给脱铝反应足够的时间。进一步，使用到的氧化铁和石灰经过筛选控制其中的杂质成分含量。进一步，所述铌铁合金液的温度超过1800℃，最好是1900～1930℃。由于铌铁冶炼渣系熔点温度很高，约为1800℃左右，因此采用1900～1930℃的浇铸温度主要是为了延长合金熔体保持液态的时间，从而使脱铝反应进行得比较彻底。进一步，所述氧化铁、石灰和氟石的比例为5～6:2～2.5:1。将锭模中氧化铁、石灰及氟石的质量比例控制在5～6:2～2.5:1是因为氧化铁的比例太高，易增加渣量，从而增加铌损失；石灰和氟石的作用是调渣，保证铌铁冶炼渣较好的流动性，如果太少起不到调渣作用，太高则容易侵蚀锭模内衬，同样会导致铌的损失。氟石配合应用于铺装在锭模的底部，可以很好的帮助造渣，能够控制合金钢液浇铸到锭模中快速冲刷反应脱铝过程中新生成的杂质成分造渣浮出分离，避免脱铝的杂质残留在合金钢中。进一步，所述氧化铁中：Fe＞64％，Si＜1.0％，P＜0.02％，S＜0.02％，Mn＜0.5％，C＜0.5％，Al＜0.5％。优选的，所述氧化铁粒度为0.5mm～1.5mm。筛选的氧化铁主要是作为脱铝反应的重要成分，因为氧化铁在和合金钢液中的残留的铝充分反应后新生成的铁会进入到合金钢液中，所以筛选氧化铁可以控制好氧化铁和钢液冲刷反应的效果，保持冶炼的铌铁合金的品质。进一步，所述石灰中：CaO＞85％，S＜0.02％，C＜0.5％，P＜0.02％，SiO2＜1％。优选的，所述石灰粒度为1mm～3mm。同样的，石灰作为脱铝辅助成分，其中的杂质也容易被引入到铌铁合金钢中，所以采用了优良品质的石灰作为脱铝辅助成分，保证浇铸脱铝过程中的合金钢品质。进一步，所述氟石的CaF2质量含量＞95％，SiO2＜2％，粒度为0.2～0.5mm。氟石用于辅助造渣，选用高品质的氟石更有利于提高样品的处理效果。上述的预先铺装在锭模中的氧化铁、石灰和氟石等成分，对于成分的筛选主要是提高了合金钢液的脱铝以及造渣效果，对氧化铁、石灰和氟石的成分进行严格控制，避免因其他杂质的引入而导致合金产品不合格。其次的还在于对于铺装材料的粒径/粒度的大小的选择。当应用了氧化铁和石灰的粒径分别控制在0.5mm～1.5mm，1mm～3mm的时候，氧化铁可以充分的反应，完成脱铝，并保证脱铝后生成的氧化铝能够和石灰快速作用生成炉渣，而相应的用于造炉渣的氟石，则应该采用更加细密的粒度，使得保证造渣的速度更快，合金钢液的冷却凝固前钢渣能够和合金钢充分的分离开来。本发明中应用的氟石与一般的炼钢工艺中直接加入到炼钢炉中的氟石应用有所不同，因为一般炼钢工艺中，氟石在炉底和炼钢中生成的渣充分作用，形成的钢渣排出效果好。而本发明中的氟石需要在更短的时间内快速的完成相应的工作，因而氟石在需要特别调整筛选。本发明筛选的氟石就是粒度更小，铺装更加均匀的造渣材料，造渣速度快，并且造渣效果好。进一步，铺装在锭模中的氧化铁的反应当量与铌铁合金液的熔炼过程中配铝量的过量系数相适配，使得铺装的脱铝试剂能够很好的和需要脱出的铝元素充分反应，进而降低合金液中的铝含量。进一步，制备得到的铌铁合金产品铝含量低于0.2％，优选低于0.1％。待浇铸结束后，随锭模冷却至室温，得到的铌铁合金产品铝含量一般低于0.1％，可满足客户的特殊需求。进一步，所述熔炼好的铌铁合金液是采用电铝热法冶炼的铌铁合金液。优选的，铌铁合金液是在标准电弧炉中冶炼的。更优选的，所述的电弧炉是2-3t的电弧炉。进一步，所述熔炼好的铌铁合金液是指熔炼至炉渣中铌的含量低于0.5％的时候，此时熔炼的Nb2O5中的铌已经绝大部分转移至铌铁合金液中，铌的回收率较高，损失较少。与现有技术相比，本发明的有益效果：1.本发明的电铝热法铌铁浇铸脱铝的方法利用了铌铁合金液的高温与铺装在锭模中的脱铝试剂反应，在铌铁合金浇铸的最后时刻完成脱铝，不同于现有技术中的一般的在熔炼炉中的脱铝工艺。2.本发明的脱铝的工艺发生在锭模中，脱铝试剂在底部与浇铸的铌铁合金液作用，在铌铁合金液的冲刷、搅拌作用下充分反应，反应的效率高，不会出现现有技术中的脱铝试剂在渣中沉降困难的问题，脱铝试剂的利用率更高，脱铝的效果也更好。3.本发明的工艺方法未见任何文献报道，属浇铸过程脱铝技术，对于快速有效地脱除铌铁合金中过量的铝以及提高铌的收率具有重要意义。4.本发明的工艺，在铌铁合金液的熔炼过程中，设计的配铝量为过量的铝，可以保证熔炼中的铌铁合金具有更高的还原比例，使得熔炼过程中使用的Nb2O5能够得到更加充分的应用，减少进入到熔渣中的铌含量。具体实施方式下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本
发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。本发明中未特别说明的百分比均为重量百分比。实施例1：原料：Nb2O5(质量含量98.0％)1000kg，配铝406kg，铁246kg，石灰200kg。将料混合均匀后加入炉内，二次电压190V通电引弧，炉料化清后二次电压选用135V。期间将150kg氧化铁、60kg石灰与30kg氟石加入到锭模中，烘烤温度250℃。冶炼通电60min后，快速分析渣中残铌为0.35％，出炉浇铸，浇铸温度1910℃，之后随锭模冷却至室温，取合金样分析，铝含量为0.06％，得到的铌铁含铌65.3％，铌收率97.8％。其中，氧化铁中：Fe＞64％，Si＜1.0％，P＜0.02％，S＜0.02％，Mn＜0.5％，C＜0.5％，Al＜0.5％。氧化铁粒度为1.1mm。石灰中：CaO＞85％，S＜0.02％，C＜0.5％，P＜0.02％，SiO2＜1％。石灰平均粒度2mm。氟石的CaF2质量含量＞95％，SiO2＜2％，粒度为0.3-0.4mm。以下实施例中未特别说明的均为相同的氧化铁、石灰和氟石原料。实施例2：原料：Nb2O5(质量含量97.8％)1000kg，配铝440kg，铁200kg，石灰200kg。将料混合均匀后加入炉内，二次电压190V通电引弧，炉料化清后二次电压选用135V。期间将215kg氧化铁、90kg石灰与45kg氟石加入到锭模中，烘烤温度300℃。冶炼通电60min后，快速分析渣中残铌为0.25％，出炉浇铸，浇铸温度1920℃，之后随锭模冷却至室温，取合金样分析，铝含量为0.07％，得到的铌铁含铌65.1％，铌收率98.1％。实施例3：原料：Nb2O5(质量含量97.0％)1000kg，配铝406kg，铁340kg，石灰200kg。将料混合均匀后加入炉内，二次电压190V通电引弧，炉料化清后二次电压选用135V。期间将280kg氧化铁、100kg石灰与50kg氟石加入到锭模中，烘烤温度200℃。冶炼通电60min后，快速分析渣中残铌为0.21％，出炉浇铸，浇铸温度1930℃，之后随锭模冷却至室温，取合金样分析，铝含量为0.04％，得到的铌铁含铌55.3％，铌收率98.5％。实施例4：原料：Nb2O5(质量含量97.3％)1000kg，配铝407kg，铁320kg，石灰190kg。将料混合均匀后加入炉内，二次电压190V通电引弧，炉料化清后二次电压选用135V。期间将280kg氧化铁、110kg石灰与55kg氟石加入到锭模中，烘烤温度150℃。冶炼通电60min后，快速分析渣中残铌为0.23％，出炉浇铸，浇铸温度1920℃，之后随锭模冷却至室温，取合金样分析，铝含量为0.05％，得到的铌铁含铌56.1％，铌收率97.9％。实施例5：原料：Nb2O5(质量含量97.5％)1000kg，配铝407kg，铁310kg，石灰180kg。将料混合均匀后加入炉内，二次电压190V通电引弧，炉料化清后二次电压选用135V。期间将280kg氧化铁、120kg石灰与60kg氟石加入到锭模中，烘烤温度350℃。冶炼通电60min后，快速分析渣中残铌为0.34％，出炉浇铸，浇铸温度1910℃，之后随锭模冷却至室温，取合金样分析，铝含量为0.08％，得到的铌铁含铌56.3％，铌收率98.1％。实施例6：原料：Nb2O5(质量含量96.8％)1000kg，配铝370kg，铁200kg，石灰190kg。将料混合均匀后加入炉内，二次电压190V通电引弧，炉料化清后二次电压选用135V。期间将300kg氧化铁、120kg石灰与60kg氟石加入到锭模中，烘烤温度320℃。冶炼通电60min后，快速分析渣中残铌为0.31％，出炉浇铸，浇铸温度1920℃，之后随锭模冷却至室温，取合金样分析，铝含量为0.06％，得到的铌铁含铌65.8％，铌收率98.0％。其中，氧化铁粒度为0.9mm。石灰平均粒度1.8mm(略低于2mm)。氟石平均粒度0.4mm。实施例7：原料：Nb2O5(质量含量97.3％)1000kg，配铝372kg，铁210kg，石灰200kg。将料混合均匀后加入炉内，二次电压190V通电引弧，炉料化清后二次电压选用135V。期间将200kg氧化铁、80kg石灰与40kg氟石加入到锭模中，烘烤温度310℃。冶炼通电50min后，快速分析渣中残铌为0.41％，出炉浇铸，浇铸温度1900℃，之后随锭模冷却至室温，取合金样分析，铝含量为0.04％，得到的铌铁含铌66.3％，铌收率98.1％。其中，氧化铁粒度为1.0mm，石灰平均粒度1.5mm，氟石平均粒度1.0mm。实施例8：原料：Nb2O5(质量含量97.7％)1000kg，配铝390kg，铁210kg，石灰180kg。将料混合均匀后加入炉内，二次电压190V通电引弧，炉料化清后二次电压选用135V。期间将200kg氧化铁、130kg石灰与60kg氟石加入到锭模中，烘烤温度220℃。冶炼通电65min后，快速分析渣中残铌为0.29％，出炉浇铸，浇铸温度1910℃，之后随锭模冷却至室温，取合金样分析，铝含量为0.02％，得到的铌铁含铌66.5％，铌收率98.2％。其中，氧化铁粒度为1.0mm，石灰平均粒度1.5mm，氟石平均粒度0.2mm。对比例1：未使用氟石原料：Nb2O5(质量含量98.1％)1000kg，配铝390kg，铁210kg，石灰180kg。将料混合均匀后加入炉内，二次电压190V通电引弧，炉料化清后二次电压选用135V。期间将200kg氧化铁、130kg石灰加入到锭模中，烘烤温度220℃。冶炼通电65min后，快速分析渣中残铌为0.31％，出炉浇铸，浇铸温度1910℃，之后随锭模冷却至室温，取合金样分析，铝含量为1.42％，得到的铌铁含铌65.4％，铌收率96.7％。对比例2：氟石用量较少原料：Nb2O5(质量含量98.1％)1000kg，配铝390kg，铁210kg，石灰180kg。将料混合均匀后加入炉内，二次电压190V通电引弧，炉料化清后二次电压选用135V。期间将200kg氧化铁、130kg石灰、25kg氟石加入到锭模中，烘烤温度220℃。冶炼通电65min后，快速分析渣中残铌为0.32％，出炉浇铸，浇铸温度1910℃，之后随锭模冷却至室温，取合金样分析，铝含量为1.02％，得到的铌铁含铌64.8％，铌收率97.1％。对比例3：氟石用量较多原料：Nb2O5(质量含量98.1％)1000kg，配铝390kg，铁210kg，石灰180kg。将料混合均匀后加入炉内，二次电压190V通电引弧，炉料化清后二次电压选用135V。期间将200kg氧化铁、130kg石灰、105kg氟石加入到锭模中，烘烤温度220℃。冶炼通电65min后，快速分析渣中残铌为0.29％，出炉浇铸，浇铸温度1910℃，之后随锭模冷却至室温，取合金样分析，铝含量为0.02％，得到的铌铁含铌64.3％，铌收率96％。对比例4：浇铸温度对于合金的影响原料：Nb2O5(质量含量98.1％)1000kg，配铝390kg，铁210kg，石灰180kg。将料混合均匀后加入炉内，二次电压190V通电引弧，炉料化清后二次电压选用135V。期间将200kg氧化铁、130kg石灰、55kg氟石加入到锭模中，烘烤温度220℃。冶炼通电65min后，快速分析渣中残铌为0.27％，出炉浇铸，浇铸温度1800、1850、1900、2000℃，之后随锭模冷却至室温，取合金样分析，结果如下表。表1铌铁合金钢分析浇注温度铝含量铌铁含铌铌收率18002.45％64.2％93.5％18501.17％64.5％95.9％19000.03％65.6％98.1％20000.02％65.3％96.2％由表1的结果可见，当铌铁合金液的浇铸温度过低的时候都不太利于合金钢液的浇铸转化脱铝，浇注温度过高不利于铌收率的提升，且能耗大幅度增加，所以铌铁合金液的最佳浇铸温度为1900℃左右，优选1900-1930℃。当前第1页1 2 3