Способ получения ферровольфрама на основе восстановления самораспространяющегося градиента алюминотермии и рафинирования шлака

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при получении ферровольфрама алюминотермическим самораспространяющимся градиентом восстановления. Способ включает разделение сырьевых материалов, содержащих порошок оксидов вольфрама и железа и шлакообразующие компоненты, на несколько партий, помещение первой партии сырьевых материалов в реакционную печь, воспламенение размещенного поверх сырьевых материалов магниевого порошка для проведения алюминотермического восстановления с непрерывным добавлением партий сырьевых материалов до завершения реакции и получения высокотемпературного расплава, или упомянутые сырьевые материалы постепенно помещают в смеситель при постоянной скорости с постепенным добавлением алюминиевого порошка, перемешанные сырьевые материалы помещают в реакционную печь для проведения алюминотермического восстановления. Осуществляют теплоизоляционную выплавку посредством электромагнитного индукционного нагревания для получения шлака окиси базового алюминия верхнего слоя и легированного расплава нижнего слоя, осуществляют перемешивание и рафинирование полученного легированного расплава нижнего слоя путем его обдува рафинированным шлаком с помощью газа-носителя, охлаждают выплавленный высокотемпературный расплав до комнатной температуры. Изобретение позволяет повысить скорость восстановления вольфрама и железа из их оксидов и снизить энергопотребление процесса. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 12 пр.

 

Техническая область

Данное изобретение относится к способу получения ферровольфрама, который конкретно относится к способу получения ферровольфрама на основе восстановления самораспространяющегося градиента алюминотермии и рафинирования шлака

Уровень техники

Ферровольфрам является одним из важных ферросплавов в сталелитейной промышленности, вольфрам является основным элементом легированной инструментальной стали, который может значительно улучшить износостойкость и обрабатываемость стали. Вольфрам, образующий карбиды в стали, частично растворяется в железе и образует твердый раствор. Вольфрам может увеличить отпускоустойчивость, красностойкость, прочность и износостойкость за счет образования карбидов в стали. Он главным образом используется для плавки быстрорежущей стали, пресс-формы горячей ковки и т.д.. В настоящее время, основными методами плавки ферровольфрама являются агломерация, удаление железа и алюмотермия. Для метода агломерации используется открытая электрическая печь, которая может передвигаться по рельсовому пути, и отделена от верхней части корпуса печи, а углерод используется в качестве восстановителя. Сырьем в основном является очищенная вольфрамовая руда, пековый кокс (или нефтяной кокс) и шлакообразующие компоненты (боксит), Коэффициент извлечения вольфрама в данном методе низок. Метод удаления железа подходит для плавки ферровольфрама, содержащего 70% вольфрама с низкой температурой плавления. Кремний и углерод используются как восстановители, 75% ферросилиций и небольшое количество пекового кокса (или нефтяного кокса) используются для восстановительной плавки. Коэффициент извлечения вольфрама высок, однако потребление энергии при плавке также высоко. В алюмотермическом методе используется вторичный карбид вольфрама и железо в качестве сырья, алюминий используется в качестве восстановителя, для превращения вольфрама и железа в сырье ферровольфрама используется тепловая энергия сгорания углерода и алюминия в карбиде вольфрама, тем самым экономя большое количество электрической энергии и сокращая расходы. В то же время, поскольку примеси в карбиде вольфрама сырья намного ниже, чем примеси вольфрамового концентрата, качество продукта выше, чем у ферровольфрама, который изготовлен из вольфрамового концентрата. Частота восстановления вольфрама также выше, чем вольфрамового концентрата. Однако этот способ ограничивается источником сырья и не подходит для массового производства.

Основываясь на недостатке низкой скорости восстановления легирующих элементов, высоком энергопотреблении и ограниченности сырьевых источников в процессе подготовки ферровольфрама, данное изобретение предлагает новый способ получения ферровольфрама на основе восстановления самораспространяющегося градиента алюминотермии и рафинирования шлака.

Сущность изобретения

Будучи направленным на существующие технические вопросы, данное изобретение обеспечивает один способ получения ферровольфрама на основе восстановления самораспространяющегося градиента алюминотермии и рафинирования шлака, где WO₃, Fe₂O₃ используются в качестве первоначального сырья. В результате реакции получается высокотемпературный расплав, а щелочность и температуру плавления шлака регулируют добавлением шлака с высокой щелочностью для высокотемпературного расплава и проводят промывку и рафинирование шлака, в конце шлак удаляют для получения ферровольфрама. Техническое решение данного изобретения:

Способ получения ферровольфрама на основе восстановления самораспространяющегося градиента алюминотермия и рафинирования шлака включает в себя следующие этапы:

(1) Для восстановления самораспространяющегося градиента алюминотермии используется один из следующих двух способов:

Первый способ: сырьевой порошок WO₃, Fe₂O₃, алюминиевый порошок и шлакообразующие компоненты разделяются на несколько партий. Первая партия сырья помещается в реакционную печь, воспламененный магниевый порошок от верхней части материала вызывает реакцию самораспространения, непрерывно добавляя сырье из других партий, до тех пор, пока реакция полностью не достигнет высокотемпературного расплава. Содержание алюминия в каждой партии сырья постепенно уменьшается с градиента 1,1~1,25 раза до 0,9~0,75 теоретическим стехиометрическим отношением реакции самораспространения алюминотермия, кроме того, общее содержание алюминия в сырье составляет 0.95~1.00 теоретического стехиометрического отношения реакции самораспространения алюминотермия.

Второй способ: смесь сырьевого порошка WO₃, Fe₂O₃ и шлакообразующих компонентов постепенно помещается в смеситель сырья с помощью равномерной скорости течения, в то же время алюминиевый порошок постепенно помещается в смеситель сырья с помощью равномерной скорости течения уменьшения градуировки, перемешанное сырье помещается в реакционную печь для проведения реакции самораспространения алюминотермия. Во всем процессе смешения и реакции не происходит перерывов, вплоть до того, пока все сырьевые компоненты не достигнут высокотемпературного расплава после полной реакции.

Среди них содержание алюминия в непрерывно поступающих материалах в реакционную печь уменьшается с 1,1-1,25 до 0,9-0,75 раза градиента с помощью теоретического стехиометрического отношения реакции самораспространения алюминотермия. Количество n градиентных изменений содержания алюминия во всем процессе удовлетворяет уравнению: n=(b-c) / a, где b обозначает наибольшее содержание алюминия, с обозначает наименьшее содержание алюминия, а обозначает коэффициент градиентного изменения содержания алюминия, при этом 0<a≤0,05, общее количество алюминия составляет 0,95-1,00 теоретического стехиометрического отношения реакции самораспространения алюминотермия.

(2) С помощью нагрева электромагнитной индукции происходит теплоизоляционная выплавка для высокотемпературного расплава, тем самым получая шлаки окиси базового алюминия верхнего уровня и легированный расплав нижнего уровня.

(3) В нижнем уровне обдувается рафинированный шлак для очистки и рафинирования перемешаного шлака.

(4) Выплавленный высокотемпературный расплав охлаждается до комнатной температуры, после удаления верхнего шлака получается ферровольфрам.

Далее, отношение массы сырьевого порошка WO₃, Fe₂O₃, алюминиевого порошка и шлакообразующих компонентов, описанных в шаге (1), составляет 1,0:(0,2-0,49):(0,30-0,40):(0,07-0,39), зернистость удовлетворяет: зернистость WO₃≤2mm, зернистость порошка Fe₂O₃≤0.2mm, зернистость алюминиевого порошка ≤2mm, зернистость шлакообразующих компонентов ≤0.2mm.

Далее, количество нескольких партий, описанных в шаге (1), ≥4.

Далее, объем первой партии, описанной в шаге (1), из общего объема составляет 10~30%.

Далее, параметр управления теплоизоляционной выплавки, описанной в шаге (2): частота электромагнитной индукции ≥1000Hz, температура выплавки 1700-1800⁰C, время поддержания температуры 5-15min.

Далее, рафинированный шлак выполняется согласно одному из двух нижеперечисленных способов (3): ① согласно CaF₂ при отношении массы 10-25%, остаток CaO; ② согласно CaF₂ при отношении массы 10-25%, Na₂O при отношении массы 5-10%, остаток CaO;

Далее, параметр управления рафинированием смешанных шлаков, описанных в шаге (3): используется эксцентрическое перемешивание, эксцентриситет 0,2~0,4, объем добавления рафинированного шлака составляет 6-12% от общего объема сырья, степень чистоты ≥99.95% аргона в качестве газа-носителя, скорость эксцентрического перемешивания 50-150rpm, температура выплавки 1700-1800⁰С, время выплавки 10-30min.

Далее, описанный ферровольфрам выполняется согласно химическому составу при процентном содержании массы: W70.0-85.0%, Al≤2.0%, O≤1%, остаток Fe.

Технический результат данного изобретения:

1. Данное изобретение выполняет самораспространение алюминотермия с помощью первой партии сырья, имеющего высокое содержание алюминия теоретического стехиометрического отношения реакции самораспространения алюминотермия, в результате чего получается высокотемпературный расплав, что является благоприятным для последующих реакций сырья с низким содержанием алюминия. В тоже время «сначала высокое содержание алюминия затем низкое» гарантирует, что расплав находится в сильной восстановительной атмосфере, тем самым обеспечивая полное восстановление оксида металла и постепенно уменьшая коэффициент алюминия. Избыточный восстановитель в сочетании с ферровольфрамом в расплаве постепенно высвобождается и постепенно реагирует с оксидом вольфрама в последующем добавленном сырье с низким содержанием алюминия, тем самым эффективно уменьшая остаток алюминия в конечном продукте. Чем больше добавляется партий или чем меньше уменьшение градиента алюминия в непрерывно добавляемом сырье, тем меньше остаточная доля алюминия.

2. Данное изобретение, с помощью рафинирования смешанного шлака, регулирует основность и точку плавления добавленным рафинированным шлаком для осуществления тщательной химической реакции разделения металла от шлака, тем самым эффективно удаляя включения, такие как оксид алюминия; в то же время процесс термической термообработки полностью использует тепловую реакцию системы, что может значительно снизить потребление энергии в процессе производства. Кроме того, данное изобретение использует электромагнитный индукционный нагрев для выполнения теплоизоляционной выплавки перед перемешиванием шлака и его рафинированием с образованием верхнего слоя шлака на основе оксида алюминия и слоя расплава более низкого сплава, который может эффективно усилить процесс разделения металла от шлака.

3. Ферровольфрам, полученный данным изобретением, выполняется согласно химическому составу при процентном содержании массы: W70.0-85.0%, Al≤2.0%, O≤1%, остаток Fe, где содержание вольфрама высокое, содержание алюминия низкое, свойства стабильные.

Конкретные способы осуществления

В описании настоящего изобретения следует отметить, что в тех случаях, когда конкретные условия не указаны в примерах, они выполняются в соответствии с обычными условиями или условиями, рекомендованными изготовителем. Если используемый реагент или инструмент не указан изготовителем, то это обычный продукт, который можно приобрести на рынке.

Настоящее изобретение более подробно описывается ниже в связи с конкретными примерами осуществления, которые являются толкованиями, а не ограничениями изобретения.

Пример осуществления 1

Способ получения ферровольфрама на основе восстановления самораспространяющегося градиента алюминотермия и рафинирования шлака включает в себя следующие этапы:

(1) Восстановление самораспространяющегося градиента алюминотермии

Согласно дозировке при отношении массы порошка WO₃, Fe₂O₃, алюминиевого порошка и шлакообразующих компонентов в 1,0:0,28:0,33:0,07 соответственно, их зернистость удовлетворяет: зернистость WO₃≤2mm, зернистость порошка Fe2O3≤0.2mm, зернистость алюминиевого порошка ≤2mm, зернистость шлакообразующих компонентов ≤0.2mm, зернистость компонентов; сырье разделяется на 5 партий, соотношение алюминия в каждой партии составляет 1,20, 1,05, 1,0, 0,90, 0,85 раз теоретического стехиометрического отношения реакции самораспространения алюминотермия, кроме того общее содержание алюминия в сырье составляет 0,98 раз теоретического стехиометрического отношения реакции самораспространения алюминотермия, вес первой партии сырья составляет 20% от общей массы сырья. Первая партия сырья помещается в реакционную печь, воспламененный магниевый порошок от верхней части материала вызывает реакцию самораспространения, непрерывно добавляют сырье из других партий, до тех пор, пока реакция полностью не достигнет высокотемпературного расплава.

(2) С помощью нагрева электромагнитной индукции происходит теплоизоляционная выплавка для высокотемпературного расплава: частота электромагнитной индукции ≥1000Hz, температура выплавки 1800⁰С, время поддержания температуры 15min, осуществление разделения металла от шлака, тем самым получают шлаки окиси базового алюминия верхнего слоя и легированный расплав нижнего слоя.

(3) После падения 90% шлака окиси базового алюминия верхнего слоя, в нижнем слое обдувается рафинированный шлак, для очистки и рафинирования перемешанного шлака,среди которого рафинированный шлак состоит согласно следующему отношению массы: 10%CaF₂, 90%CaO. Параметр управления: объем добавления рафинированного шлака составляет 6% от общего объема сырья, степень чистоты ≥99,95% аргона в качестве газа-носителя, скорость эксцентрического перемешивания 50rpm, эксцентриситет 0,21, температура выплавки 1800⁰С, время выплавки 10min.

(4) Выплавленный высокотемпературный расплав охлаждается до комнатной температуры, после удаления верхнего шлака получается ферровольфрам.

Данный пример осуществления изготовления и получения ферровольфрама выполняется согласно химическому составу при процентном содержании массы: W 79,2%, Al 1,8%, O 0,8%, остаток Fe.

Пример осуществления 2

Способ получения ферровольфрама на основе восстановления самораспространяющегося градиента алюминотермия и рафинирования шлака включает в себя следующие этапы:

(1) Восстановление самораспространяющегося градиента алюминотермии

Согласно дозировке при отношении массы порошка WO₃,Fe₂O₃, алюминиевого порошка и шлакообразующих компонентов CaO в 1,0:0,29:0,34:0,15 соответственно, их зернистость удовлетворяет: зернистость WO₃,≤2mm, зернистость порошка Fe2O3≤0.2mm, зернистость алюминиевого порошка ≤2mm, зернистость шлакообразующих компонентов ≤0.2mm, зернистость компонентов; сырье разделяется на 6 партий, соотношение алюминия в каждой партии составляет 1,20, 1,1, 0,95, 0,90, 0,85, 0,80раз теоретического стехиометрического отношения реакции самораспространения алюминотермия, кроме того общее содержание алюминия в сырье составляет 0,97 раз теоретического стехиометрического отношения реакции самораспространения алюминотермия, вес первой партии сырья составляет 28,6% от общей массы сырья. Первая партия сырья помещается в реакционную печь, воспламененный магниевый порошок от верхней части материала вызывает реакцию самораспространения, непрерывно добавляют сырье из других партий, до тех пор, пока реакция полностью не достигнет высокотемпературного расплава.

(2) С помощью нагрева электромагнитной индукции происходит теплоизоляционная выплавка для высокотемпературного расплава: частота электромагнитной индукции ≥1000Hz, температура выплавки 1750℃, время поддержания температуры 10min, осуществление разделения металла от шлака, тем самым получают шлаки окиси базового алюминия верхнегослоя и легированный расплав нижнего слоя.

(3) После падения 90% шлака окиси базового алюминия верхнего слоя, в нижнем слое обдувается рафинированный шлак, для очистки и рафинирования перемешанного шлака,среди которого рафинированный шлак состоит согласно следующему отношению массы: 20%CaF₂, 80%CaO. Параметр управления: объем добавления рафинированного шлака составляет 8% от общего объема сырья, степень чистоты ≥99.95% аргона в качестве газа-носителя, скорость эксцентрического перемешивания 100rpm, эксцентриситет 0,33, температура выплавки 1750⁰С, время выплавки 20min.

(4) Выплавленный высокотемпературный расплав охлаждается до комнатной температуры, после удаления верхнего шлака получается ферровольфрам.

Данный пример осуществления изготовления и получения ферровольфрама выполняется согласно химическому составу при процентном содержании массы: W 78,1%, Al 1,5%, O 0,72%, остаток Fe.

Пример осуществления 3

Способ получения ферровольфрама на основе восстановления самораспространяющегося градиента алюминотермия и рафинирования шлака включает в себя следующие этапы:

(1) Восстановление самораспространяющегося градиента алюминотермии

Согласно дозировке при отношении массы порошка WO₃, Fe₂O₃, алюминиевого порошка и шлакообразующих компонентов CaO в 1,0:0,32:0,34:0,35 соответственно, их зернистость удовлетворяет: зернистость WO₃≤2mm, зернистость порошка Fe₂O₃≤0.2mm, зернистость алюминиевого порошка ≤2mm, зернистость шлакообразующих компонентов ≤0.2mm, зернистость компонентов; сырье разделяется на 7 партий, соотношение алюминия в каждой партии составляет 1,20, 1,1, 1,0, 0,95, 0,925, 0,90, 0,85 раз теоретического стехиометрического отношения реакции самораспространения алюминотермия, кроме того, общее содержание алюминия в сырье составляет 0,95 раз теоретического стехиометрического отношения реакции самораспространения алюминотермия, вес первой партии сырья составляет 22,2% от общей массы сырья. Первая партия сырья помещается в реакционную печь, воспламененный магниевый порошок от верхней части материала вызывает реакцию самораспространения, непрерывно добавляют сырье из других партий, до тех пор, пока реакция полностью не достигнет высокотемпературного расплава.

(2) С помощью нагрева электромагнитной индукции происходит теплоизоляционная выплавка для высокотемпературного расплава: частота электромагнитной индукции ≥1000Hz, температура выплавки 1700℃, время поддержания температуры 5min, осуществление разделение металла от шлака, тем самым получают шлаки окиси базового алюминия верхнего слоя и легированный расплав нижнего слоя.

(3) После падения 90% шлака окиси базового алюминия верхнего слоя, в нижнем слое обдувается рафинированный шлак, для очистки и рафинирования перемешанного шлака, среди которого рафинированный шлак состоит согласно следующему отношению массы: 25%CaF₂, 75%CaO. Параметр управления: объем добавления рафинированного шлака составляет 10% от общего объема сырья, степень чистоты ≥99.95% аргона в качестве газа-носителя, скорость эксцентрического перемешивания 150rpm, эксцентриситет 0,4, температура выплавки 1700℃, время выплавки 30min.

(4) Выплавленный высокотемпературный расплав охлаждается до комнатной температуры, после удаления верхнего шлака получается ферровольфрам.

Данный пример осуществления изготовления и получения ферровольфрама выполняется согласно химическому составу при процентном содержании массы: W 76,8%, Al 0,86%, O 0,51%, остаток Fe.

Пример осуществления 4

Способ получения ферровольфрама на основе восстановления самораспространяющегося градиента алюминотермия и рафинирования шлака включает в себя следующие этапы:

(1) Восстановление самораспространяющегося градиента алюминотермии

Согласно дозировке при отношении массы порошка WO₃, Fe₂O₃, алюминиевого порошка и шлакообразующих компонентов CaO в 1,0:0,41:0,36:0,36 соответственно, их зернистость удовлетворяет: зернистость WO₃≤2mm, зернистость порошка Fe₂O₃≤0.2mm, зернистость алюминиевого порошка ≤2mm, зернистость шлакообразующих компонентов ≤0.2mm, зернистость компонентов; смесь сырьевого порошка WO₃, Fe₂O₃ и шлакообразующих компонентов постепенно помещается в смеситель сырья с помощью равномерной скорости течения, в то же время алюминиевый порошок постепенно помещается в смеситель сырья с помощью равномерной скоростью течения уменьшения градуировки, перемешанное сырье помещается в реакционную печь для проведения реакции самораспространения алюминотермия. Во всем процессе смешения и реакции не происходит перерывов, вплоть до того, пока все сырьевые компоненты не достигнут высокотемпературного расплава после полной реакции. Среди них, содержание алюминия в непрерывно поступающих материалах в реакционную печь, уменьшается с 1,22 до 0,76 раз градиента с помощью теоретического стехиометрического отношения реакции самораспространения алюминотермия, коэффициент градиентного изменения а составляет 0,005. Количество градиентных изменений содержания алюминия во всем процессе составляет 92 раз, кроме того, общее количество алюминия составляет 0,98 раз теоретического стехиометрического отношения реакции самораспространения алюминотермия.

(2) С помощью нагрева электромагнитной индукции происходит теплоизоляционная выплавка для высокотемпературного расплава: частота электромагнитной индукции ≥1000Hz, температура выплавки 1750℃, время поддержания температуры 10min, осуществление разделения металла от шлака, тем самым получая шлаки окиси базового алюминия верхнегослоя и легированный расплав нижнего слоя.

(3) После падения 90% шлака окиси базового алюминия верхнего слоя, в нижнем слое обдувается рафинированный шлак, для очистки и рафинирования перемешанного шлака, среди которого рафинированный шлак состоит согласно следующему отношению массы: 10%CaF₂, 85%CaO, 5% Na₂O. Параметр управления: объем добавления рафинированного шлака составляет 6% от общего объема сырья, степень чистоты ≥99.95% аргона в качестве газа-носителя, скорость эксцентрического перемешивания 100rpm, эксцентриситет 0.2, температура выплавки 1750℃, время выплавки 20min.

(4) Выплавленный высокотемпературный расплав охлаждается до комнатной температуры, после удаления верхнего шлака получается ферровольфрам.

Данный пример осуществления изготовления и получения ферровольфрама выполняется согласно химическому составу при процентном содержании массы: W 75,4%, Al 1,6%, O 0,72%, остаток Fe.

Пример осуществления 5

Способ получения ферровольфрама на основе восстановления самораспространяющегося градиента алюминотермия и рафинирования шлака включает в себя следующие этапы:

(1) Восстановление самораспространяющегося градиента алюминотермии

Согласно дозировке при отношении массы порошка WO₃, Fe₂O₃, алюминиевого порошка и шлакообразующих компонентов CaO в 1,0:0,43:0,38:0,28 соответственно, их зернистость удовлетворяет: зернистость WO₃≤2mm, зернистость порошка Fe₂O₃≤0.2mm, зернистость алюминиевого порошка ≤2mm, зернистость шлакообразующих компонентов ≤0.2mm, зернистость компонентов; смесь сырьевого порошка WO₃, Fe₂O₃ и шлакообразующих компонентов постепенно помещается в смеситель сырья с помощью равномерной скорости течения, в то же время алюминиевый порошок постепенно помещается в смеситель сырья с помощью равномерной скорости течения уменьшения градуировки, перемешанное сырье помещается в реакционную печь для проведения реакции самораспространения алюминотермия. Во всем процессе смешения и реакции не происходит перерывов, вплоть до того, пока все сырьевые компоненты не достигнут высокотемпературного расплава после полной реакции. Среди них, содержание алюминия в непрерывно поступающих материалах в реакционную печь, уменьшается с 1,21 до 0,76 раз градиента с помощью теоретического стехиометрического отношения реакции самораспространения алюминотермия, коэффициент градиентного изменения а составляет 0,003. Количество градиентных изменений содержания алюминия во всем процессе составляет 150 раз, кроме того, общее количество алюминия составляет 0,97 раз теоретического стехиометрического отношения реакции самораспространения алюминотермия.

(2) С помощью нагрева электромагнитной индукции происходит теплоизоляционная выплавка для высокотемпературного расплава: частота электромагнитной индукции ≥1000Hz, температура выплавки 1700℃, время поддержания температуры 10min, осуществление разделения металла от шлака, тем самым получают шлаки окиси базового алюминия верхнего слоя и легированный расплав нижнего слоя.

(3) После падения 90% шлака окиси базового алюминия верхнего слоя, в нижнем слое обдувается рафинированный шлак, для очистки и рафинирования перемешанного шлака, среди которого рафинированный шлак состоит согласно следующему отношению массы: 10%CaF₂, 80%CaO, 10% Na2O. Параметр управления: объем добавления рафинированного шлака составляет 8% от общего объема сырья, степень чистоты ≥99.95% аргона в качестве газа-носителя, скорость эксцентрического перемешивания 100rpm, эксцентриситет 0.36, температура выплавки 1700℃, время выплавки 20min.

(4) Выплавленный высокотемпературный расплав охлаждается до комнатной температуры, после удаления верхнего шлака получается ферровольфрам.

Данный пример осуществления изготовления и получения ферровольфрама выполняется согласно химическому составу при процентном содержании массы: W 74.5%, Al 1.1%, O 0.43%, остаток Fe.

Пример осуществления 6

Способ получения ферровольфрама на основе восстановления самораспространяющегося градиента алюминотермия и рафинирования шлака включает в себя следующие этапы:

(1) Восстановление самораспространяющегося градиента алюминотермии

Согласно дозировке при отношении массы порошка WO₃, Fe₂O₃, алюминиевого порошка и шлакообразующих компонентов CaO в 1,0:0,45:0,38:0,29 соответственно, их зернистость удовлетворяет: зернистость WO₃≤2mm, зернистость порошка Fe₂O₃≤0.2mm, зернистость алюминиевого порошка ≤2mm, зернистость шлакообразующих компонентов ≤0.2mm, зернистость компонентов; смесь сырьевого порошка WO₃, Fe₂O₃ и шлакообразующих компонентов постепенно помещается в смеситель сырья с помощью равномерной скорости течения, в то же время алюминиевый порошок постепенно помещается в смеситель сырья с помощью равномерной скорости течения уменьшения градуировки, перемешанное сырье помещается в реакционную печь для проведения реакции самораспространения алюминотермия. Во всем процессе смешения и реакции не происходит перерывов, вплоть до того, пока все сырьевые компоненты не достигнут высокотемпературного расплава после полной реакции. Среди них, содержание алюминия в непрерывно поступающих материалах в реакционную печь, уменьшается с 1,16 до 0,82 раз градиента с помощью теоретического стехиометрического отношения реакции самораспространения алюминотермия, коэффициент градиентного изменения а составляет 0,001. Количество градиентных изменений содержания алюминия во всем процессе составляет 340 раз, кроме того, общее количество алюминия составляет 0,98 раз теоретического стехиометрического отношения реакции самораспространения алюминотермия.

(2) С помощью нагрева электромагнитной индукции происходит теплоизоляционная выплавка для высокотемпературного расплава: частота электромагнитной индукции ≥1000Hz, температура выплавки 1700℃, время поддержания температуры 15min, осуществление разделения металла от шлака, тем самым получают шлаки окиси базового алюминия верхнегослоя и легированный расплав нижнего слоя.

(3) После падения 90% шлака окиси базового алюминия верхнего слоя, в нижнем слое обдувается рафинированный шлак, для очистки и рафинирования перемешанного шлака, среди которого рафинированный шлак состоит согласно следующему отношению массы: 20%CaF₂, 75%CaO, 5% Na₂O. Параметр управления: объем добавления рафинированного шлака составляет 10% от общего объема сырья, степень чистоты ≥99.95% аргона в качестве газа-носителя, скорость эксцентрического перемешивания 100rpm, эксцентриситет 0.4, температура выплавки 1750℃, время выплавки 30min.

(4) Выплавленный высокотемпературный расплав охлаждается до комнатной температуры, после удаления верхнего шлака получается ферровольфрам.

Данный пример осуществления изготовления и получения ферровольфрама выполняется согласно химическому составу при процентном содержании массы: W 72.1%, Al 0.71%, O 0.36%, остаток Fe.

Пример осуществления 7

Способ получения ферровольфрама на основе восстановления самораспространяющегося градиента алюминотермия и рафинирования шлака включает в себя следующие этапы:

(1) Восстановление самораспространяющегося градиента алюминотермии

Согласно дозировке при отношении массы порошка WO₃, Fe₂O₃, алюминиевого порошка и шлакообразующих компонентов CaO в 1,0:0,19:0,30:0,21 соответственно, их зернистость удовлетворяет: зернистость WO₃≤2mm, зернистость порошка Fe₂O₃≤0.2mm, зернистость алюминиевого порошка ≤2mm, зернистость шлакообразующих компонентов ≤0.2mm, зернистость компонентов; сырье разделяется на 5 партий, соотношение алюминия в каждой партии составляет 1,20, 1,05, 1,0, 0,90, 0,85 раз теоретического стехиометрического отношения реакции самораспространения алюминотермия, кроме того общее содержание алюминия в сырье составляет 0,975 раз теоретического стехиометрического отношения реакции самораспространения алюминотермия, вес первой партии сырья составляет 20% от общей массы сырья. Первая партия сырья помещается в реакционную печь, воспламененный магниевый порошок от верхней части материала вызывает реакцию самораспространения, непрерывно добавляют сырье из других партий, до тех пор, пока реакция полностью не достигнет высокотемпературного расплава.

(2) С помощью нагрева электромагнитной индукции происходит теплоизоляционная выплавка для высокотемпературного расплава: частота электромагнитной индукции ≥1000Hz, температура выплавки 1800℃, время поддержания температуры 15min, осуществление разделения металла от шлака, тем самым получают шлаки окиси базового алюминия верхнего слоя и легированный расплав нижнего слоя.

(3) После падения 90% шлака окиси базового алюминия верхнего слоя, в нижнем слое обдувается рафинированный шлак, для очистки и рафинирования перемешанного шлака, среди которого рафинированный шлак состоит согласно следующему отношению массы: 10%CaF₂, 90%CaO. Параметр управления: объем добавления рафинированного шлака составляет 6% от общего объема сырья, степень чистоты ≥99.95% аргона в качестве газа-носителя, скорость эксцентрического перемешивания 50rpm, эксцентриситет 0.36, температура выплавки 1800℃, время выплавки 10min.

(4) Выплавленный высокотемпературный расплав охлаждается до комнатной температуры, после удаления верхнего шлака получается ферровольфрам.

Данный пример осуществления изготовления и получения ферровольфрама выполняется согласно химическому составу при процентном содержании массы: W 84,1%, Al 1,68%, O 0,66%, остаток Fe.

Пример осуществления 8

Способ получения ферровольфрама на основе восстановления самораспространяющегося градиента алюминотермия и рафинирования шлака включает в себя следующие этапы:

(1) Восстановление самораспространяющегося градиента алюминотермии

Согласно дозировке при отношении массы порошка WO₃, Fe₂O₃, алюминиевого порошка и шлакообразующих компонентов CaO в 1,0:0,22:0,31:0,16 соответственно, их зернистость удовлетворяет: зернистость WO₃≤2mm, зернистость порошка Fe₂O₃≤0.2mm, зернистость алюминиевого порошка ≤2mm, зернистость шлакообразующих компонентов ≤0.2mm, зернистость компонентов; сырье разделяется на 6 партий, соотношение алюминия в каждой партии составляет 1,20, 1,1, 0,95, 0,90, 0,85, 0,80раз теоретического стехиометрического отношения реакции самораспространения алюминотермия, кроме того общее содержание алюминия в сырье составляет 0,965 раз теоретического стехиометрического отношения реакции самораспространения алюминотермия, вес первой партии сырья составляет 28,6% от общей массы сырья. Первая партия сырья помещается в реакционную печь, воспламененный магниевый порошок от верхней части материала вызывает реакцию самораспространения, непрерывно добавляют сырье из других партий, до тех пор, пока реакция полностью не достигнет высокотемпературного расплава.

(2) С помощью нагрева электромагнитной индукции происходит теплоизоляционная выплавка для высокотемпературного расплава: частота электромагнитной индукции ≥1000Hz, температура выплавки 1750℃, время поддержания температуры 10min, осуществление разделения металла от шлака, тем самым получают шлаки окиси базового алюминия верхнего слоя и легированный расплав нижнего слоя.

(3) После падения 90% шлака окиси базового алюминия верхнего слоя, в нижнем слое обдувается рафинированный шлак, для очистки и рафинирования перемешанного шлака, среди которого рафинированный шлак состоит согласно следующему отношению массы: 20%CaF₂, 80%CaO. Параметр управления: объем добавления рафинированного шлака составляет 8% от общего объема сырья, степень чистоты ≥99.95% аргона в качестве газа-носителя, скорость эксцентрического перемешивания 100rpm, эксцентриситет 0,4, температура выплавки 1750℃, время выплавки 20min.

(4) Выплавленный высокотемпературный расплав охлаждается до комнатной температуры, после удаления верхнего шлака получается ферровольфрам.

Данный пример осуществления изготовления и получения ферровольфрама выполняется согласно химическому составу при процентном содержании массы: W 83,5%, Al 1,2%, O 0,65%, остаток Fe.

Пример осуществления 9

Способ получения ферровольфрама на основе восстановления самораспространяющегося градиента алюминотермия и рафинирования шлака включает в себя следующие этапы:

(1) Восстановление самораспространяющегося градиента алюминотермии

Согласно дозировке при отношении массы порошка WO₃, Fe₂O₃, алюминиевого порошка и шлакообразующих компонентов CaO в 1,0:0,27:0,33:0,18 соответственно, их зернистость удовлетворяет: зернистость WO₃≤2mm, зернистость порошка Fe₂O₃≤0.2mm, зернистость алюминиевого порошка ≤2mm, зернистость шлакообразующих компонентов ≤0.2mm, зернистость компонентов; сырье разделяется на 7 партий, соотношение алюминия в каждой партии составляет 1,20, 1,1, 1,0, 0,95, 0,925, 0,90, 0,85 раз теоретического стехиометрического отношения реакции самораспространения алюминотермия, кроме того общее содержание алюминия в сырье составляет 0,95 раз теоретического стехиометрического отношения реакции самораспространения алюминотермия, вес первой партии сырья составляет 22,2% от общей массы сырья. Первая партия сырья помещается в реакционную печь, воспламененный магниевый порошок от верхней части материала вызывает реакцию самораспространения, непрерывно добавляют сырье из других партий, до тех пор пока реакция полностью не достигнет высокотемпературного расплава.

(2) С помощью нагрева электромагнитной индукции происходит теплоизоляционная выплавка для высокотемпературного расплава: частота электромагнитной индукции ≥1000Hz, температура выплавки 1700℃, время поддержания температуры 5min, осуществление разделения металла от шлака, тем самым получая шлаки окиси базового алюминия верхнего слоя и легированный расплав нижнегослоя.

(3) После падения 90% шлака окиси базового алюминия верхнего слоя, в нижнем слое обдувается рафинированный шлак, для очистки и рафинирования перемешанного шлака, среди которого рафинированный шлак состоит согласно следующему отношению массы: 25%CaF₂, 75%CaO. Параметр управления: объем добавления рафинированного шлака составляет 10% от общего объема сырья, степень чистоты ≥99.95% аргона в качестве газа-носителя, скорость эксцентрического перемешивания 150rpm, эксцентриситет 0,32, температура выплавки 1700℃, время выплавки 30min.

(4) Выплавленный высокотемпературный расплав охлаждается до комнатной температуры, после удаления верхнего шлака получается ферровольфрам.

Данный пример осуществления изготовления и получения ферровольфрама выполняется согласно химическому составу при процентном содержании массы: W 82,6%, Al 0,72%, O 0,32%, остаток Fe.

Пример осуществления 10

Способ получения ферровольфрама на основе восстановления самораспространяющегося градиента алюминотермия и рафинирования шлака включает в себя следующие этапы:

(1) Восстановление самораспространяющегося градиента алюминотермии

Согласно дозировке при отношении массы порошка WO₃, Fe₂O₃, алюминиевого порошка и шлакообразующих компонентов CaO в 1,0:0,27:0,33:0,18 соответственно, их зернистость удовлетворяет: зернистость WO₃≤2mm, зернистость порошка Fe₂O₃≤0.2mm, зернистость алюминиевого порошка ≤2mm, зернистость шлакообразующих компонентов ≤0.2mm, зернистость компонентов; смесь сырьевого порошка WO₃, Fe₂O₃ и шлакообразующих компонентов постепенно помещается в смеситель сырья с помощью равномерной скорости течения, в то же время алюминиевый порошок постепенно помещается в смеситель сырья с помощью равномерной скорости течения уменьшения градуировки, перемешанное сырье помещается в реакционную печь для проведения реакции самораспространения алюминотермия. Во всем процессе смешения и реакции не происходит перерывов, вплоть до того, пока все сырьевые компоненты не достигнут высокотемпературного расплава после полной реакции. Среди них, содержание алюминия в непрерывно поступающих материалах в реакционную печь, уменьшается с 1,2 до 0,78 раз градиента с помощью теоретического стехиометрического отношения реакции самораспространения алюминотермия, коэффициент градиентного изменения а составляет 0,003. Количество градиентных изменений содержания алюминия во всем процессе составляет 140 раз, кроме того, общее количество алюминия составляет 0,98 раз теоретического стехиометрического отношения реакции самораспространения алюминотермия.

(2) С помощью нагрева электромагнитной индукции происходит теплоизоляционная выплавка для высокотемпературного расплава: частота электромагнитной индукции ≥1000Hz, температура выплавки 1750℃, время поддержания температуры 10min, осуществление разделения металла от шлака, тем самым получают шлаки окиси базового алюминия верхнего слоя и легированный расплав нижнего слоя.

(3) После падения 90% шлака окиси базового алюминия верхнего слоя, в нижнем слое обдувается рафинированный шлак, для очистки и рафинирования перемешанного шлака, среди которого рафинированный шлак состоит согласно следующему отношению массы: 10%CaF₂, 85%CaO, 5% Na2O. Параметр управления: объем добавления рафинированного шлака составляет 6% от общего объема сырья, степень чистоты ≥99.95% аргона в качестве газа-носителя, скорость эксцентрического перемешивания 100rpm, эксцентриситет 0,38, температура выплавки 1750℃, время выплавки 20min.

(4) Выплавленный высокотемпературный расплав охлаждается до комнатной температуры, после удаления верхнего шлака получается ферровольфрам.

Данный пример осуществления изготовления и получения ферровольфрама выполняется согласно химическому составу при процентном содержании массы: W 81,3%, Al 1,43%, O 0,62%, остаток Fe.

Пример осуществления 11

Способ получения ферровольфрама на основе восстановления самораспространяющегося градиента алюминотермия и рафинирования шлака включает в себя следующие этапы:

(1) Восстановление самораспространяющегося градиента алюминотермии

Согласно дозировке при отношении массы порошка WO₃, Fe₂O₃, алюминиевого порошка и шлакообразующих компонентов CaO в 1,0:0,27:0,33:0,18 соответственно, их зернистость удовлетворяет: зернистость WO₃≤2mm, зернистость порошка Fe₂O₃≤0.2mm, зернистость алюминиевого порошка ≤2mm, зернистость шлакообразующих компонентов ≤0.2mm, зернистость компонентов; смесь сырьевого порошка WO₃, Fe₂O₃ и шлакообразующих компонентов постепенно помещается в смеситель сырья с помощью равномерной скорости течения, в то же время алюминиевый порошок постепенно помещается в смеситель сырья с помощью равномерной скорости течения уменьшения градуировки, перемешанное сырье помещается в реакционную печь для проведения реакции самораспространения алюминотермия. Во всем процессе смешения и реакции не происходит перерывов, вплоть до того, пока все сырьевые компоненты не достигнут высокотемпературного расплава после полной реакции. Среди них, содержание алюминия в непрерывно поступающих материалах в реакционную печь, уменьшается с 1,19 до 0,77 раз градиента с помощью теоретического стехиометрического отношения реакции самораспространения алюминотермия, коэффициент градиентного изменения а составляет 0,001. Количество градиентных изменений содержания алюминия во всем процессе составляет 420 раз, кроме того, общее количество алюминия составляет 0,96 раз теоретического стехиометрического отношения реакции самораспространения алюминотермия.

(2) С помощью нагрева электромагнитной индукции происходит теплоизоляционная выплавка для высокотемпературного расплава: частота электромагнитной индукции ≥1000Hz, температура выплавки 1700℃, время поддержания температуры 10min, осуществление разделения металла от шлака, тем самым получают шлаки окиси базового алюминия верхнегослоя и легированный расплав нижнего слоя.

(3) После падения 90% шлака окиси базового алюминия верхнего слоя, в нижнем слое обдувается рафинированный шлак, для очистки и рафинирования перемешанного шлака, среди которого рафинированный шлак состоит согласно следующему отношению массы: 10%CaF₂, 80%CaO, 10% Na₂O. Параметр управления: объем добавления рафинированного шлака составляет 8% общего объема сырья, степень чистоты ≥99.95% аргона в качестве газа-носителя, скорость эксцентрического перемешивания 100rpm, эксцентриситет 0,26, температура выплавки 1700℃, время выплавки 20min.

(4) Выплавленный высокотемпературный расплав охлаждается до комнатной температуры, после удаления верхнего шлака получается ферровольфрам.

Данный пример осуществления изготовления и получения ферровольфрама выполняется согласно химическому составу при процентном содержании массы: W 80.6%, Al 0.89%, O 0.38%, остаток Fe.

Пример осуществления 12

Способ получения ферровольфрама на основе восстановления самораспространяющегося градиента алюминотермия и рафинирования шлака включает в себя следующие этапы:

(1) Восстановление самораспространяющегося градиента алюминотермии

Согласно дозировке при отношении массы порошка WO₃, Fe₂O₃, алюминиевого порошка и шлакообразующих компонентов CaO в 1,0:0,3:0,34:0,24 соответственно, их зернистость удовлетворяет: зернистость WO₃≤2mm, зернистость порошка Fe₂O₃≤0.2mm, зернистость алюминиевого порошка ≤2mm, зернистость шлакообразующих компонентов ≤0.2mm, зернистость компонентов; смесь сырьевого порошка WO₃, Fe₂O₃ и шлакообразующих компонентов постепенно помещается в смеситель сырья с помощью равномерной скорости течения, в то же время алюминиевый порошок постепенно помещается в смеситель сырья с помощью равномерной скорости течения уменьшения градуировки, перемешанное сырье помещается в реакционную печь для проведения реакции самораспространения алюминотермия. Во всем процессе смешения и реакции не происходит перерывов, вплоть до того, пока все сырьевые компоненты не достигнут высокотемпературного расплава после полной реакции. Среди них, содержание алюминия в непрерывно поступающих материалах в реакционную печь, уменьшается с 1,12 до 0,84 раз градиента с помощью теоретического стехиометрического отношения реакции самораспространения алюминотермия, коэффициент градиентного изменения а составляет 0,0008. Количество градиентных изменений содержания алюминия во всем процессе составляет 350 раз, кроме того, общее количество алюминия составляет 0,96 раз теоретического стехиометрического отношения реакции самораспространения алюминотермия.

(2) С помощью нагрева электромагнитной индукции происходит теплоизоляционная выплавка для высокотемпературного расплава: частота электромагнитной индукции ≥1000Hz, температура выплавки 1700℃, время поддержания температуры 15min, осуществление разделения металла от шлака, тем самым получают шлаки окиси базового алюминия верхнего слоя и легированный расплав нижнего слоя.

(3) После падения 90% шлака окиси базового алюминия верхнего слоя, в нижнем слое обдувается рафинированный шлак, для очистки и рафинирования перемешанного шлака, среди которого рафинированный шлак состоит согласно следующему отношению массы: 20%CaF₂, 75%CaO, 5% Na₂O. Параметр управления: объем добавления рафинированного шлака составляет 10% от общего объема сырья, степень чистоты ≥99.95% аргона в качестве газа-носителя, скорость эксцентрического перемешивания 100rpm, эксцентриситет 0.38, температура выплавки 1750℃, время выплавки 30min.

(4) Выплавленный высокотемпературный расплав охлаждается до комнатной температуры, после удаления верхнего шлака получается ферровольфрам.

Данный пример осуществления изготовления и получения ферровольфрама выполняется согласно химическому составу при процентном содержании массы: W 78,4%, Al 0,68%, O 0,24%, остаток Fe.

Следует понимать, что для обычных технических специалистов в данной области, усовершенствования и преобразования могут быть сделаны в соответствии с приведенным выше описанием, все подобные усовершенствования и преобразования подпадают под защиту настоящего изобретения.

1. Способ получения ферровольфрама, характеризующийся тем, что

(1) осуществляют алюминотермическое самораспространяющееся градиентное восстановление вольфрама и железа из их оксидов путем подготовки сырьевых материалов разделением сырьевых материалов, содержащих порошок WO₃, Fe₂O₃, алюминиевый порошок и шлакообразующие компоненты, на несколько партий, помещения первой партии сырьевых материалов в реакционную печь, воспламенение размещенного поверх сырьевых материалов магниевого порошка для проведения алюминотермического самораспространяющегося градиентного восстановления с непрерывным добавлением партий сырьевых материалов до завершения реакции и получения высокотемпературного расплава, при этом содержание алюминия в каждой партии сырьевых материалов постепенно снижают с 1,1-1,25 до 0,9-0,75 от теоретически необходимого по стехиометрии для проведения алюминотермического самораспространяющегося градиентного восстановления, при этом общее содержание алюминия в сырьевых материалах составляет 0,95-1,00 от теоретически необходимого по стехиометрии для проведения алюминотермического самораспространяющегося градиентного восстановления;

(2) осуществляют теплоизоляционную выплавку с получением высокотемпературного расплава посредством электромагнитного индукционного нагревания для получения шлака окиси базового алюминия верхнего слоя и легированного расплава нижнего слоя;

(3) осуществляют перемешивание и рафинирование полученного легированного расплава нижнего слоя путем его обдува рафинированным шлаком с помощью газа-носителя;

(4) охлаждают выплавленный высокотемпературный расплав до комнатной температуры, а после удаления верхнего слоя шлака получают ферровольфрам.

2. Способ получения ферровольфрама, характеризующийся тем, что

(1) осуществляют алюминотермическое самораспространяющееся градиентное восстановление вольфрама и железа из их оксидов путем подготовки сырьевых материалов, содержащих порошок WO₃, Fe₂O₃ и шлакообразующие компоненты, смешиванием до получения смеси, которую постепенно помещают в смеситель при постоянной скорости, с постепенным добавлением алюминиевого порошка в смеситель при равномерном понижении скорости, перемешанные сырьевые материалы помещают в реакционную печь для проведения алюминотермического самораспространяющеегося градиентного восстановления, при этом процесс смешивания и процесс алюминотермического самораспространяющеегося градиентного восстановления осуществляют непрерывно до тех пор, пока все сырьевые материалы достигнут высокотемпературного расплава после полной реакции, при этом содержание алюминия в непрерывно поступающих сырьевых материалах в реакционную печь уменьшают с 1,1-1,25 до 0,9-0,75 от теоретически необходимого по стехиометрии для проведения алюминотермического самораспространяющегося градиентного восстановления, при этом количество n градиентных изменений содержания алюминия во всем процессе удовлетворяет уравнению: n=(b-c)/a, где b - наибольшее содержание алюминия, с - наименьшее содержание алюминия, а - коэффициент градиентного изменения содержания алюминия, при этом 0<a≤0,05, причем общее количество алюминия составляет 0,95-1,00 от теоретически необходимого по стехиометрии для проведения алюминотермического самораспространяющегося градиентного восстановления;

(2) осуществляют теплоизоляционную выплавку с получением высокотемпературного расплава посредством электромагнитного индукционного нагревания для получения шлака окиси базового алюминия верхнего слоя и легированного расплава нижнего слоя;

(3) осуществляют перемешивание и рафинирование полученного легированного расплава нижнего слоя путем его обдува рафинированным шлаком с помощью газа-носителя;

(4) охлаждают выплавленный высокотемпературный расплав до комнатной температуры, а после удаления верхнего слоя шлака получают ферровольфрам.

3. Способ по п.1 или 2, в котором отношение массы порошка WO₃, Fe₂O₃, алюминиевого порошка и шлакообразующих компонентов на этапе (1) составляет 1,0:(0,2-0,49):(0,30-0,40):(0,07-0,39), зернистость упомянутых материалов составляет: порошок WO₃≤2мм, порошок Fe₂O₃≤0,2мм, алюминиевый порошок ≤2мм, шлакообразующие компоненты ≤0,2мм.

4. Способ по п.1, в котором количество партий на этапе (1) составляет ≥4.

5. Способ по п.1, в котором масса первой партии сырьевых материалов на этапе (1) составляет 10-30% от общей массы.

6. Способ по п.1 или 2, в котором этап (2) осуществляют при частоте электромагнитной индукции ≥1000Hz, температуре выплавки 1700-1800°C и времени выплавки 5-15мин.

7. Способ по п.1 или 2, в котором рафинированный шлак на этапе (3) имеет состав, мас.%: CaF₂ 10-25, CaO - остальное.

8. Способ по п.1 или 2, в котором рафинированный шлак на этапе (3) имеет состав, мас.%: CaF₂ 10-25, Na₂O 5-10, CaO - остальное.

9. Способ по п.1 или 2, в котором на этапе (3) используют следующие параметры управления рафинированием: используют эксцентрическое перемешивание, эксцентриситет 0,2-0,4, объем добавления рафинированного шлака составляет 6-12% от общего объема сырьевых материалов, в качестве газа-носителя используют аргон с чистотой равной или более 99,95%, скорость эксцентрического перемешивания составляет от 50 до 150 об/мин, температура рафинирования составляет 1700-1800°C, время выплавки 10-30 мин.

10. Способ по п.1 или 2, в котором ферровольфрам содержит, мас.%: вольфрам 70,0-85,0, алюминий 2,0 или менее, кислород 1,0 или менее и железо остальное.