CN102154564B - 一种以攀西钒原料冶炼制取钒铁合金的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种以攀西钒原料冶炼制取钒铁合金的方法，属于冶金领域。其具体方法步骤为：按配方称量好上述各种原材料和辅助材料，将称量好的上述原料和辅助材料放入混料设备充分搅拌至均匀，混合均匀后放入经过预热到200-300℃的反应装置内，进行火开始反应，反应结束后加入30-50kg缓凝剂，冷却48-72h，最后分离渣和合金；钒铁合金产品经检验、精整、包装入库。本工艺步骤相对于现有技术有所简化，即提高了安全性，又降低了生产成本；本发明的高钒铁产品钒品位高，硫磷水平低，铝硅含量低，有效降低了可能带入杂质对钢种产生的危害，对钢铁生产的脱氧合金化有积极的促进意义。

Description

一种以攀西钒原料冶炼制取钒铁合金的方法

技术领域

本发明涉及一种冶金方法，更具体地说，本发明涉及一种以攀西钒原料冶炼制取钒铁合金的方法，属于冶金领域。

背景技术

钒是钢铁生产过程中重要的合金化元素及合金添加剂，可以改善钢的组织结构，提高钢的性能。钒铁是钒和铁组成的铁合金，钒铁作为一种催化剂、助剂和添加剂，在钢铁、合金和化工等行业用途十分广泛，市场需求量巨大。主要在炼钢中用作合金添加剂，高钒铁还用作有色合金的添加剂。常用的钒铁有含钒40％、60％和80％三种。钒铁是钢铁工业重要的合金添加剂，分为含钒50%左右的钒铁即FeV50钒铁和含钒80%左右的钒铁即FeV80钒铁（高钒铁），FeV90钒铁尚未见生产报道。

国内外生产FeV50钒铁的方法普遍采用电硅热法，一般是以五氧化二钒为原料在炼钢型电弧炉内冶炼，攀枝花钢铁公司以V₂O₃为原料冶炼高质量、低成本的FeV50钒铁获得成功，现已鉴定转产。产品质量稳定，符合国家有关标准要求，钒回收率达到以V₂O₅为原料生产FeV50钒铁的国内先进水平。如使用V₂O₃生产FeV50钒铁，可以节约40%的还原剂（硅铁），这对降低产品成本具有非常重要的意义。

另一种方法为电硅热法，此法是用片状V₂O₅、75％硅铁和少量铝作还原剂，在碱性电弧炉中，经还原、精炼两个阶段炼得合格产品。还原期将一炉的全部还原剂与占总量60～70％的片状V₂O₅装入电炉，在高氧化钙炉渣下，进行硅热还原。当渣中V₂O₅小于0.35％时，放出炉渣（称为贫渣，可弃去或作建筑材料用），转入精炼期。此时，再加入片状V₂O₅和石灰，以脱除合金液中过剩的硅、铝等，合金成分达到要求，即可出渣出铁合金。精炼后期放出的炉渣称为富渣（含V₂O₅达8～12％），在下一炉开始加料时，返回利用。合金液一般铸成圆柱形锭，经冷却、脱模、破碎和清渣后即为成品。此法一般用于含钒40～60％的钒铁冶炼。钒的回收率可达98％，炼制每吨钒铁耗电1600千瓦·时左右。

但是以上方法的工艺步骤很繁琐，而且某些地区钒钛磁铁矿冶炼的钒原料含杂质高，如攀西地区的钒钛磁铁矿冶炼的钒原料，使用上述铝热还原法制取金属钒存在困难，且成本较高。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供一种用攀西钒原料冶炼制取钒铁合金的方法，生产90钒铁合金，形成质量稳定的90钒铁合金产品，满足现代钢铁工业对高钒铁合金的技术质量要求，该方法的原料来源确定，生产工艺安全可靠，钒品位高，杂质含量低，形成质量稳定的钒铁合金产品，降低了生产成本，并有效降低了可能带入杂质对钢种产生的危害。

为了实现上述发明目的，本发明的具体技术方案如下：

一种以攀西钒原料冶炼制取钒铁合金的方法，其特征在于：按以下工艺步骤向100kg攀西地区钒原料中加入如下重量配比的辅助材料：

金属铝45-50kg、辅助还原剂0.5-1.0kg、钙质冶金辅料1-1.5kg、惰性物20-25kg、钙-钠系处理剂1-3kg、含铁的重量百分比不低于92%的铁系原料3-5kg；

所述攀西地区钒原料主要成分为五氧化二钒；

所述辅助还原剂为硅钙合金；

所述钙质冶金辅料为氧化钙和氟化钙；

所述惰性物为冶炼渣、石灰或冷却剂；

所述钙-钠系处理剂为碳酸钠、氧化钙和氟化钙的混合物；

具体工艺步骤如下：

按配方称量好上述各种原材料和辅助材料，将称量好的上述原料和辅助材料放入混料设备充分搅拌至均匀，混合均匀后放入经过预热到200-300℃的反应装置内，进行火开始反应，反应结束后加入30-50kg缓凝剂，冷却48-72h，最后分离渣和合金；钒铁合金产品经检验、精整、包装入库。

所述的攀西钒原料中的五氧化二钒的重量百分比不低于98%。

所述的金属铝含铝的重量百分比不低于99%。

所述的辅助还原剂为粉状硅钙合金，其中硅和钙总量占硅钙合金的重量百分比不低于50%，硅和钙的重量比为任意比例。

所述的钙质冶金辅料中的氟化钙占钙质冶金辅料的重量百分比不高于10%，剩余为氧化钙。

所述的冶炼渣或石灰是指氧化钙重量百分比不低于85%的冶炼渣或石灰。

所述的钙-钠系处理剂中碳酸钠占钙-钠系处理剂的重量百分比不高于3%，氟化钙占钙-钠系处理剂的重量百分比不高于5%，剩余为氧化钙。

所述缓凝剂为石灰，石灰中氧化钙的质量百分比不低于85%。

下面对本发明的工艺原理及设备作出说明：

一、原理：

1、试验原理

本项目以铝质还原剂(主成份Al)、冶金辅料(主成份CaO)、钒原料（主成份V₂O₅）、惰性物和助剂等为原料，通过合理搭配原料和热量，在适宜温度下发生铝热还原反应，铝质还原剂将钒原料中的V₂O₅还原生产成金属钒，金属钒与铁形成合金相，反应生成的铝氧化物、未反应V₂O₅、和CaO形成渣相，合金相受渣相覆盖保护性冷却，冷凝过程结束后分离合金产品。

反应要求合金成分、不同批次物料成分和渣的碱度调节进行物料平衡计算及热平衡计算，确定合理的配料组成和反应器供热蓄热制度，在合适的反应器中实施反应，然后分离得到产品。经过研发，得到了FeV90产品。

钒铁系列合金生产使用的原料主要由CaO、V₂O₅和Al、Fe等组成，在满足相关热平衡和物料平衡的条件下原料中的不同氧化物组元与铝发生还原反应，主要的化学反应式如下，反应依照自由能和活度相系变化次序进行，反应结束后在Fe-V合金系和CaO- V₂O₅-Al₂O₃渣系间形成平衡，冷却分离后得到Fe-V合金产品和合金渣。温度和催化剂决定反应速度，Si、S和P等杂质依据活度系数、温度和平衡常数在渣及合金间梯级分配。

3V₂O₅   +  10Al →6V  +  5Al₂O₃

2、试验条件

根据钒铁系列产品的不同技术质量要求和试验规模要求进行原料、设备以及方法准备，按照产品质量目标和工艺安全要求对原料进行系统选择，逐步优化设备配置，进行试验研究方法的优选改进，以优选结果带动试验规模放大，确定影响因素和水平，优化技术经济参数，保证产品质量目标和经济性。

3、试验效果

试验和试生产共完成20多炉次，生产钒铁合金1吨，形成满足国家标准的FeV80生产技术能力，同时试生产出满足特殊用户要求的FeV90产品。

（1）通过13公斤级探索试验至50公斤级工业试验研究，开发出了高钒铁生产技术，建立了高钒铁系列产品冶炼的工艺制度和炉料制度，技术是可行的。

（2）试验形成的成套技术装备和生产制度可以将FeV90的生产成本控制在合理范围内，经济上是合理的。

（3）试验优选出了较合理的FeV90生产原料配方及相关工艺参数，试验生产线、试验技术参数和经济指标对同类产品开发有积极的借鉴意义，整体耐火材料反应装置和在线脱S-P等技术为高钒铁系列产品规模化生产创造了有利条件。

（4）铝热法冶炼高钒铁具有影响因素多、控制难度大和技术性强等特点，必须走理论计算和严谨操作相结合的道路，通过原料预处理、综合冶金技术和严谨操作实现整体工艺提高V、限制Si-Al和脱出S-P目标。

二、脱除硫、磷、氧等杂质

钒铁冶炼过程有大量的Al₂O₃产生，Al₂O₃和CaO结合形成CaO.Al₂O₃，CaO既调整渣的酸碱度平衡，同时增加炉渣的硫容和磷容，提高硫磷脱除能力，抑制逆反应发生，要求含S和P水平低。CaO加入量高于计算值，影响炉渣熔点，不利于P和S的传质，部分CaO原料还会带入少量P和S,试验中运用钠钙系材料综合脱除硫磷杂质。主要是对原料进行预处理，削减杂质带入水平，同时采取综合冶金方式提高渣脱除S、P等杂质能力，以满足用户要求。

本发明带来有益技术效果：

本发明的高钒铁产品钒品位高，硫磷水平低，铝硅含量低，有效降低了可能带入杂质对钢种产生的危害，对钢铁生产的脱氧合金化有积极的促进意义。

1、提供一种原料来源确定、质量保证、生产工艺稳定和产品质量满足90钒铁合金质量要求的生产工艺方法。

2、通过近两年20多次的试验探索，摸索了一系列安全生产的工艺规则，解决了在瞬间完成冶炼过程中的易燃易爆重大技术难题，采用本发明的工艺生产更加安全，安全隐患小。

3、对高钒铁冶炼进行了工艺创新，研究制定了一套完整的全新工艺，研制出脱磷、脱硫的辅料及添加剂，解决了钒原料杂质问题，提高了回收率。

4、本工艺步骤相对于现有技术有所简化，即提高了安全性，又降低了生产成本。

具体实施方式

实施例1

一种以攀西钒原料冶炼制取钒铁合金的方法，按以下工艺步骤向100kgV₂O₅含量为98%的攀西地区钒原料中加入如下重量配比的辅助材料：

含铝总量为99%的金属铝45kg、辅助还原剂0.5kg、钙质冶金辅料1kg、惰性物（氧化钙含量为85%的石灰或冶炼渣）20kg、钙-钠系处理剂1kg、含铁总量为92%的铁系原料3kg；

具体工艺步骤如下：

按配方称量好上述各种原材料和辅助材料，将称量好的上述原料和辅助材料放入混料设备充分搅拌至均匀，混合均匀后放入经过预热到200℃的反应装置内，进行火开始反应，反应结束后加入30kg氧化钙含量为85%的石灰作为缓凝剂，冷却48h，最后分离渣和合金；钒铁合金产品经检验、精整、包装入库。

所述的辅助还原剂为硅钙合金，其中硅钙总量为50%，硅和钙的重量比为任意比例。

所述的钙质冶金辅料为氧化钙和氟化钙，氟化钙占钙质冶金辅料的重量百分比为2%，剩余为氧化钙。

所述的钙-钠系处理剂为碳酸钠、氧化钙和氟化钙，其中碳酸钠占钙-钠系处理剂的重量百分比为1%，氟化钙占钙-钠系处理剂的重量百分比为3%，剩余为氧化钙。

实施例2

一种以攀西钒原料冶炼制取钒铁合金的方法，按以下工艺步骤向100kgV₂O₅含量为99.5%的攀西地区钒原料中加入如下重量配比的辅助材料：

含铝总量为99.9%的金属铝50kg、辅助还原剂1.0kg、钙质冶金辅料1.5kg、惰性物（氧化钙含量为95%的石灰或冶炼渣）25kg、钙-钠系处理剂3kg、含铁总量为99%的铁系原料5kg；

具体工艺步骤如下：

按配方称量好上述各种原材料和辅助材料，将称量好的上述原料和辅助材料放入混料设备充分搅拌至均匀，混合均匀后放入经过预热到300℃的反应装置内，进行火开始反应，反应结束后加入50kg氧化钙含量为95%的石灰作为缓凝剂，冷却72h，最后分离渣和合金；钒铁合金产品经检验、精整、包装入库。

所述的辅助还原剂为硅钙合金，其中硅钙总量为90%，硅和钙的重量比为任意比例。

所述的钙质冶金辅料为氧化钙和氟化钙，氟化钙占钙质冶金辅料的重量百分比为10%，剩余为氧化钙。

所述的钙-钠系处理剂为碳酸钠、氧化钙和氟化钙，其中碳酸钠占钙-钠系处理剂的重量百分比为3%，氟化钙占钙-钠系处理剂的重量百分比为5%，剩余为氧化钙。

实施例3

一种以攀西钒原料冶炼制取钒铁合金的方法，按以下工艺步骤向100kgV₂O₅含量为99%的攀西地区钒原料中加入如下重量配比的辅助材料：

含铝总量为99.5%的金属铝47kg、辅助还原剂0.8kg、钙质冶金辅料1.3kg、惰性物（氧化钙含量为90%的石灰或冶炼渣）22kg、钙-钠系处理剂2kg、含铁总量为95%的铁系原料4kg；

具体工艺步骤如下：

按配方称量好上述各种原材料和辅助材料，将称量好的上述原料和辅助材料放入混料设备充分搅拌至均匀，混合均匀后放入经过预热到250℃的反应装置内，进行火开始反应，反应结束后加入40kg氧化钙含量为90%的石灰作为缓凝剂，冷却60h，最后分离渣和合金；钒铁合金产品经检验、精整、包装入库。

所述的辅助还原剂为硅钙合金，其中硅钙总量为70%，硅和钙的重量比为任意比例。

所述的钙质冶金辅料为氧化钙和氟化钙，氟化钙占钙质冶金辅料的重量百分比为6%，剩余为氧化钙。

所述的钙-钠系处理剂为碳酸钠、氧化钙和氟化钙，其中碳酸钠占钙-钠系处理剂的重量百分比为2%，氟化钙占钙-钠系处理剂的重量百分比为4%，剩余为氧化钙。

实施例4

一种以攀西钒原料冶炼制取钒铁合金的方法，按以下工艺步骤向100kgV₂O₅含量为98.5%的攀西地区钒原料中加入如下重量配比的辅助材料：

含铝总量为99.2%的金属铝48kg、辅助还原剂0.6kg、钙质冶金辅料1.1kg、惰性物（冷却剂）24kg、钙-钠系处理剂2.5kg、含铁总量为97%的铁系原料3.5kg；

具体工艺步骤如下：

按配方称量好上述各种原材料和辅助材料，将称量好的上述原料和辅助材料放入混料设备充分搅拌至均匀，混合均匀后放入经过预热到280℃的反应装置内，进行火开始反应，反应结束后加入35kg氧化钙含量为98%的石灰作为缓凝剂，冷却52h，最后分离渣和合金；钒铁合金产品经检验、精整、包装入库。

所述的辅助还原剂为硅钙合金，其中硅钙总量为65%，硅和钙的重量比为任意比例。

所述的钙质冶金辅料为氧化钙和氟化钙，氟化钙占钙质冶金辅料的重量百分比为8%，剩余为氧化钙。

所述的钙-钠系处理剂为碳酸钠、氧化钙和氟化钙，其中碳酸钠占钙-钠系处理剂的重量百分比为2%，氟化钙占钙-钠系处理剂的重量百分比为3%，剩余为氧化钙。

实施例5

一种以攀西钒原料冶炼制取钒铁合金的方法，按以下工艺步骤向100kgV₂O₅含量为98%的攀西地区钒原料中加入如下重量配比的辅助材料：

含铝总量为99.6%的金属铝50kg、辅助还原剂0.5kg、钙质冶金辅料1.3kg、惰性物（冷却剂）25kg、钙-钠系处理剂1.4kg、含铁总量为94%的铁系原料4.1kg；

具体工艺步骤如下：

按配方称量好上述各种原材料和辅助材料，将称量好的上述原料和辅助材料放入混料设备充分搅拌至均匀，混合均匀后放入经过预热到220℃的反应装置内，进行火开始反应，反应结束后加入36kg氧化钙含量为88%的石灰作为缓凝剂，冷却53h，最后分离渣和合金；钒铁合金产品经检验、精整、包装入库。

所述的辅助还原剂为硅钙合金，其中硅钙总量为89%，硅和钙的重量比为任意比例。

所述的钙质冶金辅料为氧化钙和氟化钙，氟化钙占钙质冶金辅料的重量百分比为3%，剩余为氧化钙。

所述的钙-钠系处理剂为碳酸钠、氧化钙和氟化钙，其中碳酸钠占钙-钠系处理剂的重量百分比为2%，氟化钙占钙-钠系处理剂的重量百分比为2%，剩余为氧化钙。

Claims (7)

1.一种以攀西钒原料冶炼制取钒铁合金的方法，其特征在于：按以下工艺步骤向100kg攀西地区钒原料中加入如下重量配比的辅助材料：

金属铝45-50kg、辅助还原剂0.5-1.0kg、钙质冶金辅料1-1.5kg、惰性物20-25kg、钙-钠系处理剂1-3kg、含铁的重量百分比不低于92%的铁系原料3-5kg；

所述攀西地区钒原料主要成分为五氧化二钒；

所述辅助还原剂为硅钙合金；

所述钙质冶金辅料为氧化钙和氟化钙；

所述惰性物为冶炼渣、石灰或冷却剂；

所述钙-钠系处理剂为碳酸钠、氧化钙和氟化钙的混合物；

具体工艺步骤如下：

按配方称量好上述各种原材料和辅助材料，将称量好的上述原料和辅助材料放入混料设备充分搅拌至均匀，混合均匀后放入经过预热到200-300℃的反应装置内，进行点火开始反应，反应结束后加入30-50kg缓凝剂，冷却48-72h，最后分离渣和合金；钒铁合金产品经检验、精整、包装入库；所述缓凝剂为石灰，石灰中氧化钙的质量百分比不低于85%。

2.根据权利要求1所述的一种以攀西钒原料冶炼制取钒铁合金的方法，其特征在于：所述的攀西地区钒原料中的五氧化二钒的重量百分比不低于98%。

3.根据权利要求1所述的一种以攀西钒原料冶炼制取钒铁合金的方法，其特征在于：所述的金属铝含铝的重量百分比不低于99%。

4.根据权利要求1所述的一种以攀西钒原料冶炼制取钒铁合金的方法，其特征在于：所述的辅助还原剂为粉状，硅钙合金中硅和钙占硅钙合金的重量百分比不低于50%，硅和钙的重量比为任意比例。

5.根据权利要求1所述的一种以攀西钒原料冶炼制取钒铁合金的方法，其特征在于：所述的钙质冶金辅料中氟化钙占钙质冶金辅料的重量百分比不高于10%，剩余为氧化钙。

6.根据权利要求1所述的一种以攀西钒原料冶炼制取钒铁合金的方法，其特征在于：所述的冶炼渣或石灰是指氧化钙重量百分比不低于85%的冶炼渣或石灰。

7.根据权利要求1所述的一种以攀西钒原料冶炼制取钒铁合金的方法，其特征在于：所述的钙-钠系处理剂中碳酸钠占钙-钠系处理剂的重量百分比不高于3%，氟化钙占钙-钠系处理剂的重量百分比不高于5%，剩余为氧化钙。