CN103484590B - 一种含钒钢渣冶炼富钒生铁的方法 - Google Patents

一种含钒钢渣冶炼富钒生铁的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含钒钢渣冶炼富钒生铁的方法，将63～67份含钒钢渣、14～18份铁粉、8～12份硅石、4～6份碳粉和3～4份铝粒加入冶炼炉中，将所得的混合料加热熔化并待反应结束后分离炉渣和铁水，铁水冷却后即为富钒生铁，其中，所述含钒钢渣为含钒铁水经转炉冶炼后所剩的渣。本发明的含钒钢渣冶炼富钒生铁的方法可将含钒钢渣中85％的钒富集在生铁中得到富钒生铁，对钢渣进行了很好的再利用，且生产工艺简单、可操作性强，生产成本低，便于在工业生产中开展。

Description

一种含钒钢渣冶炼富钒生铁的方法
技术领域
本发明涉及冶金渣的应用，更具体地讲，涉及一种含钒钢渣冶炼富钒生铁的方法。
背景技术
世界上已知的钒储量有98％源于钒钛磁铁矿，中国主要有攀西地区、安徽马鞍山及河北承德在采用钒钛磁铁矿冶炼。
目前，钒钛磁铁矿的冶炼提钒工艺流程为：高炉冶炼—含钒铁水提钒—钒渣湿法处理制取V2O5—焙烧炉处理钒渣制取钒，而含钒铁水提钒后的半钢中仍含有较高的残钒，并且经过转炉冶炼后的转炉钢渣中V2O5含量仅为2～4％，而转炉钢渣量为每年钢铁产量的7％左右，渣量巨大、含钒品位低且钒弥散分布于多个矿物相中，组成复杂且难以分离。因此，对转炉含钒钢渣进行选矿、冶炼的技术难度大、成本高，难以进行大批量有效的方法将含钒钢渣中的钒提取出来，导致转炉钢渣中的钒一直未被有效利用。
中国专利CN1320142C公开了一种含钒钢渣中钒的富集方法，该专利通过在含钒钢渣中加入渣量5～16％的一种或几种以下添加剂：SiO2、Al2O3、莫来石（3SiO2·2Al2O3），并在大气氧位或高于大气氧位条件下熔化处理，然后冷却、保温后将含钒钢渣取出并在空气中淬冷，从而使含钒钢渣中弥散分布的钒80％以上转移到一个富含钒的新相中富集并结晶析出得到富钒相品位的富钒相，有利于钒从钢渣中的分离、提取。但该专利只是将钒渣中的V2O5富集得到富钒渣。
发明内容
本发明针对含钒钢渣中的钒难以利用的问题，提供一种含钒钢渣冶炼富钒生铁的方法，以便于将钒从钢渣中分离提取，并将钢渣中弥散分布于多个物相的钒富集至生铁中得到富钒生铁。
为了实现上述目的，本发明提供了一种含钒钢渣冶炼富钒生铁的方法，将63～67份含钒钢渣、14～18份铁粉、8～12份硅石4～6份碳粉和3～4份铝粒加入冶炼炉中，将所得的混合料加热熔化并待反应结束后分离炉渣和铁水，铁水冷却后即为富钒生铁，其中，所述含钒钢渣为含钒铁水经转炉冶炼后所剩的渣。
根据本发明含钒钢渣冶炼富钒生铁的方法的一个实施例，按重量百分比计，所述含钒钢渣包括：CaO40～44％、SiO210～14％、TFe19～23％、MgO9～11％、V2O53～4％、P0.7～0.9％、MnO1～2％、Al2O31～2.5％、TiO20.30～0.50％及不可避免的杂质且含钒钢渣的粒度为3～20mm。
根据本发明含钒钢渣冶炼富钒生铁的方法的一个实施例，按重量百分比计，所述铁粉中的MFe≥85％且铁粉粒度为0.5～1mm；所述硅石中的SiO2≥96％且硅石粒度为20～60mm；所述碳粉中的固定碳≥82％且碳粉的粒度为15～25mm；铝粒的粒度为2～10mm。
根据本发明含钒钢渣冶炼富钒生铁的方法的一个实施例，所述冶炼炉为矿热炉。
根据本发明含钒钢渣冶炼富钒生铁的方法的一个实施例，将混合料加热至1620～1650℃使其熔化，熔化后再继续加热55～65min待其反应充分。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
①采用矿热炉可以实现连续加料，间歇式出铁、渣，实现连续作业并使生产效率提高。
②碳粉将钒渣中的V2O5还原到生铁中得到富钒生铁，便于生产钒铁合金或替代提钒转炉加入的富钒生铁。
③生产工艺简单、可操作性强，生产成本低，便于在工业生产中开展。
④具有十分重要的社会效益、环境效益和显著的经济效益。
具体实施方式
在下文中，将结合示例性实施例具体描述本发明的含钒钢渣冶炼富钒生铁的方法。
在本发明中，含钒钢渣为含钒铁水经转炉冶炼后所剩的渣，其含钒品位较低（含2～4％V2O5），且钒弥散赋存于多个物相的钢渣，难以分离。
根据本发明的示例性实施例，所述含钒钢渣冶炼富钒生铁的方法具体包括以下步骤：将63～67份含钒钢渣、14～18份铁粉、8～12份硅石、4～6份碳粉和3～5份铝粒加入冶炼炉中，将所得的混合料加热熔化并待反应结束后分离炉渣和铁水，铁水冷却后即为富钒生铁。其中，加入适量的铁粉有助于钢渣的熔化；加入的硅石是用于调节钢渣的碱度使渣的碱度控制在1.4～1.8，加入的硅石量过高或者过低均会影响渣的碱度，不利于反应进行；加入的碳粉是起还原作用以将钒的氧化物还原成金属钒，加入的碳粉量过高或者过低会使钢渣中的钒的还原度不能达到最大值；加入的铝粒同样是起还原作用用以还原钒的氧化物，加入的铝粒量过低只能先还原钢渣中的氧化铁而无法还原钒的氧化物，加入的铝粒量过高会使生铁中的酸溶铝含量过高。
具体地，本发明的反应原理如下所述：
由于含钒钢渣中的钒元素主要以V2O5形式存在，因此在高温条件下利用碳进行还原，反应过程由以下几个步骤组成：
(1)钢渣中的V2O5向渣铁界面的扩散：（V2O5）→（V2O5）S；
(2)铁中溶解的铝向铁渣界面的扩散：[Al]→[Al]S；
铁中溶解的碳向铁渣界面的扩散：[C]→[C]S；
(3)渣铁界面的化学反应：
3V2O5+10Al=6V+5Al2O3
V2O5+5C=2V+5CO；
(4)还原出来的V从铁渣界面向铁液中的扩散：[V]S→[V]；
(5)生产的Al2O3从铁渣界面向渣相扩散：（Al2O3）S→（Al2O3）
生成的CO离开渣铁界面：COS→气相。
其中，冶炼炉优选矿热炉，由此可以实现连续加料和连续生产，有利于提高生产效率。
在冶炼过程中，将各原料组分形成的混合料加热到1620～1650℃使其熔化，熔化后再继续加热55～65min待其反应充分。
具体地，按重量百分比计，含钒钢渣包括：CaO40～44％、SiO210～14％、TFe19～23％、MgO9～11％、V2O53～4％、P0.7～0.9％、MnO1～2％、Al2O31～2.5％、TiO20.30～0.50％及不可避免的杂质，含钒钢渣的粒度为3～20mm。优选地，铁粉中的MFe≥85％，铁粉粒度为0.5～1mm；硅石中的SiO2≥96％，硅石粒度为20～60mm；碳粉中的固定碳≥82％，碳粉的粒度为15～25mm；铝粒的粒度为2～10mm。以上等级的原料有利于降低成本、提高反应速率和钒的回收率，但本发明不限于此。例如，硅石可以直接采用SiO2代替，碳粉也可以采用石墨代替。
下面结合具体示例对本发明做进一步描述。
示例1：
含钒钢渣组成：CaO：42.6％，SiO2：12.1％，Tfe：21.6％，MgO：10.2％，V2O5：3.6％，P：0.84％，MnO：1.4％，Al2O3：1.7％，TiO2：0.41％等。将含钒钢渣、铁粉、硅石、碳粉和铝粒以65：16：10：5:4比率加入矿热炉中，加热至1650℃，并继续加热处理60min，再根据渣铁密度不同将渣铁分离，生铁在空气中冷却，从而得到富钒生铁。取富钒生铁样分析，其中钒的含量为3.7％，渣中V2O5的还原度为85％。取冶炼后的铁渣样分析，V2O5含量为0.63％，TFe含量为1.16％，此种冶炼方法将含钒钢渣中大部分的V2O5和FeO还原，从而得到富钒生铁。
示例2：
含钒钢渣组成：CaO：43％，SiO2：13.1％，Tfe：22％，MgO：11.1％，V2O5：3.8％，P：0.75％，MnO：1.2％，Al2O3：1.5％，TiO2：0.52％等。将含钒钢渣、铁粉、硅石、碳粉和铝粒以63：16：10：6:5比率加入矿热炉中，加热至1640℃，并继续加热处理60min，再根据渣铁密度不同将渣铁分离，生铁在空气中冷却，从而得到富钒生铁。取富钒生铁样分析，其中钒的含量为3.8％，渣中V2O5的还原度为86％。取冶炼后的铁渣样分析，V2O5含量为0.64％，TFe含量为1.01％，此种冶炼方法将含钒钢渣中大部分的V2O5和FeO还原，从而得到富钒生铁。
示例3：
含钒钢渣组成：CaO：41％，SiO2：12.1％，Tfe：21％，MgO：10.5％，V2O5：3.9％，P：0.78％，MnO：1.1％，Al2O3：1.4％，TiO2：0.51％等。将含钒钢渣、铁粉、硅石、碳粉和铝粒以65：16：9：5:4比率加入矿热炉中，加热至1640℃，并继续加热处理60min，再根据渣铁密度不同将渣铁分离，生铁在空气中冷却，从而得到富钒生铁。取富钒生铁样分析，其中钒的含量为4.0％，渣中V2O5的还原度为89％。取冶炼后的铁渣样分析，V2O5含量为0.61％，TFe含量为0.95％，此种冶炼方法将含钒钢渣中大部分的V2O5和FeO还原，从而得到富钒生铁。
综上所述，采用本发明的含钒钢渣冶炼富钒生铁的方法生产可将含钒钢渣中85％的钒富集在生铁中得到富钒生铁，对钢渣进行了很好的再利用，且生产工艺简单、可操作性强，生产成本低，便于在工业生产中开展。
尽管已经具体描述了本发明的含钒钢渣冶炼富钒生铁的方法，但是本领域的技术人员应该知道，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种形式的改变。

Claims (5)

1.一种含钒钢渣冶炼富钒生铁的方法，其特征在于，将63～67份含钒钢渣、14～18份铁粉、8～12份硅石和4～6份碳粉和3～4份铝粒加入冶炼炉中，将所得的混合料加热熔化并待反应结束后分离炉渣和铁水，铁水冷却后即为富钒生铁，其中，所述含钒钢渣为含钒铁水经转炉冶炼后所剩的渣，按重量百分比计，所述含钒钢渣包括：CaO 40～44％、SiO2 10～14％、TFe 19～23％、MgO 9～11％、V2O5 3～4％、P 0.7～0.9％、MnO 1～2％、Al2O3 1～2.5％、TiO2 0.30～0.50％及不可避免的杂质，硅石是用于调节含钒钢渣的碱度并将碱度控制在1.4～1.8。
2.根据权利要求1所述的含钒钢渣冶炼富钒生铁的方法，其特征在于，所述含钒钢渣的粒度为3～20mm。
3.根据权利要求1所述的含钒钢渣冶炼富钒生铁的方法，其特征在于，按重量百分比计，所述铁粉中的MFe≥85％且铁粉粒度为0.5～1mm；所述硅石中的SiO2≥96％且硅石粒度为20～60mm；所述碳粉中的固定碳≥82％且碳粉的粒度为15～25mm；铝粒的粒度为2～10mm。
4.根据权利要求1所述的含钒钢渣冶炼富钒生铁的方法，其特征在于，所述冶炼炉为矿热炉。
5.根据权利要求1所述的含钒钢渣冶炼富钒生铁的方法，其特征在于，将混合料加热至1620～1650℃使其熔化，熔化后再继续加热55～65min待其反应充分。
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