CN103757171A - 一种高钒铁的冶炼方法及用于高钒铁冶炼的锭模 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高钒铁的冶炼方法，包括将冷态含钒富渣和石灰加入电弧炉垫底，加入由五氧化二钒、铝粒、石灰、钢屑组成的一期混合料进行冶炼，随即将上一炉的热态含钒富渣返回电弧炉中，在冶炼渣中的钒含量小于0.5％时出渣；加入由三氧化二钒、铝粒、石灰、钢屑组成的二期混合料进行冶炼，在冶炼渣中的钒含量小于0.5％时出渣，在出渣前加入铝或铝镁合金进行还原处理；加入由五氧化二钒与石灰或由铁鳞与石灰组成的精炼混合料进行冶炼，控制炉内钒铁合金液的温度为1900℃以上，在钒铁合金液中的钒含量为78～82％且铝含量低于1.5％时出钒铁合金液和含钒富渣，将钒铁合金液浇注至预热达500℃以上的锭模中，冷却、脱模、破碎后得到钒含量在80％以上的高钒铁。

Description

一种高钒铁的冶炼方法及用于高钒铁冶炼的锭模

技术领域

本发明属于钒铁冶炼技术领域，更具体地讲，涉及一种高钒铁的冶炼方法及用于高钒铁冶炼的锭模。

背景技术

目前，国际国内普遍采用直筒炉冶炼高钒铁，高钒铁是指钒含量在80wt％以上的钒铁合金。直筒炉冶炼高钒铁采用的是一步冶炼钒铁的工艺，即每冶炼一炉需要更换一次打结好的组合式直筒炉体，炉体离线制备，冶炼所得的钒铁合金液和熔渣离线随炉冷却自然沉降分离，单炉产量3吨左右，如果进一步扩大炉容，将会使钒铁偏析严重，不能有效控制产品质量；同时，炉渣中的残钒较高，钒铁冶炼回收率偏低。若采用倾翻式电弧炉冶炼，则因高钒铁的熔点较中钒铁的熔点高150℃左右，则出铁浇注后会导致具备细晶组织的高钒铁的后续破碎困难，生产无法顺行。

发明内容

针对现有技术所存在的不足，本发明的目的在于解决以上问题中的一个或多个。

本发明的目的在于提供一种能够实现多炉连续冶炼，并实现降低渣中残钒、提高钒铁冶炼回收率的高钒铁冶炼方法。

为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种高钒铁的冶炼方法，所述方法包括以下步骤：a、将冷态含钒富渣和石灰加入电弧炉垫底，再加入由五氧化二钒、铝粒、石灰、钢屑组成的一期混合料进行冶炼，随即将上一炉的热态含钒富渣返回电弧炉中，在冶炼渣中的钒含量小于0.5％时出渣；b、加入由三氧化二钒、铝粒、石灰、钢屑组成的二期混合料进行冶炼，在冶炼渣中的钒含量小于0.5％时出渣，并且在出渣前加入铝或铝镁合金进行还原处理；c、加入由五氧化二钒与石灰或由铁鳞与石灰组成的精炼混合料进行冶炼，控制炉内钒铁合金液的温度为1900℃以上，并在钒铁合金液中的钒含量为78～82％且铝含量低于1.5％时出钒铁合金液和含钒富渣，将钒铁合金液浇注至预热达500℃以上的锭模中，冷却、脱模、破碎后得到钒含量在80％以上的高钒铁。

根据本发明的高钒铁的冶炼方法的一个实施例，所述方法还包括在步骤b结束之后并在步骤c开始之前继续加入由三氧化二钒、铝粒、石灰、钢屑组成的三期混合料进行冶炼并在冶炼渣中的钒含量小于0.5％时出渣的步骤，并且在出渣前加入铝或铝镁合金进行还原处理。

根据本发明的高钒铁的冶炼方法的一个实施例，所述三期混合料与二期混合料的配比和总量相同。

根据本发明的高钒铁的冶炼方法的一个实施例，所述锭模还包括由镁砂、氯化镁组成的混合料打结得到的打结层，所述打结层的厚度为200～250mm。

本发明利用大型倾翻式电弧炉并采用电铝热法生产高钒铁，不仅通过特殊工艺控制可实现多炉连续冶炼，达到降低渣中残钒、提高钒铁冶炼回收率的目的；同时，通过对浇注过程进行有效地保温，延缓钒铁冷却，可达到改变钒铁组织的目的，克服高钒铁难以破碎的后续问题，保证了生产的顺行。

具体实施方式

在下文中，将详细说明本发明的高钒铁的冶炼方法。若无特别说明，以下所涉及的百分比均为质量百分比。

根据本发明的高钒铁冶炼方法是利用大型倾翻式电弧炉进行冶炼，具体的冶炼过程分还原过程和精炼过程，其中，还原过程的主要目的为最大限度地降低渣中残钒，精炼过程的主要目的为脱除钒铁合金中过量的铝。本发明的工艺流程可以分为“三期冶炼”或“四期冶炼”两种模式，“三期冶炼”即整个冶炼过程包括两个还原期和一个精炼期，而“四期冶炼”则包括三个还原期和一个精炼期。并且，本发明的还原过程和精炼过程均需要保持较高的冶炼温度以确保钒铁合金液浇注时的较高过热度。在冶炼完毕后采用锭模进行浇注，一方面对钒铁合金液进行保温，延缓钒铁冷却，使钒铁呈粗晶组织，以利钒铁破碎；另一方面通过浇注使合金成分偏析小，成分均匀。

具体地，根据本发明的高钒铁冶炼方法包括以下步骤：

先进行配料，即将由五氧化二钒、铝粒、石灰、钢屑组成的一期混合料，由三氧化二钒、铝粒、石灰、钢屑组成的二期混合料及三期混合料，由五氧化二钒与石灰或由铁鳞与石灰组成的精炼混合料按照一定配比进行配料。例如，五氧化二钒的纯度可以不小于95.0％，五氧化二钒可以是不大于55×55mm的片状，其厚度不大于5mm；三氧化二钒中的钒含量可以不小于63％、碳含量不大于0.05％、磷含量不大于0.03％、硫含量不大于0.03％，堆比重不小于1.0g/cm³；铝粒可以包括99.5以上的Al、不大于0.15％的Si、不大于0.2％的Fe、不大于0.02％的Cu，铝粒的粒度可以为3～5mm；钢屑可以包含不大于0.1％的C、不大于0.02％的P、不大于0.02％的P，钢屑的粒度可以为2～10mm；石灰可以包括不小于90％的CaO、不大于0.03％的S，石灰的活性度不小于350。然而，如本领域技术人员所将认识到，本发明的原料不限于以上例举的成分，以上所例举的五氧化二钒、三氧化二钒、铝粒、石灰、钢屑的具体参数仅是示例性的。

并且，根据本发明的示例性实施例，可以根据预期所要得到的高钒铁合金成分确定一期混合料、二期混合料、三期混合料和精料混合料的配比，因此本发明的上述各混合料中的各组分的量不受具体限制。

之后进行冶炼。

由于冶炼炉膛的空间有限，同时若一次性加料过多，会造成渣层过厚，不利于合金沉降，所以本发明采用了多期还原的方式。首先将冷态含钒富渣和石灰加入电弧炉垫底，再加入由五氧化二钒、铝粒、石灰、钢屑组成的一期混合料进行冶炼，随即将上一炉的热态含钒富渣返回电弧炉中，在冶炼渣中的钒含量小于0.5％时出渣。以上为还原一期的冶炼。

由于高钒铁的生产温度高，为了避免炉底被侵蚀，必须使用返回的含钒富渣和石灰垫底以保护设备。其中，冷态含钒富渣为精炼期冶炼结束分离得到的炉渣冷却后获得的，根据本发明的示例性实施例，上述冷态含钒富渣包括7～10％的TV（即全钒）、55～57％的Al2O3、0.3～0.7％的SiO2、15～17％的CaO、12～16％的MgO、1.5～3.0％的TFe（即全铁）及杂质，但本发明同样不限于此。

并且，由于精炼后的含钒富渣含钒比较高，因此向炉内加入一期混合料后，应立即将上一炉的热态含钒富渣返回炉内，这样一方面利用了热源，另一方面可将钒损失降到最低。同时，通过加入上炉的热态含钒富渣回炉实现了引弧点火的目的，即不需要引弧过程，因此在加入一期混合料进行冶炼的过程就可以视作还原一期。

在还原一期的冶炼过程中，采用190V左右的高电压满负荷送电以加快化料和冶炼速度。冶炼一段时间后，通过目测和取样分析，当冶炼渣中的钒含量小于0.5％时即视为贫渣，此时出第一期贫渣（其主要成分为氧化铝），出渣时采用135V左右的低电压和6000A左右的低电流，之后进入还原二期。

接下来，加入由三氧化二钒、铝粒、石灰、钢屑组成的二期混合料进行冶炼，在冶炼渣中的钒含量小于0.5％时出渣，并且在出渣前加入铝或铝镁合金进行还原处理。以上为还原二期的冶炼。

在加入二期混合料时，采用150V的高电压和15000～18000A的大电流进行冶炼，并根据炉况控制合适的下料速度。冶炼一段时间后，取样分析合金液成分，若钒铁合金液中的V含量达到了78～80％，则加入铝或铝镁合金进行还原处理，当冶炼渣符合要求后，出第二期贫渣，第二期贫渣的成分与第一期贫渣大致相同。其中，加入铝或铝镁合金的目的是还原钒，以在冶炼过程中增加调控的手段，避免还原剂过量。

此时，可根据需要加入三期混合料进行还原三期的冶炼，其使用的三期混合料、出渣判断标准及供电制度与还原二期相同。具体地，需根据炉膛大小、冶炼需求进行选择，例如在冶炼过程中若炉内液面过高，此时若再加料进行还原三期冶炼，则合金液就会溢流，此时则不需要再进行还原三期冶炼。

然后，加入由五氧化二钒与石灰或由铁鳞与石灰组成的精炼混合料进行冶炼，控制炉内钒铁合金液的温度为1900℃以上，并在钒铁合金液中的钒含量为78～82％且铝含量低于1.5％时出钒铁合金液和含钒富渣。以上为精炼期的冶炼。其中，五氧化二钒或铁鳞中的氧化铁可以将钒铁合金液中过量的铝氧化为氧化铝，从而降低钒铁合金液中的铝含量，使钒铁合金的质量达到要求。其中，精炼混合料中五氧化二钒与石灰或铁鳞与石灰的配比可以根据预期得到的高钒铁中的铝含量确定，不受具体的限制。并且，为了避免浇注后合金液温度过低导致合金晶粒小而难以破碎，需在冶炼过程中维持熔液温度在1900℃以上，这样才能保证浇注前有较高的过热度。

最后，将钒铁合金液浇注至预热达500℃以上的锭模中，冷却、脱模、破碎后得到钒含量在80％以上的高钒铁。根据本发明的示例性实施例，将锭模冷却24小时后进行脱模，将刚玉渣与合金饼分离，然后将合金饼水淬，再将合金饼经过精整、破碎、挑选，取样化检后包装入库。

对于以上步骤，一方面，本发明采用优化设计的锭模进行浇注，有助于进一步延缓钒铁冷却，使钒铁呈粗晶组织，利于钒铁破碎；另一方面，通过浇注使合金成分偏析小且成分均匀。此外，需要采用镁砂、氯化镁的混合料对锭模进行打结以形成厚度为200～250mm的打结层，以利于保温；同时，锭模使用前还需使用煤气进行烘烤，使锭模内衬的温度达到500℃以上才能用于盛装出炉后的钒铁合金液，以延缓钒铁合金液的温降。其中，优化设计的锭模主要为了便于脱模，本发明不限于此，其它现有的锭模也可以实现。

此外，根据本发明的示例性实施例，在冶炼过程中的电压、电流等控制参数可以由本领域技术人员根据实际的冶炼情况进行调整，不限于以上所列举的参数。但其中需保证通过电压与电流的调整控制炉温，即维持其中的钒铁合金液温度在1900℃以上，这样才能在浇注前有较高的过热度，避免浇注后合金液温度过低且合金晶粒小而难以破碎。

下面将参照具体示例来详细说明本发明

示例1：

首先进行配料，所使用的各混合料及其配比如表1所示。

用500千克的含钒富渣和200千克的石灰垫底，迅速向电弧炉内加入一期混合料，通电，随即将上一炉1500千克的热态含钒富渣返回炉内。采用190V的高电压满负荷送电，加快化料速度。冶炼20～30分钟后，通过目测和取样分析，当冶炼渣中的V含量为0.48％时，出第一期贫渣，出渣时采用135V的低电压和6000A的低电流。

第一期贫渣出完后进入还原二期，改用150V的高电压和15000～18000A的大电流，加入二期混合料且78～下料速度视炉况而定，以保证无堆料和炉温不下降为原则。冶炼30分钟后，取样分析合金液成份，当合金液中的钒含量为78～80％时，加入50公斤的铝块进行强还原，还原结束后，当冶炼渣中的V含量为0.45％时，出第二期贫渣。

随后进行精炼，精炼期的加料方法和供电制度与还原二期大致相同，当精炼混合料加入炉内后，待炉料全部化清且反应气氛正常时，取样分析，控制炉内合金液温度在1900℃以上，当合金液中的钒含量为78～82％且铝含量低于1.5％时便可出炉。

将钒铁合金液浇注到已经预热完毕的锭模中，锭模冷却24小时后，进行脱模，将刚玉渣与合金饼分离，然后将合金饼水淬；合金饼再经过精整、破碎、挑选，取样化检后包装入库得到高钒铁成品。

本示例得到4吨的高钒铁成品，高钒铁中的钒含量为80.2％，综合回收率为97％；高钒铁中的钒含量最大偏析为0.4％，小于直筒炉冶炼2％的最大偏析。

表1示例一中的各期混合料配比（千克）

示例2：

首先进行配料，所使用的各混合料及其配比如表2所示。

用500千克的含钒富渣和200千克的石灰垫底，迅速向电弧炉内加入一期混合料，通电，随即将上一炉2000千克的热态含钒富渣返回炉内。采用190V的高电压满负荷送电，加快化料速度。冶炼20～30分钟后，通过目测和取样分析，当冶炼渣中的V含量为0.45％时，出第一期贫渣，出渣时采用135V的低电压和6000A的低电流。

第一期贫渣出完后进入还原二期，改用150V的高电压和15000～18000A的大电流，加入二期混合料且下料速度视炉况而定，以保证无堆料和炉温不下降为原则。冶炼30分钟后，取样分析合金液成份，当合金液中的钒含量为78～80％时，加入100公斤铝块进行强还原，还原结束后，当冶炼渣中的V含量为0.42％时，出第二期贫渣。

接着加入三期混合料，维持150V的高电压和15000～18000A的大电流，冶炼30分钟后，取样分析合金液成份，当合金液中的钒含量为78～80％时，加入100公斤铝块进行强还原，还原结束后，当冶炼渣中的V含量为0.48％时，出第三期贫渣。

随后进行精炼，精炼期的加料方法和供电制度与还原二期、还原三期大致相同，当精炼混合料加入炉内后，待炉料全部化清且反应气氛正常时，取样分析，控制炉内合金液温度在在1900℃以上，当合金液中的钒含量为78～82％且铝含量低于1.5％时便可出炉。

将钒铁合金液浇注到已经预热完毕的锭模中，锭模冷却24小时后，进行脱模，将刚玉渣与合金饼分离，然后将合金饼水淬；合金饼再经过精整、破碎、挑选，取样化检后包装入库得到高钒铁成品。

本示例得到6.5吨的高钒铁成品，高钒铁中的钒含量为80.5％，综合回收率为97.5％；高钒铁中的钒含量最大偏析为0.6％，小于直筒炉冶炼2％的最大偏析。

表2示例二中的各期混合料配比（千克）

综上所述，本发明的高钒铁生产方法采用大型倾翻式冶炼炉进行冶炼，通过特殊工艺控制可实现多炉连续冶炼，达到降低渣中残钒、提高钒铁冶炼回收率的目的；同时，对浇注过程进行有效地保温，延缓钒铁冷却，可达到改变钒铁结晶形态，克服高钒铁难以破碎的难题。

尽管上面已经结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

Claims (4)

1.一种高钒铁的冶炼方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

a、将冷态含钒富渣和石灰加入电弧炉垫底，再加入由五氧化二钒、铝粒、石灰、钢屑组成的一期混合料进行冶炼，随即将上一炉的热态含钒富渣返回电弧炉中，在冶炼渣中的钒含量小于0.5％时出渣；

b、加入由三氧化二钒、铝粒、石灰、钢屑组成的二期混合料进行冶炼，在冶炼渣中的钒含量小于0.5％时出渣，并且在出渣前加入铝或铝镁合金进行还原处理；

c、加入由五氧化二钒与石灰或由铁鳞与石灰组成的精炼混合料进行冶炼，控制炉内钒铁合金液的温度为1900℃以上，并在钒铁合金液中的钒含量为78～82％且铝含量低于1.5％时出钒铁合金液和含钒富渣，将钒铁合金液浇注至预热达500℃以上的锭模中，冷却、脱模、破碎后得到钒含量在80％以上的高钒铁。

2.根据权利要求1所述的高钒铁的冶炼方法，其特征在于，所述方法还包括在步骤b结束之后并在步骤c开始之前继续加入由三氧化二钒、铝粒、石灰、钢屑组成的三期混合料进行冶炼并在冶炼渣中的钒含量小于0.5％时出渣的步骤，并且在出渣前加入铝或铝镁合金进行还原处理。

3.根据权利要求2所述的高钒铁的冶炼方法，其特征在于，所述三期混合料与二期混合料的配比和总量相同。

4.根据权利要求1所述的高钒铁的冶炼方法，其特征在于，所述锭模还包括由镁砂、氯化镁组成的混合料打结得到的打结层，所述打结层的厚度为200～250mm。