CN103757262B

CN103757262B - 利用钒酸铁电硅热法生产中钒铁的方法

Info

Publication number: CN103757262B
Application number: CN201410030298.0A
Authority: CN
Inventors: 陈东辉; 李东明; 李九江; 卢永杰; 朱立杰; 孟旭光
Original assignee: Hebei Iron and Steel Group Co Ltd Chengde Branch
Current assignee: Chengde Branch of HBIS Co Ltd
Priority date: 2014-01-23
Filing date: 2014-01-23
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2034-01-23
Also published as: CN103757262A

Abstract

本发明公开了一种利用钒酸铁电硅热法生产中钒铁的方法，该方法步骤为：（1）根据钒酸铁成分计算入炉物料的配比，将钒酸铁、硅铁、氧化钙等按配比混合，配比过程中根据需要添加氧化钒或废钢以调整原料的含钒量或含铁量；（2）上述混合原料分为四期加入电硅热炉内；加料前先在钒铁电炉内加入冷渣，通电后加入Ⅰ期混合原料，冶炼出贫渣后顺序加入Ⅱ期混合原料；每期冶炼出贫渣后加入下一期混合原料进行冶炼，加入Ⅳ期炉料冶炼后加硅铝铁或纯铝精炼，即可得到精渣和钒铁水。本方法采用钒酸铁代替五氧化二钒生产钒铁，避免了五氧化二钒生产中氨氮废水的产生及后处理，简化了钒铁原料生产流程，降低工序成本，节能、环保效果十分显著。

Description

利用钒酸铁电硅热法生产中钒铁的方法

技术领域

本发明涉及一种钒铁生产方法，尤其是一种利用钒酸铁电硅热法生产中钒铁的方法。

背景技术

钒铁是一种钢铁产品重要的合金添加剂，通常采用电硅热法、铝热法及电铝热法生产；电硅热法冶炼钒铁是用电弧炉加热,以硅铁做还原剂还原钒化合物，得到中钒铁产品。该方法以其生产的连续性好、产品稳定性高、钒收率高、产品质量好、成本低等特点被行业所普遍应用。常规电硅热法生产钒铁是采用硅铁（部分硅铝铁）还原氧化钒（包括五氧化二钒、三氧化二钒及其混合物）得到的。钒酸铁作为一种含钒化合物，其化学式Fe₂O₃.nV₂O₅，包含钒铁产品所必备的两种基本元素钒和铁，钒酸铁在不同生产工艺条件下有：FeVO₄、Fe(VO₃)₂、Fe(VO3)3、Fe₂O₃.2V₂O₅等形态，其中含钒质量分数在29%～43.3%，含铁质量分数16%～33%；此外还有含钒废水处理时可能得到低钒钒酸铁，含钒在10%～29%。

在现行氧化钒生产过程中，钒液沉钒工序普遍采用铵盐沉钒工艺（在沉钒过程中向含钒溶液加入氯化铵或硫酸铵），沉钒后形成大量的氨氮废水，氨氮废水的处理需要通过脱铵、脱氮等多道工序，工艺复杂，工序成本高；进一步生产氧化钒过程中钒酸铵的分解会放出大量的氨气等有害气体，在越来越注重节能、环保的现实条件下，采用更加环保的新沉钒工艺路线具有重要意义。目前新的沉钒工艺主要有以氧化钙、氢氧化钙为原料的钙盐沉钒生产钒酸钙和以Fe²⁺、Fe³⁺为原料的铁盐沉钒生产钒酸铁。

其中钒酸铁的生产途径有：

（1）含钒水溶液直接采用铁盐沉钒得到钒酸铁，其主要的反应方程式有：

Fe³⁺+VO₃ ^-+2.5H₂O→FeVO₄·1.5H₂O↓+2H⁺

Fe³⁺+3VO₃ ^-→Fe(VO₃)₃↓

Fe²⁺+2VO₃ ^-→Fe(VO₃)₂↓

（2）含钒废水水处理产物。在含钒废水处理过程中，含钒、铬超标废液需要加入硫酸亚铁进行除杂，也能得到钒酸铁，其中主要反应的有：

3Fe²⁺+Cr⁶⁺→3Fe³⁺+Cr³⁺

Fe³⁺+3VO₃ ^-→Fe(VO₃)₃↓

新工艺沉钒都能避免氨氮废水的产生，有利于环保，但在新工艺下得到的钒酸钙和钒酸铁在后续钒产品深加工生产中的应用是需要亟待解决的问题。钙盐沉钒生产的钒酸钙已经用于钒铁生产，公开号CN101100720A介绍了一种钒酸钙冶炼钒铁的生产工艺，将钒酸钙、铝粉、铁质料按照一定的比例混合后，通电冶炼得到钒铁。这种方法解决了新工艺下生产的钒酸钙的深加工问题。

采用钒酸铁冶炼钒铁是对钒铁生产用钒原料进行再选择及优化，对钒产业流程实现清洁生产具有现实意义。公告号CN101693932B介绍了一种生产钒铁的方法，以三价铁盐沉钒得到钒、铁摩尔比3:1的钒酸铁沉淀后，放入电弧炉，以铝粒为还原剂采用电铝热法冶炼钒铁。但以钒酸铁为原料，以硅铁为还原剂，采用电硅热法冶炼中钒铁的技术尚未见报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种成本低，节能、环保的利用钒酸铁电硅热法生产中钒铁的方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的方法步骤为：（1）根据钒酸铁成分计算入炉物料的配比，根据含氧量确定硅铁加入量，Si+2O→SiO₂，根据原料中含氧量可确定硅铁的加入量；将计算好的钒酸铁、硅铁、氧化钙（补加氧化钒时氧化钒一起配料）等辅料按配比混合后入炉熔炼；

（2）上述混合原料分为四期加入电硅热炉内；加料前先在钒铁电炉内加入适量冷渣（含钒较高的废料都可以作冷渣），对需加废钢的此时加入；通电后加入Ⅰ期混合原料，冶炼出贫渣后顺序加入Ⅱ期混合原料；每期冶炼出贫渣后加入下一期混合原料进行冶炼，加入Ⅳ期炉料冶炼后加硅铝铁或纯铝精炼，即可得到精渣和钒铁水。

本发明所述步骤（1）中根据钒酸铁中含氧量确定所需还原硅铁量，硅铁的加入量为钒酸铁质量的40～55%；确定硅铁加入量后，根据原料钒酸铁和硅铁中V/Fe比与中钒铁中V/Fe比相比较，原料中含钒高需在冶炼过程中补加废钢，含铁高需在冶炼过程中补加氧化钒并增加硅铁的加入量，此过程需按对氧化钒加入量微调；冶炼过程中保证炉内碱度CaO%:SiO2%=1.8～2.5，氧化钙的加入量由炉内碱度控制，冶炼过程中需根据冶炼状况补加部分氧化钙。

本发明所述步骤（1）中钒酸铁的粒度为5～50mm。

本发明所述步骤（2）中的精渣返回电硅热炉，用于下一冶炼过程。

电硅热法生产中钒铁与铝热法、电铝热法生产中钒铁相比，更具有优势，这是因为在电硅热法冶炼钒铁炉内主要的反应为：

2Fe₂O₃.nV₂O₅+(5n+3)Si+(5n+3)CaO==高温==4nV+4Fe+(5n+3)CaO·SiO₂

电铝热法冶炼钒铁炉内主要的反应为：

3Fe₂O₃.nV₂O₅+(10n+6)Al==高温==6nV+6Fe+(5n+3)Al₂O₃

可见在同时生产1吨钒铁的情况下，还原剂铝与硅的使用量摩尔比为4:3，还原剂铝的用量要大于硅的用量，加之铝的价格远高于硅的价格，因此采用电硅热法，以硅作为还原剂生产中钒铁，比铝作还原剂电铝热法生产中钒铁成本更低，更具有优势。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明以钒酸铁为含钒原料替代氧化钒采用电硅热法生产中钒铁，对于促进钒生产工艺创新，优化钒产品结构具有重要意义，此外，本发明解决了铁盐沉钒工艺下钒酸铁的深加工问题，可采用铁盐沉钒彻底解决沉钒过程中的产生的氨氮废水废气污染问题，对促进环保也具有重要意义。因此本发明不仅是钒铁冶炼工艺的创新，更能促进沉钒新工艺发展创新，对钒清洁生产具有重要意义。

本发明采用钒酸铁代替五氧化二钒生产钒铁，避免了五氧化二钒生产中氨氮废水的产生及后处理，简化了钒铁原料生产流程，降低工序成本，节能、环保效果十分显著。本发明采用电硅热法生产钒铁，在利用钒酸铁生产中钒铁技术中比铝热法、电铝热法更能降低和节约昂贵还原剂的用量、节约废钢资源、降低生产成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

本利用钒酸铁电硅热法生产中钒铁的方法实施过程中，各原材料的配比加入量判断如下所述：

（1）硅铁加入量与钒酸铁质量比：

根据电硅热还原机理，Si+2O→SiO₂，因此钒酸铁中氧的质量与消耗的Si质量相同，即硅铁=钒酸铁含氧量/硅铁中含硅量。

（2）氧化钒或废钢补加依据：

钒酸铁含钒量/(硅铁×含铁量+钒酸铁含铁量+钒酸铁含钒量)=48.0%～55.0%，小于48%的铁过量，需加入氧化钒；大于55%时钒过量，需加入废钢；最终使得钒铁含钒量在中钒铁规定的48.0%～55.0%。

（3）精炼剂加入量：

冶炼中加精炼剂是为保证钒铁水合格，精炼剂的加入量主要取决于四期冶炼后期钒铁水中含钒量，含钒低于48%时加入精炼剂，保证前三期铁水质量的前提下，精炼剂的加入量极少，仅用于钒铁水成分的微调，根据冶炼状况少量加入。

实施例1：本利用钒酸铁电硅热法生产中钒铁的方法的工艺步骤如下所述。

原料中钒酸铁成分为含铁33%，含钒29%，含氧37%，还原时需要加入硅铁（75硅铁）为钒酸铁质量的0.49，根据计算，钒铁含钒量为39%，生产符合国家标准的FeV50时需加入氧化钒，加入的五氧化二钒为钒酸铁的0.195，加入的五氧化二钒需加入的还原用纯铝为钒酸铁的0.1，因为Fe过量，不需额外补充废钢。将钒酸铁、硅铁、氧化钒、氧化钙按计算后的比例完成配料、混料之后，分为四期加入电硅热炉内冶炼，加入Ⅳ期炉料冶炼后加硅铝铁或纯铝精炼，冶炼过程中保证炉内碱度（CaO%:SiO₂%）在1.8，得到合格钒铁水后出精渣（返回下炉冶炼做底料），出钒铁水铸锭，得到钒铁产品，含V：50.03%、Si：1.48%、C、0.33%、P：0.055、S、0.005、Al＜0.5%。

实施例2：本利用钒酸铁电硅热法生产中钒铁的方法的工艺步骤如下所述。

原料中钒酸铁成分为含铁23%，含钒37%，含氧39%，还原时需要加入硅铁为钒酸铁质量的0.52，生产符合国家标准的FeV50时，原料中加入的Fe、V比例含钒50.6%，符合国家标准的FeV50要求，可直接将钒酸铁、硅铁、氧化钙按计算后的比例完成配料、混料之后，分为四期加入电硅热炉内冶炼，加入Ⅳ期炉料冶炼后加硅铝铁或纯铝精炼，冶炼过程中保证炉内碱度（CaO%:SiO₂%）在2.1，得到合格钒铁水后出精渣（返回下炉冶炼做底料），出钒铁水铸锭，得到钒铁产品，含V：49.10%、Si：1.47%、C、0.28%、P：0.045、S、0.003、Al＜0.5%。

实施例3：本利用钒酸铁电硅热法生产中钒铁的方法的工艺步骤如下所述。

原料中钒酸铁成分为含铁16%，含钒43.3%，含氧39%，还原时需要加入硅铁为钒酸铁质量的0.52，生产含钒50%的中钒铁时，原料中加入的Fe低于50%的中钒铁含铁量，需加入废钢，加入的废钢为钒酸铁的0.15，因为V过量，不需额外补加氧化钒。将钒酸铁、硅铁、氧化钙按计算后的比例完成配料、混料之后，分为四期加入电硅热炉内冶炼，加入Ⅳ期炉料冶炼后加硅铝铁或纯铝精炼，冶炼过程中保证炉内碱度（CaO%:SiO₂%）在2.5，得到合格钒铁水后出精渣（返回下炉冶炼做底料），出钒铁水铸锭，得到钒铁产品，含V：51.33%、Si：1.39%、C、0.26%、P：0.045、S、0.002、Al＜0.5%。

实施例4：本利用钒酸铁电硅热法生产中钒铁的方法的工艺步骤如下所述。

在现有钒铁冶炼中，加入200㎏钒酸铁，钒酸铁成分检测结果为含铁22%，含钒40%，含氧37%。增加还原剂75硅铁投入量98kg，增加造渣用白灰的用量，不增加其他物料的投料量，得到合格钒铁水后出精渣（返回下炉冶炼做底料），出钒铁水铸锭，得到钒铁产品含V：53.07%、Si：1.58%、C、0.35%、P：0.057、S、0.006、Al＜0.5%。

实施例5：本利用钒酸铁电硅热法生产中钒铁的方法的工艺步骤如下所述。

在现有钒铁冶炼中，加入100㎏含钒废水除杂得到的低钒钒酸铁物料，钒酸铁成分检测结果为含铁13%，含钒14.5%，含氧23%。增加还原剂75硅铁投入量35kg，增加造渣用白灰的用量，不增加其他物料的投料量，得到合格钒铁水后出精渣（返回下炉冶炼做底料），出钒铁水铸锭，得到钒铁产品含V：50.35%、Si：1.55%、C、0.34%、P：0.059、S、0.007、Al＜0.5%。

Claims

1.一种利用钒酸铁电硅热法生产中钒铁的方法，其特征在于，该方法步骤为：（1）根据钒酸铁成分计算入炉物料的配比，将钒酸铁、硅铁、氧化钙按配比混合，配比过程中根据需要添加氧化钒或废钢以调整原料的含钒量或含铁量；根据钒酸铁中含氧量确定所需还原硅铁量，硅铁的加入量为钒酸铁质量的40～55%；再根据原料中实际Fe:V比与所要生产的中钒铁的Fe:V比差异确定需补充的废钢或氧化钒及还原剂量；氧化钙的加入量由炉内碱度控制，冶炼过程中保证炉内碱度CaO%:SiO₂%=1.8～2.5，钒酸铁的粒度为5～50mm；

（2）上述混合原料分为四期加入电硅热炉内；加料前先在钒铁电炉内加入冷渣，通电后加入Ⅰ期混合原料，冶炼出贫渣后顺序加入Ⅱ期混合原料；每期冶炼出贫渣后加入下一期混合原料进行冶炼，加入Ⅳ期炉料冶炼后加硅铝铁或纯铝精炼，即可得到精渣和钒铁水。

2.根据权利要求1所述的利用钒酸铁电硅热法生产中钒铁的方法，其特征在于，所述步骤（2）中的精渣返回电硅热炉，用于下一冶炼过程。