CN104152630B

CN104152630B - 钒铁脱铝剂及其制备方法和用途

Info

Publication number: CN104152630B
Application number: CN201410401624.4A
Authority: CN
Inventors: 鲜勇; 孙朝晖; 景涵; 杜光超; 余彬; 唐红建; 王唐林; 陈海军; 尹丹凤
Original assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority date: 2014-08-14
Filing date: 2014-08-14
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2034-08-14
Also published as: CN104152630A

Abstract

本发明涉及钒铁脱铝剂及其制备方法和用途，属于冶金领域。本发明要解决的技术问题是提供一种钒铁脱铝剂及其制备方法和用途。本发明钒铁脱铝剂由五氧化二钒和铁组成，其中，按质量比，五氧化二钒:铁＝1:1～1:3。同时，本发明还公开了所述钒铁脱铝剂的制备方法和用途，以及一种电铝热法生产钒铁的方法。在电铝热法中采用本发明钒铁脱铝剂，可以使得生产得到的钒铁中铝含量＜0.05wt％；可以大幅缩短精炼时间，降低能耗。本发明电铝热法生产钒铁的方法步骤简单，操作性强。

Description

钒铁脱铝剂及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及钒铁脱铝剂及其制备方法和用途，属于冶金领域。

背景技术

钒铁产品分为中钒铁(FeV50)和高钒铁(FeV80)，主要作为炼钢添加剂，它可以改善钢材的综合性能。全球钒产量的80％以上用于钢铁工业，并且多以钒铁合金的形式加入到钢铁中。钒能与钢中的碳和氮发生反应，生成小而硬的难熔金属碳化物和氮化物，这些化合物能起到细化剂和沉淀强化剂的作用，细化钢的组织和晶粒，提高晶粒的粗化温度，从而降低过热敏感性，提高钢材制品的韧性、强度以及耐磨性。含钒钢因具有强度高，韧性、耐磨性、耐腐蚀性好的特点而广泛用于机器制造、建筑、航空航天、铁路、桥梁等行业。

国内的钒铁厂家均严格按照GB/T 4139-2004的钒铁质量标准进行生产。近年来，我国年钢产量保持着平稳增长的态势，但是含钒的特殊钢产量在钢总产量中所占比重不断快速攀升，这必然导致钒的需求量大增。在这个大环境下，国内外钒产业发展较快，导致钒铁产品在市场、技术等方面的竞争日趋激烈。客户对钒铁质量的要求除开国家标准中的规定条款之外，还包含有诸如成分均匀性好，铝含量低，结晶形态良好，产品方便破碎、制样等新的要求。这迫使钒铁生产企业的技术开发向着更为精细的方向发展。

目前国内大多数钒铁厂家采用的是一步法电铝热冶炼工艺，合金中的铝含量无法有效控制，客户需要低铝钒铁时，只能以牺牲钒的收率来满足，钒铁中铝的成分和收率之间存在难以解决的矛盾。同时，一步法冶炼钒铁其钒回收率也受到制约，冶炼回收率难以进一步提升，产品质量完全取决于配料，冶炼过程不能有效控制合金成份。如何在保持高收率的条件下有效的脱除过量的铝成为钒铁冶炼技术的一个新的发展方向。

由于钒铁冶炼历史较长，工艺比较完善，在这方面的专利较少，创新较难，目前，钒铁冶炼的专利都聚焦在原料和还原剂的选择以及如何有效地提高钒的回收率上。

公开号为CN101148733A的中国专利申请公开了一种钒铁喷粉精炼工艺，主要步骤为在电铝热法冶炼钒铁过程中，当炉料充分完成铝热反应，熔渣与合金实现分离后，停止电极加热，随即向熔渣层插入喷枪并喷吹还原粉料，同时旋转炉体，还原粉料在喷吹气流冲击和炉体旋转搅拌双重作用下与熔渣充分混和，然后再插入电极继续加热熔炼20～25分钟，让熔渣中残留的钒进一步还原生成钒铁。该发明能使精炼炉料的反应动力学条件得到有效改善，最佳组份配比和喷吹量可使精炼炉料反应更充分，实现提高钒铁冶炼的钒回收率，降低生产成本。

公开号为专利CN101100720A的中国专利申请公开了将钒酸钙、铝粉、铁质料按一定重量配比冶炼得到钒铁：钒酸钙：100份，铝粉：23～28份，铁质料：23～27份；其中，所述的钒酸钙为偏钒酸钙、焦钒酸钙、正钒酸钙中的至少一种，其含钒品位为24％～43％。该发明工艺冶炼的钒铁质量好，钒回收率高，冶炼过程中不产生废水污染，适应高经济价值、低环境污染的新型工业需要。

从上述已经公开的技术看，现有对钒铁的研究都集中在钒铁的还原过程，对脱铝精炼过程的研究未见报道。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种钒铁脱铝剂。

本发明钒铁脱铝剂由五氧化二钒和铁组成，其中，按质量比，五氧化二钒:铁＝1:1～1:3。

进一步的，作为优选方案，本发明钒铁脱铝剂中按质量比，五氧化二钒:铁＝1:1.5～1:2。

其中，铁的粒径优选10～20mm，更优选为10～15mm；铁的纯度优选≥99wt％；五氧化二钒的纯度优选≥97.5wt％。

本发明要解决的第二个技术问题是提供钒铁脱铝剂的制备方法。

上述钒铁脱铝剂的制备方法，包括如下步骤：

a、将五氧化二钒加热到750～850℃熔化成液态，液层厚度为20～30mm；

b、将铁粒加入到液态五氧化二钒中，降温、凝固、破碎成粒度为20～30mm的固体颗粒，即得。

上述钒铁脱铝剂的另一种制备方法，包括如下步骤：

a、将钒酸铵加入到熔化炉中，加热到750～850℃进行脱水、脱氨、并熔化成液态，液层厚度为20～30mm；

b、将一定质量比例的铁粒均匀、分散地加入到液态五氧化二钒中，随后降温、凝固、破碎成粒度为20～30mm的固体颗粒，即可得到钒铁脱铝剂。

本发明要解决的第三个技术问题是提供一种钒铁脱铝剂的用途。

进一步的，本发明还公开了上述钒铁脱铝剂在电铝热电铝热法生产钒铁中的用途，即在精炼步骤中，待炉渣中含钒量≤0.5wt％时，加入钒铁脱铝剂进行精炼，精炼时间为5～15min，精炼时间优选为10min。

本发明要解决的另外一个技术问题是提供一种电铝热法生产钒铁的方法。

电铝热法生产钒铁的方法，包括如下步骤：

a、配料：按照电铝热法的化学反应式配料，配铝量为理论值的1.1～1.3倍；

b、还原；

c、精炼：待炉渣中含钒量≤0.5wt％时，加入上述钒铁脱铝剂进行精炼，精炼时间为5～15min；

d、浇铸，即得钒铁。

其中，还原步骤和浇铸步骤可采用现有常规方法。

进一步的，上述电铝热法生产钒铁的方法中，精炼时间优选为10min。

本发明有益效果：

(1)、本发明电铝热法生产钒铁的方法步骤简单，操作性强；

(2)、在电铝热法中采用本发明钒铁脱铝剂，可以使得生产得到的钒铁中铝含量＜0.05wt％；

(3)、采用本发明钒铁脱铝剂，可以大幅缩短精炼时间，降低能耗。

具体实施方式

钒铁脱铝剂，由五氧化二钒和铁组成，其中，按质量比，五氧化二钒:铁＝1:1～1:3；优选为按质量比，五氧化二钒:铁＝1:1.5～1:2。

进一步的，作为优选方案，铁的粒径为10～20mm，优选为10～15mm。铁粒粒径太小，达不到在渣中快速沉降的目的；粒径太大，比表面积小，则外面包裹的五氧化二钒重量不够，达不到脱铝的效果。

进一步的，为了保证钒铁脱铝剂的品质，作为优选方案，五氧化二钒的纯度≥97.5wt％；铁的纯度≥99wt％。

可有效避免硅、碳等杂质元素的引入。

进一步的，本发明还公开了上述钒铁脱铝剂的制备方法，本发明钒铁脱铝剂可以采用五氧化二钒和铁作为原料制备得到，也可以采用钒酸铵和铁作为原料制备得到，为了使得钒铁脱铝剂中五氧化二钒和铁分布更均匀，选采用以下方法制备得到：

方法一：

方法二：

进一步的，也可以在冶炼钒铁所需原料片钒(即将粉状的五氧化二钒熔化成片状)的制备过程中，将五氧化二钒原料或钒酸铵原料加入到熔化炉中，然后根据方法一和方法二制备得到本发明钒铁脱铝剂。

进一步的，本发明还公开了上述钒铁脱铝剂在电铝热法生产钒铁中的用途。

电铝热法生产钒铁的方法，包括还原、精炼和浇铸的步骤，所述还原和浇铸步骤可采用现有技术方案，原料按照电铝热法的化学反应的理论计算值和造渣需要进行配比，配铝量为理论值的1.1～1.3倍，原料加入量视炉容而定，将其混匀后入标准电弧炉，经过还原步骤后，得到合金液和炉渣，所述精炼步骤为：待炉渣中含钒量≤0.5wt％时，加入上述钒铁脱铝剂进行精炼，精炼时间通常为5～15min，优选为10min。

之所以选择本发明钒铁脱铝剂的原因是，一方面，熔化后的V₂O₅与合金液中的铝会发生强放热反应，该反应过程非常剧烈，可快速将铝耗尽；另一方面如果单独只加V₂O₅，由于其比重较轻，与渣层比重接近，难于沉降到合金液中，脱铝过程非常缓慢，能耗将大幅提升；如果氧化钒包裹有铁粒，则包裹于中间的铁粒可大幅提升精炼剂的比重，使其能快速通过渣层，熔于合金液中，大大加快反应的进程。V₂O₅与铁的质量比为1:1～1:3，V₂O₅比例太低则达不到应有的脱铝效果，太高则比重偏低，难以沉降。

通过本发明方法生产得到的钒铁中铝含量＜0.05wt％。

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1采用本发明电铝热法生产钒铁

原料：片钒(V₂O₅)1000kg、V₂O₃ 6000kg(含钒64.1％)，配铝3230kg，铁3450kg，石灰1400kg。将料混合均匀后加入炉内，二次电压190V通电引弧，炉料化清后二次电压选用135V，通电120min后，快速分析渣中残钒为0.46％，加入钒铁脱铝剂，精炼10min后，取合金样分析，铝含量为0.03％，出炉浇铸，得到的钒铁含钒51.6％，钒收率96.8％。

其中，钒铁脱铝剂中氧化钒(V₂O₅纯度为98.1％)与铁粒质量比例为1:1(300kg：300kg)；钒铁脱铝剂的制备方法如下：

a、五氧化二钒加热到750℃熔化成液态，液层厚度为20mm；

b、将铁粒加入到液态五氧化二钒中，降温、凝固、破碎成粒度为20mm的固体颗粒，即得。

实施例2采用本发明电铝热法生产钒铁

原料：片钒(V₂O₅)1000kg、V₂O₃ 6000kg(含钒64.5％)，配铝3250kg，铁3150kg，石灰1500kg。将料混合均匀后加入炉内，二次电压190V通电引弧，炉料化清后二次电压选用135V，通电125min后，快速分析渣中残钒为0.35％，加入钒铁脱铝剂，精炼10min后，取合金样分析，铝含量为0.04％，出炉浇铸，得到的钒铁含钒51.3％，钒收率97.3％。

其中，钒铁脱铝剂中氧化钒(V₂O₅纯度为98.5％)与铁粒质量比例为1:2(300kg：600kg)；钒铁脱铝剂的制备方法如下：

a、五氧化二钒加热到800℃熔化成液态，液层厚度为24mm；

b、将铁粒加入到液态五氧化二钒中，降温、凝固、破碎成粒度为26mm的固体颗粒，即得。

实施例3采用本发明电铝热法生产钒铁

原料：片钒(V₂O₅)1000kg、V₂O₃ 6000kg(含钒64.7％)，配铝3245kg，铁2850kg，石灰1450kg。将料混合均匀后加入炉内，二次电压190V通电引弧，炉料化清后二次电压选用135V，通电115min后，快速分析渣中残钒为0.29％，加入钒铁脱铝剂，精炼10min后，取合金样分析，铝含量为0.02％，出炉浇铸，得到的钒铁含钒51.5％，钒收率97.0％。

其中，钒铁脱铝剂中氧化钒(V₂O₅纯度为98.3％)与铁粒质量比例为1:3(300kg：900kg)；钒铁脱铝剂的制备方法如下：

a、五氧化二钒加热到800℃熔化成液态，液层厚度为26mm；

b、将铁粒加入到液态五氧化二钒中，降温、凝固、破碎成粒度为25mm的固体颗粒，即得。

实施例4采用本发明电铝热法生产钒铁

原料：片钒(V₂O₅)1000kg、V₂O₃ 6000kg(含钒64.4％)，配铝3240kg，铁630kg，石灰1600kg。将料混合均匀后加入炉内，二次电压190V通电引弧，炉料化清后二次电压选用135V，通电125min后，快速分析渣中残钒为0.45％，加入钒铁脱铝剂，精炼10min后，取合金样分析，铝含量为0.04％，出炉浇铸，得到的钒铁含钒81.3％，钒收率97.1％。

其中，钒铁脱铝剂中氧化钒(V₂O₅纯度为98.8％)与铁粒质量比例为1:1(300kg：300kg)；钒铁脱铝剂的制备方法如下：

a、五氧化二钒加热到850℃熔化成液态，液层厚度为30mm；

b、将铁粒加入到液态五氧化二钒中，降温、凝固、破碎成粒度为30mm的固体颗粒，即得。

Claims

1.钒铁脱铝剂，其特征在于：所述钒铁脱铝剂由五氧化二钒和铁组成，其中，按质量比，五氧化二钒:铁＝1:1～1:3；

其中，所述钒铁脱铝剂采用如下方法制备而成：

b、将铁粒加入到液态五氧化二钒中，降温、凝固、破碎成粒度为20～30mm的固体颗粒，即得；

或所述钒铁脱铝剂采用如下方法制备而成：

2.根据权利要求1所述的钒铁脱铝剂，其特征在于：按质量比，五氧化二钒:铁＝1:1.5～1:2。

3.根据权利要求1所述的钒铁脱铝剂，其特征在于：其中铁的粒径为10～20mm。

4.根据权利要求1所述的钒铁脱铝剂，其特征在于：其中铁的粒径为10～15mm。

5.根据权利要求1～4任一项所述的钒铁脱铝剂，其特征在于：所述五氧化二钒的纯度≥97.5wt％；铁的纯度≥99wt％。

6.权利要求1～5任一项所述的钒铁脱铝剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.权利要求1～5任一项所述的钒铁脱铝剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

8.权利要求1～5任一项所述钒铁脱铝剂在电铝热法生产钒铁中的用途。

9.根据权利要求8所述的钒铁脱铝剂在电铝热法生产钒铁中的用途，其特征在于：在精炼步骤中，待炉渣中含钒量≤0.5wt％时，加入钒铁脱铝剂进行精炼，精炼时间为5～15min。

10.根据权利要求9所述的钒铁脱铝剂在电铝热法生产钒铁中的用途，其特征在于：精炼时间为10min。

11.电铝热法生产钒铁的方法，其特征在于，包括如下步骤：

b、还原；

c、精炼：待炉渣中含钒量≤0.5wt％时，加入权利要求1～5任一项所述的钒铁脱铝剂进行精炼，精炼时间为5～15min；

d、浇铸，即得钒铁。

12.根据权利要求11所述的电铝热法生产钒铁的方法，其特征在于：精炼时间为10min。