CN104532105A - 倾翻炉电铝热法制备钒铁的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于冶金领域，具体涉及倾翻炉电铝热法制备钒铁的方法。本发明的目的在于提供一种利用大型倾翻炉电铝热法生产钒铁的方法，包括以下操作：将满足生产要求的原料氧化钒、铝、铁、石灰混匀后加入到可倾翻式电弧炉中，采用多期冶炼和阶梯配铝相结合的方法，当渣中钒含量降至一定水平后除去大部分渣，之后进行多期加料和出渣的反复操作，最后一期冶炼时渣铁同出，浇铸到锭模中，冷却后即可得到钒铁合金。本发明提供的倾翻炉电铝热法制备钒铁的方法，操作方便，节约铝耗，经济效益明显，同时提高了钒铁的冶炼收率，且得到的钒铁产品铝含量较低。

Description

倾翻炉电铝热法制备钒铁的方法

技术领域

本发明属于冶金领域，涉及一种倾翻炉电铝热法制备钒铁的方法。

背景技术

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。钒铁作为合金添加剂在钢铁中的应用途径主要有三个方面：碳素合金钢，工具钢和不锈钢，高强度低合金钢(HSLA钢)。使用何种品位的钒铁很大程度上取决于其终端用途，某些钢种比如高合金的工具钢和不锈钢不仅需要较高的钒含量(有时候高达3％-5％)，同时也对原料带入的残留杂质含量要求很严格，这个时候常常使用的是高品位的FeV80；相反的，如果是应用于普通碳素钢的合金化(钒含量不超过1％)，那么一般会使用品位较低的FeV50。

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，将配制好的炉料在电炉内通电引弧发生反应生成金属钒和氧化铝并放出热量，氧化铝与炉料中加入的造渣剂结合形成低熔点、低密度的炉渣，炉料中配入的铁粒熔化后与钒形成无限固熔体；配入的造渣剂可以降低熔渣熔点和提高熔体碱度，有利于合金沉降。因合金与炉渣密度差异较大，炉渣与钒铁合金在熔融状态下自动分层，经充分冷凝后渣铁分离而获得钒铁合金。为了更彻底地将钒还原到合金中，传统电炉冶炼过程中，配铝量一般是理论计算值的1.04～1.05倍，渣中钒含量为2％，钒收率在95％左右。如果进一步提高配铝量，过量的铝将进入合金造成产品质量不达标；合金中的铝含量不易控制，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。

专利CN101100720A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。

专利CN101148733A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。

从上述已经公开的技术看，之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，专利的重心都集中在钒铁的还原过程，而对于节约铝耗以及提高钒铁的冶炼收率方面没有进行改进。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种倾翻炉电铝热法制备钒铁的方法，包括以下操作：

将满足生产要求的原料氧化钒、铝、铁、石灰混匀后加入到可倾翻式电弧炉中，采用多期冶炼和阶梯配铝相结合的方法，当渣中钒含量降至一定水平后除去大部分渣，之后进行多期加料和出渣的反复操作，最后一期冶炼时渣铁同出，浇铸到锭模中，冷却后即可得到钒铁合金。

上述倾翻炉电铝热法制备钒铁的方法中，所述倾翻炉的容纳钒铁合金液重量为8～10t，出渣时的倾翻角度≤20°，渣铁同出时的倾翻角度≤45°。

上述倾翻炉电铝热法制备钒铁的方法中，所述的氧化钒为V₂O₃或V₂O₅中的至少一种。

上述倾翻炉电铝热法制备钒铁的方法中，所述的采用多期冶炼和阶梯配铝相结合的方法为：将多期冶炼分为3期，每期氧化钒的加料重量比例分别为2︰1︰1；每期的配铝量为该期单位重量氧化钒理论计算值的1.4～0.2倍，并呈阶梯递减状，倍数比例A(第1期)︰B(第2期)︰C(第3期)＝1.4～1.25:1.0～0.7:0.8～0.2，具体取值以(A*4+B*2+C*2)/8＝1为准。

上述倾翻炉电铝热法制备钒铁的方法中，所述当渣中钒含量降至一定水平后除去大部分渣是指：当第1期渣中钒含量降低至0.1％～0.3％时，通过倾翻的方式除去80％以上的贫渣；当第2期渣中钒含量降低至0.3％～0.5％时，通过倾翻的方式除去80％以上的贫渣；当第3期渣中钒含量降低至1.5％～2％时，渣铁同出，浇铸到锭模中，冷却后即可得到钒铁合金。

本发明提供的倾翻炉电铝热法制备钒铁的方法，操作方便，减少单炉铝消耗量的同时，降低渣中钒含量，经济效益明显，同时提高了钒铁的冶炼收率，且得到的钒铁产品铝含量较低。

具体实施方式

倾翻炉电铝热法制备钒铁的方法，包括以下操作步骤：

a、将满足生产要求的原料氧化钒、铝、铁、石灰混匀后加入到可倾翻式电弧炉中，第1期冶炼时加入氧化钒2份，配铝量为氧化钒理论计算值的1.4～1.25倍；第1期冶炼至渣中钒含量降低至0.1％～0.3％时，通过倾翻的方式除去80％以上的贫渣；

b、第2期冶炼时加入氧化钒1份，配铝量为氧化钒理论计算值的1.0～0.7倍；第2期冶炼至渣中钒含量降低至0.3％～0.5％时，通过倾翻的方式除去80％以上的贫渣；

c、第3期冶炼时加入氧化钒1份，配铝量为氧化钒理论计算值的0.8～0.2倍；第2期冶炼至渣中钒含量降低至1.5％～2％时，渣铁同出，浇铸到锭模中，冷却后即可得到钒铁合金。

上述倾翻炉电铝热法制备钒铁的方法中，所述倾翻炉的容纳钒铁合金液重量为8～10t，出渣时的倾翻角度≤20°，渣铁同出时的倾翻角度≤45°。

上述倾翻炉电铝热法制备钒铁的方法中，所述的氧化钒为V₂O₃或V₂O₅中的至少一种。

其中，上述倾翻炉电铝热法制备钒铁的方法中，每期的配铝量为该期单位重量氧化钒理论计算值的1.4～0.2倍，并呈阶梯递减状，倍数比例A︰B︰C＝1.4～1.25︰1.0～0.7︰0.8～0.2，具体取值以(A*4+B*2+C*2)/8＝1为准。

其中，将冶炼期数定为3期，每期氧化钒的加料重量比例定为2︰1︰1主要是考虑到熔池容积的大小以及实际操作方便的原因，第1期原料重量是后续两期的2倍，待炉料熔清后有利于填充满整个熔池，方便后续出渣工序出够足够数量的渣。

阶梯递减的配铝方式，将3期配铝倍数比例A︰B︰C的范围定为1.4～1.25︰1.0～0.7︰0.8～0.2，主要是保证前两期渣中钒含量降到0.1％～0.5％的水平，同时第3期的渣中钒含量能够快速地降到1.5％～2.0％的水平，这样3期炉渣的平均含钒量由传统方法的2％降低至0.6～0.9％的水平，能减少渣中的钒损失，提高钒铁冶炼收率2.2～2.8个百分点。配铝倍数具体取值以(A*4+B*2+C*2)/8＝1为准是为了保证整个冶炼过程的平均配铝量为理论计算的1倍，而传统平均配铝方式的平均配铝量为理论计算的1.4～1.5倍，这样每炉可节约120～150kg金属铝，经济效益明显。

每次出渣量在80％以上是为了尽量将渣倒出，减薄炉内渣层厚度，方便后续炉料的添加以及反应。锭模冷却后得到的钒铁产品铝含量较低，一般在0.5％以下。

实施例1

将满足生产要求的原料氧化钒、铝、铁、石灰混匀后加入到可倾翻式电弧炉中分3期进行冶炼，配铝倍数比例A:B:C＝1.4:0.7:0.5，(A*4+B*2+C*2)/8＝1，第1期原料：片钒(V₂O₅质量含量98.0％)1000kg，V₂O₃3000kg(含钒64.1％)，配铝2446kg，铁2276kg，石灰600kg。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。冶炼通电90min后，快速分析渣中残钒为0.12％，炉内理论渣量4400kg，出渣3550kg；之后加入第2期原料：V₂O₃2000kg(含钒64.5％)，配铝588kg，铁1138kg，石灰300kg；炉料化清后二次电压选用150V，冶炼通电40min后，快速分析渣中残钒为0.46％，炉内理论渣量3100kg，出渣2550kg；之后加入第3期原料：V₂O₃1000kg(含钒64.5％)，片钒(V₂O₅质量含量98.3％)1000kg，配铝451kg，铁1138kg，石灰300kg；炉料化清后二次电压选用150V，冶炼通电40min后，快速分析渣中残钒为2.06％，出炉浇铸，之后随锭模冷却至室温，取合金样分析，铝含量为0.3％，得到的钒铁含钒51.8％，钒收率为97.5％。

本实施例的总耗铝量为3489kg，比传统方法少耗铝150kg。

实施例2

将满足生产要求的原料氧化钒、铝、铁、石灰混匀后加入到可倾翻式电弧炉中分3期进行冶炼，配铝倍数比例A:B:C＝1.25:0.95:0.65，(A*4+B*2+C*2)/8＝1，第1期原料：片钒(V₂O₅质量含量98.2％)1000kg，V₂O₃3000kg(含钒64.2％)，配铝2168kg，铁2282kg，石灰600kg。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。冶炼通电90min后，快速分析渣中残钒为0.25％，炉内理论渣量4400kg，出渣3620kg；之后加入第2期原料：V₂O₃2000kg(含钒64.4％)，配铝778kg，铁1140kg，石灰300kg；炉料化清后二次电压选用150V，冶炼通电40min后，快速分析渣中残钒为0.42％，炉内理论渣量2980kg，出渣2420kg；之后加入第3期原料：V₂O₃1000kg(含钒64.4％)，片钒(V₂O₅质量含量98.5％)1000kg，配铝569kg，铁1140kg，石灰300kg；炉料化清后二次电压选用150V，冶炼通电45min后，快速分析渣中残钒为2.27％，出炉浇铸，之后随锭模冷却至室温，取合金样分析，铝含量为0.4％，得到的钒铁含钒51.6％，钒收率为97.3％。

本实施例的总耗铝量为3568kg，比传统方法少耗铝120kg。

实施例3

将满足生产要求的原料氧化钒、铝、铁、石灰混匀后加入到可倾翻式电弧炉中分3期进行冶炼，配铝倍数比例A:B:C＝1.4:1:0.2，(A*4+B*2+C*2)/8＝1，第1期原料：片钒(V₂O₅质量含量98.2％)1000kg，V₂O₃3000kg(含钒64.8％)，配铝2445kg，铁2272kg，石灰600kg。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。冶炼通电90min后，快速分析渣中残钒为0.15％，炉内理论渣量4400kg，出渣3650kg；之后加入第2期原料：V₂O₃2000kg(含钒64.6％)，配铝852kg，铁1135kg，石灰300kg；炉料化清后二次电压选用150V，冶炼通电40min后，快速分析渣中残钒为0.26％，炉内理论渣量2950kg，出渣2450kg；之后加入第3期原料：V₂O₃1000kg(含钒64.5％)，片钒(V₂O₅质量含量97.9％)1000kg，配铝193kg，铁1138kg，石灰300kg；炉料化清后二次电压选用150V，冶炼通电50min后，快速分析渣中残钒为1.83％，出炉浇铸，之后随锭模冷却至室温，取合金样分析，铝含量为0.25％，得到的钒铁含钒51.2％，钒收率为97.8％。

本实施例的总耗铝量3489kg，比传统方法少耗铝145kg。

实施例4

将满足生产要求的原料氧化钒、铝、铁、石灰混匀后加入到可倾翻式电弧炉中分3期进行冶炼，配铝倍数比例A:B:C＝1.25:0.7:0.8，(A*4+B*2+C*2)/8＝1，第1期原料：片钒(V₂O₅质量含量98.4％)1000kg，V₂O₃3000kg(含钒64.9％)，配铝2160kg，铁525kg，石灰600kg。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。冶炼通电90min后，快速分析渣中残钒为0.31％，炉内理论渣量4400kg，出渣3530kg；之后加入第2期原料：V₂O₃2000kg(含钒64.5％)，配铝608kg，铁260kg，石灰300kg；炉料化清后二次电压选用150V，冶炼通电40min后，快速分析渣中残钒为0.58％，炉内理论渣量3080kg，出渣2480kg；之后加入第3期原料：V₂O₃1000kg(含钒64.5％)，片钒(V₂O₅质量含量98.4％)1000kg，配铝744kg，铁255kg，石灰300kg；炉料化清后二次电压选用150V，冶炼通电40min后，快速分析渣中残钒为2.31％，出炉浇铸，之后随锭模冷却至室温，取合金样分析，铝含量为0.15％，得到的钒铁含钒81.2％，钒收率为97.2％。

本实施例的总耗铝量3489kg，比传统方法少耗铝123kg。

Claims (6)

1.倾翻炉电铝热法制备钒铁的方法，包括以下操作：

将满足生产要求的原料氧化钒、铝、铁、石灰混匀后加入到可倾翻式电弧炉中，采用多期冶炼和阶梯配铝相结合的方法，当渣中钒含量降至一定水平后除去大部分渣，之后进行多期加料和出渣的反复操作，最后一期冶炼时渣铁同出，浇铸到锭模中，冷却后即可得到钒铁合金。

2.根据权利要求1所述的倾翻炉电铝热法制备钒铁的方法，其特征在于：所述倾翻炉容纳钒铁合金液重量为8～10t，出渣时的倾翻角度≤20°，渣铁同出时的倾翻角度≤45°。

3.根据权利要求1所述的倾翻炉电铝热法制备钒铁的方法，其特征在于：所述氧化钒为V₂O₃或V₂O₅中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的倾翻炉电铝热法制备钒铁的方法，其特征在于：所述的采用多期冶炼和阶梯配铝相结合的方法为：将多期冶炼分为3期，每期氧化钒的加料重量比例分别为2︰1︰1；每期的配铝量为该期单位重量氧化钒理论计算值的1.4～0.2倍，并呈阶梯递减状，倍数比例A︰B︰C＝1.4～1.25:1.0～0.7:0.8～0.2，具体取值以(A*4+B*2+C*2)/8＝1为准。

5.根据权利要求1所述的倾翻炉电铝热法制备钒铁的方法，其特征在于：所述当渣中钒含量降至一定水平后除去大部分渣是指：当第1期渣中钒含量降低至0.1％～0.3％时，通过倾翻的方式除去80％以上的贫渣；当第2期渣中钒含量降低至0.3％～0.5％时，通过倾翻的方式除去80％以上的贫渣；当第3期渣中钒含量降低至1.5％～2％时，渣铁同出，浇铸到锭模中，冷却后即可得到钒铁合金。

6.权利要求1～5任一项所述的倾翻炉电铝热法制备钒铁的方法，包括以下操作步骤：

a、将满足生产要求的原料氧化钒、铝、铁、石灰混匀后加入到可倾翻式电弧炉中，第1期冶炼时加入氧化钒2份，配铝量为氧化钒理论计算值的1.4～1.25倍；第1期冶炼至渣中钒含量降低至0.1％～0.3％时，通过倾翻的方式除去80％以上的贫渣；

b、第2期冶炼时加入氧化钒1份，配铝量为氧化钒理论计算值的1.0～0.7倍；第2期冶炼至渣中钒含量降低至0.3％～0.5％时，通过倾翻的方式除去80％以上的贫渣；

c、第3期冶炼时加入氧化钒1份，配铝量为氧化钒理论计算值的0.8～0.2倍；第2期冶炼至渣中钒含量降低至1.5％～2％时，渣铁同出，浇铸到锭模中，冷却后即可得到钒铁合金。