CN105838971B - FeV50合金的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种FeV50合金的制备方法，属于冶金领域。该方法采用硅进行预还原和铝进行精炼还原的两期冶炼工艺，冶炼第一期采用硅铁作为主还原剂的冶炼混合料，进行电硅热还原反应；冶炼第二期采用以金属铝为主还原剂的冶炼混合料，进行电铝热还原反应。该方法不仅保障了较高的钒铁冶炼综合收率，减少了单位还原剂金属铝的使用比例，物耗成本大幅降低；同时，通过硅、铝混合还原的方法得到的低熔点渣系，减少了冶炼过程高温熔体对炉体的侵蚀。

Description

FeV50合金的制备方法
技术领域
本发明属于冶金领域，涉及一种FeV50合金的制备方法。
背景技术
钒铁合金是目前钢铁工业应用最为广泛的钒微合金化中间合金。含钒钢被广泛应用于机械制造、航空航天、建筑路桥等行业，由于钒的加入，钢材的综合性能会得到显著提高。产业化的钒铁合金的制备原理主要是利用还原剂对含钒氧化物及其他含钒原料进行还原，并在高温熔融状态下与铁质熔体互相固溶而得。
根据还原剂的不同其制备方法可分为铝热还原、硅热还原、碳热还原等工艺，部分冶炼过程采用电加热的方式以保障反应过程热量需求，同时促进合金沉降。采用直筒炉一步法或倾翻电炉多期法的铝热还原工艺冶炼周期短，能够制备不同牌号钒铁合金而得到越来越广泛的应用；硅的还原性能较金属铝差，对含钒原料、渣系组成以及产品牌号有一定的要求，同时钒收率相对较低，其应用范围远不如铝热还原工艺；碳热还原制备钒铁合金在热力学上具有可行性，但工程化的工艺及设备要求较为苛刻，目前还并没有实现产业化。虽然铝热还原具有还原能力强、钒收率高等特点，但由于金属铝的价格相对较高，且钒铁产品市场价格波动较大，导致铝热法冶炼钒铁的经济效益得不到有效地保障，使得低成本钒铁合金制备新工艺、新技术的提出及产业化显得尤为重要和紧迫。
专利CN102115821A提供了一种以金属铝为还原剂的两步法冶炼钒铁的方法，通过第一步冶炼的初还原出掉部分渣，然后对初级合金加入部分精炼料进行精炼，得到钒铁合金产品；专利CN201510002957.4提供一种利用大型倾翻炉电铝热法生产钒铁的方法，采用多期冶炼和阶梯配铝相结合的技术，具有操作方便，节约铝耗，提高钒铁的收率的特点。
从上述公开的技术看，目前钒铁合金制备过程主要采用的还原剂为金属铝，冶炼工艺以一步法和两步法为主，技术较为成熟，但是生产低成本与合金高收率的矛盾仍然是一个亟待解决的问题。本技术提出分别采用硅进行预还原和铝进行精炼还原的两段冶炼工艺，不仅提高了单位钒铁的冶炼收率，同时减少了单位钒铁铝耗，降低了生产成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种FeV50合金的制备方法，该方法前期采用硅进行预还原，后期采用铝进行精炼还原，不仅保障了钒铁制备过程较高的钒铁冶炼综合收率，同时还使得单位还原剂成本大幅降低。
该制备方法具体包括以下步骤：
a、电硅热预还原：将原料钒氧化物、硅铁、铁和石灰混合均匀，加入冶炼炉体中，进行第一期电硅热法预还原的电弧冶炼操作，待原料反应完全形成流动性良好的熔池时，停止通电，进行下一阶段操作；实际配硅量为电硅热反应理论化学计量值的0.70～1.05倍；
b、电铝热精炼还原：将钒氧化物、铝、铁和石灰混合均匀，加入到上述熔池中，进行第二期电铝热法精炼还原的电弧冶炼操作，待渣中全钒含量降低到0.8％以下时，冶炼结束；实际配铝量为电铝热反应理论化学计量值的1.0～3.5倍；
c、待冶炼炉体冷却后，拆炉得到成品FeV50合金锭。
其中，上述FeV50合金的制备方法步骤a中钒氧化物和步骤b中钒氧化物的重量比为8︰1～3。
其中，上述FeV50合金的制备方法中，步骤a中所述钒氧化物为五氧化二钒。
其中，上述FeV50合金的制备方法中，步骤b中所述钒氧化物为五氧化二钒或五氧化二钒与三氧化二钒的混合物，混合物中五氧化二钒和三氧化二钒的重量比为1︰1或1︰2。
其中，上述FeV50合金的制备方法中，步骤a中所述钒氧化物、硅铁、铁和石灰的重量比为100︰35～55︰20～50︰15～35。
其中，上述FeV50合金的制备方法中，步骤b中所述钒氧化物、铝、铁和石灰的重量比为100︰40～170︰30～150︰10～20。
其中，上述FeV50合金的制备方法中，步骤a中所述硅铁的牌号为FeSi75Al1.0。
本发明的有益效果为：
(1)、本发明中冶炼第一期采用硅铁还原钒氧化物，由于单位钒铁产品耗硅量及硅铁价格相对于金属铝低，可以极大地降低合金冶炼过程中还原剂的成本；
(2)、本发明中冶炼第二期金属铝在作为铝热反应还原剂的同时，还作为精炼贫渣剂，使得前期较高全钒含量的渣得到较好的贫化，减少了钒在渣中的损失；
(3)、本发明通过硅、铝混合还原钒氧化物的方法，使得冶炼渣系较传统铝热法制备钒铁合金渣系熔点低，从而减少冶炼过程高温熔渣对炉体的侵蚀。
具体实施方式
本发明提供了一种FeV50合金的制备方法，该制备方法具体包括以下步骤：
a、电硅热预还原：将原料钒氧化物、硅铁、铁和石灰混合均匀，加入冶炼炉体中，插入电极进行第一期电硅热法预还原的电弧冶炼操作；加入的钒氧化物为8重量份五氧化二钒，配硅量为电硅热反应理论化学计量值的0.70～1.05倍；待原料反应完全形成流动性良好的熔池时，上拉电极停止通电，进行下一阶段操作；
b、电铝热精炼还原：将钒氧化物、铝、铁和石灰混合均匀，加入到上述预还原结束后的熔池中，插入电极进行第二期电铝热法精炼还原的电弧冶炼操作；加入钒氧化物1～3重量份，其中五氧化二钒与三氧化二钒的重量比为1︰0、1︰1或1︰2，配铝量为氧化钒铝热反应理论化学计量值的1.0～3.5倍；待渣中全钒含量降低到0.80％以下时，冶炼结束；
c、将冶炼结束后的炉体运至沉降区自然冷却，拆炉得到成品FeV50合金锭。
其中，上述FeV50合金的制备方法步骤a中，所述钒氧化物、硅铁、铁和石灰的重量比为100︰35～55︰20～50︰15～35。
其中，上述FeV50合金的制备方法步骤b中，所述钒氧化物、铝、铁和石灰的重量比为100︰40～170︰30～150︰10～20。
其中，上述FeV50合金的制备方法中步骤a中，所述硅铁的牌号为FeSi75Al1.0。冶炼第一期采用硅铁还原钒氧化物，由于单位钒铁产品耗硅量及硅铁价格相对于金属铝低，可以极大地降低还原剂成本。
其中，上述FeV50合金的制备方法中步骤b中，金属铝在作为铝热反应还原剂的同时，还作为精炼贫渣剂，使得前期较高全钒含量的渣得到较好的贫化，减少了钒在渣中的损失。
进一步的，本发明方法通过硅、铝混合还原钒氧化物，使得冶炼渣系较传统铝热法制备钒铁合金渣系熔点低，从而减少冶炼过程高温熔渣对炉体的侵蚀。
其中，上述FeV50合金的制备方法中，步骤a中电极给电功率为6000kwh，通电时间110～135min。
其中，上述FeV50合金的制备方法中，步骤b中电极给电功率为4500～4800kwh，通电时间35～50min。
其中，上述FeV50合金的制备方法中，
所述铁的总用量标准为：
所述铝的总用量标准为：
其中，A、B、C分别为五氧化二钒两期冶炼的总加入量、V2O3的加入量及硅铁(FeSi75Al1.0)的加入量，A1和A2分别是冶炼第一期和第二期加入V2O5量，x为五氧化二钒的品位，y为三氧化二钒的全钒含量。
其中，五氧化二钒的品位在96.0％以上，三氧化二钒的全钒含量在63.0％以上。
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
将原料钒氧化物、铁粒、石灰分别和硅铁(FeSi75Al1.0)及金属铝豆混匀后，分两期加入到冶炼炉体中，插入电极进行电弧冶炼操作。第一期电硅热法预还原冶炼时加入纯度为98.5％的片状五氧化二钒8000kg、硅铁2900kg(配硅系数为0.72)、铁粒3000kg、石灰1200kg，通电引弧，电极给电功率6000kwh，通电时间132min，炉料反应完全，形成流动性较好的熔渣时起弧；然后加入第二期原料，第二期电硅热精炼还原冶炼时加入纯度为98.5％的片状五氧化二钒1000kg、金属铝豆1650kg(配铝系数为3.4)、铁粒1250kg、石灰150kg。插入电极，电极给电功率4500kwh，通电35min，渣中全钒含量为0.65％时起弧，停止通电。
将冶炼结束后的炉体运至沉降区自然冷却，拆炉得到成品FeV50合金，合金中钒、硅、铝的质量含量分别为51.1％，0.8％和0.5％，钒收率为96.9％。
本实施例若全部采用铝热还原反应理论铝耗为4385kg，而本实施中还原剂硅铁消耗为2900kg，铝耗为1650kg，相比全部采用铝热还原反应理论，铝耗减少2735kg。
实施例2
将原料氧化钒、铁粒、石灰分别和硅铁(FeSi75Al1.0)及金属铝豆混匀后，分两期加入到冶炼炉体中，插入电极进行电弧冶炼操作。第一期电硅热法预还原冶炼时加入纯度为98.5％片状五氧化二钒8000kg、硅铁3300kg(配硅系数为0.82)、铁粒3500kg、石灰1600kg，通电引弧，电极给电功率6000kwh，通电时间119min，炉料反应完全，形成流动性较好的熔渣时起弧；然后加入第二期原料，第二期电硅热精炼还原冶炼时加入纯度为98.5％的片状五氧化二钒1000kg，全钒含量为64.5％的三氧化二钒1000kg、金属铝豆1700kg(配铝系数为1.9)、铁粒1300kg、石灰400kg。插入电极，电极给电功率4500kwh，通电42min，渣中全钒含量为0.75％时起弧，停止通电。
将冶炼结束后的炉体运至沉降区自然冷却，拆炉得到成品FeV50合金，合金中钒、硅、铝的质量含量分别为50.8％，0.8％和0.7％，钒收率为96.3％。
本实施例若全部采用铝热还原反应理论铝耗为4785kg，而本实施中还原剂硅铁消耗为3300kg，铝耗为1700kg，相比全部采用铝热还原反应理论，铝耗减少3085kg。
实施例3
将原料氧化钒、铁粒、石灰分别和硅铁(FeSi75Al1.0)及金属铝豆混匀后，分两期加入到冶炼炉体中，插入电极进行电弧冶炼操作。第一期电硅热法预还原冶炼时加入纯度为98.0％的片状五氧化二钒8000kg、硅铁3750kg(配硅系数为0.93)、铁粒3500kg，石灰2000kg，通电引弧，电极给电功率6000kwh，通电时间120min，炉料反应完全，形成流动性较好的熔渣时起弧；然后加入第二期原料，第二期电硅热精炼还原冶炼时加入纯度为98.0％的五氧化二钒1000kg、三氧化二钒2000kg(全钒含量为64.5％)、金属铝豆1600kg(配铝系数为1.25)、铁粒1850kg，石灰750kg。插入电极，电极给电功率4800kwh，通电47min，渣中全钒含量为0.78％时起弧，停止通电。
将冶炼结束后的炉体运至沉降区自然冷却，拆炉得到成品FeV50合金，合金中钒、硅、铝的质量含量分别为51.0％，0.8％和0.4％，钒收率为95.9％。
本实施例若全部采用铝热还原反应理论铝耗为5185kg，而本实施中还原剂硅铁消耗3750kg，铝耗1600kg，相比全部采用铝热还原反应理论，铝耗减少3585kg。
实施例4
将原料氧化钒、铁粒、石灰分别和硅铁(FeSi75Al1.0)及金属铝豆混匀后，分两期加入到冶炼炉体中，插入电极进行电弧冶炼操作。第一期电硅热法预还原冶炼时加入五氧化二钒(质量含量98.5％)8000kg，硅铁4000kg(配硅系数为0.99)，铁粒3500kg，石灰2000kg，通电引弧，电极给电功率6000kwh，通电时间115min，炉料反应完全，形成流动性较好的熔渣时起弧；然后加入第二期原料，第二期电硅热精炼还原冶炼时加入五氧化二钒1000kg，三氧化二钒2000kg(全钒含量为64.0％)，金属铝豆1440kg(配铝系数为1.12)，铁粒1850kg，石灰750kg。插入电极，电极给电功率4800kwh，通电40min，渣中全钒含量为0.72％时起弧，停止通电。
将冶炼结束后的炉体运至沉降区自然冷却，拆炉得到成品FeV50合金，合金中钒、硅、铝的质量含量分别为50.6％，1.2％和0.4％，钒收率为96.5％。
本实施例若全部采用铝热还原反应理论铝耗为5185kg，而本实施中还原剂硅铁消耗4000kg，铝耗1440kg，相比全部采用铝热还原反应理论，铝耗减少3745kg。
实施例5
将满足生产要求的原料氧化钒、铁粒、石灰分别和硅铁(FeSi75Al1.0)及金属铝豆混匀后，分两期加入到冶炼炉体中，插入电极进行电弧冶炼操作。第一期电硅热法预还原冶炼时加入片状五氧化二钒(质量含量98.5％)8000kg，硅铁4000kg(配硅系数为0.99)，铁粒3500kg，石灰2000kg，通电引弧，电极给电功率6000kwh，通电时间115min，炉料反应完全，形成流动性较好的熔渣时起弧；然后加入第二期原料，第二期电硅热精炼还原冶炼时加入五片状五氧化二钒(质量含量98.5％)2000kg，金属铝豆1125kg(配铝系数为1.2)，铁粒1850kg，石灰750kg。插入电极，电极给电功率4500kwh，通电38min，渣中全钒含量为0.60％时起弧，停止通电。
将冶炼结束后的炉体运至沉降区自然冷却，拆炉得到成品FeV50合金，合金中钒、硅、铝的质量含量分别为51.6％，1.0％和0.3％，钒收率为97.2％。
本实施例若全部采用铝热还原反应理论铝耗为4870kg，而本实施例中还原剂硅铁消耗4000kg，铝耗1125kg，相比全部采用铝热还原反应理论，铝耗减少3745kg。

Claims (7)

1.FeV50合金的制备方法，其特征在于，该制备方法具体包括以下步骤：
a、电硅热预还原：将原料钒氧化物、硅铁、铁和石灰混合均匀，加入冶炼炉体中，进行第一期电硅热法预还原的电弧冶炼操作，待原料反应完全形成流动性良好的熔池时，停止通电，进行下一阶段操作；配硅量为电硅热反应理论化学计量值的0.70～1.05倍；
b、电铝热精炼还原：将钒氧化物、铝、铁和石灰混合均匀，加入到上述熔池中，进行第二期电铝热法精炼还原的电弧冶炼操作，待渣中全钒含量降低到0.8％以下时，冶炼结束；配铝量为电铝热反应理论化学计量值的1.0～3.5倍；
c、待冶炼炉体冷却后，拆炉得到成品FeV50合金锭。
2.根据权利要求1所述的FeV50合金的制备方法，其特征在于，步骤a中钒氧化物和步骤b中钒氧化物的重量比为8︰1～3。
3.根据权利要求1或2所述的FeV50合金的制备方法，其特征在于，步骤a中所述钒氧化物为五氧化二钒。
4.根据权利要求1～3任一项所述的FeV50合金的制备方法，其特征在于，步骤b中所述钒氧化物为五氧化二钒或五氧化二钒与三氧化二钒的混合物，混合物中五氧化二钒和三氧化二钒的重量比为1︰1或1︰2。
5.根据权利要求1～4任一项所述的FeV50合金的制备方法，其特征在于，步骤a中所述钒氧化物、硅铁、铁和石灰的重量比为100︰35～55︰20～50︰15～35。
6.根据权利要求1～5任一项所述的FeV50合金的制备方法，其特征在于，步骤b中所述钒氧化物、铝、铁和石灰的重量比为100︰40～170︰30～150︰10～20。
7.根据权利要求1～6任一项所述的FeV50合金的制备方法，其特征在于，步骤a中所述硅铁的牌号为FeSi75Al1.0。
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