CN106011601B - 冶炼钒铁的炉外精炼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于冶金领域，具体涉及一种冶炼钒铁合金的炉外精炼方法。针对现有多期法钒铁冶炼方法冶炼末期渣中钒含量高、电耗高、电炉炉体侵蚀严重等问题，本发明的目的在于提供一种冶炼钒铁的炉外精炼方法，该方法包括两期电炉冶炼，冶炼完成后将出渣后的初级熔融合金浇铸于装有精炼料的锭模中混合反应，进行炉外精炼。该方法不仅能够大幅降低单炉通电时间，减少冶炼电炉的炉衬侵蚀，同时延长了合金沉降时间，有利于合金收率的提高，具有显著的社会经济效益。

Description

冶炼钒铁的炉外精炼方法
技术领域
本发明属于冶金领域，具体涉及一种冶炼钒铁的炉外精炼方法。
背景技术
含钒钢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。作为目前钢铁工业应用最为广泛的钒微合金化中间合金，传统的钒铁合金冶炼主要是以钒氧化物为原料的直筒炉一步法钒铁冶炼工艺，其主要技术思路是利用铝或硅等强还原剂与钒氧化物按照一定比例混合后加入到冶炼炉中进行热还原反应，反应生成的金属钒迅速与熔融金属铁固溶沉降，待渣金分离并冷却后，得到成分合格的钒铁合金。为了满足冶炼过程的热量需求以及降低渣中钒损，在传统工艺的基础上会采用电极加热、喷吹精炼等一些其他技术手段。此方法具有工艺简单、技术难度低的优点，但也具有冶炼过程控制手段不足，部分炉次钒收率不高，以及合金成分波动较大等缺点。随着钒铁冶炼工艺技术的快速发展，一种全新的多期法钒铁冶炼工艺逐渐得到推广，该工艺通过多次加料和多次出渣的操作，有效改善冶炼过程传质动力学条件，提高单位钒铁生产效率，同时具有较强的工艺控制能力，通过不同期次配铝量的调整，大幅降低前期渣中钒含量，减少渣中钒损。
专利CN 101724752A提供了一种中钒铁的冶炼方法：将V2O3、铝、石灰及铁混合作为底料进行冶炼，反应平稳后加入由V2O5、V2O3、铝、石灰、萤石及铁组成的主料进行精炼。该发明充分利用了反应热，降低了炉渣粘度，但该方法与传统工艺相比在钒收率方面并不具有明显优势，且萤石的加入会加速炉衬侵蚀。
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，该工艺过程控制能力较强，但钒收率与传统工艺差距不大。
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，钒铁收率高的特点，但是该方法钒铁冶炼末期渣中钒含量控制手段与直筒炉冶炼工艺没有明显的改善。
从上述公开的技术看，无论是一步法或多期法冶炼钒铁的工艺技术已经较为成熟，多期法钒收率较一步法冶炼工艺有一定的提高，但冶炼末期渣中钒含量与传统一步法钒铁冶炼工艺相差不大；同时多期法对连续冶炼的电炉炉体侵蚀较为严重，单位电耗相对较高。
发明内容
针对现有多期法钒铁冶炼方法冶炼末期渣中钒含量高、电耗高、电炉炉体侵蚀严重等问题，本发明的目的在于提供一种冶炼钒铁的炉外精炼方法，该方法能够很好地降低末期渣中钒含量，同时降低单位钒铁电耗，减少电炉侵蚀。
本发明提供一种冶炼钒铁的炉外精炼方法，包括以下步骤：
a、第一期炉内冶炼
将钒氧化物、铝粒、铁粒和石灰混匀加入电炉中，进行第一期炉内电铝热法冶炼，当冶炼渣中钒含量降低到0.1～0.5％后，通过出渣口除去85％以上的渣；
b、第二期炉内冶炼
第一期炉内冶炼出渣完成后，加入钒氧化物、铝粒、铁粒和石灰，进行第二期炉内电铝热法冶炼，当冶炼渣中钒含量降低到0.3～0.8％后，通过出渣口除去85％以上的渣；
c、待步骤b出渣完成后，插入电极对步骤b中出渣后的熔融初级合金进行电极加热，加热5～10min后将其倾倒于预先装有钒氧化物、铝粒、石灰混合物的浇铸锭模中进行炉外精炼，待渣中全钒含量＜1.50％时，自然冷却，制得钒铁合金。
其中，上述冶炼钒铁的炉外精炼方法中，步骤a中所述的电炉优选为倾翻电炉，更优选的，单炉合金设计产能为10吨。
其中，上述冶炼钒铁的炉外精炼方法中，所述的钒氧化物为V2O5或V2O3中的至少一种；优选的，当所述钒氧化物为V2O5时，V2O5的纯度≥96％，当所述钒氧化物为V2O3时，V2O3的全钒含量≥62％。
其中，上述冶炼钒铁的炉外精炼方法中，所述的铝粒纯度为≥96％；所述的铁粒纯度为≥98％。
其中，上述冶炼钒铁的炉外精炼方法中，步骤a中钒氧化物、步骤b中钒氧化物、步骤c中钒氧化物的重量比为8﹕5～7﹕1～3。
其中，上述冶炼钒铁的炉外精炼方法中，步骤a、b、c中总共加入的钒氧化物总量与铝粒总量、铁粒总量、石灰总量的重量比为100﹕0～70﹕0～90﹕10～30。
其中，上述冶炼钒铁的炉外精炼方法中，步骤a中加入的钒氧化物与铝粒、铁粒、石灰的重量比为100﹕40～70﹕35～60﹕10～30。
其中，上述冶炼钒铁的炉外精炼方法中，步骤b中加入的钒氧化物与铝粒、铁粒、石灰的重量比为100﹕35～45﹕50～90﹕10～30。
其中，上述冶炼钒铁的炉外精炼方法中，步骤c中加入的钒氧化物与铝粒、铁粒、石灰的重量比为100﹕0～50﹕0～50﹕10～30。
其中，上述冶炼钒铁的炉外精炼方法中，步骤c中所述原料占总冶炼原料的重量比为1～3﹕14～18。
其中，上述冶炼钒铁的炉外精炼方法中，步骤c中所述电极加热功率为350～650kwh/吨钒铁。
其中，上述冶炼钒铁的炉外精炼方法中，步骤c中所述的冷却时间为16～48小时，冷却至温度＜800℃。
其中，上述冶炼钒铁的炉外精炼方法中，步骤c中浇铸锭模为合金冶炼中使用的普通锭模。
本发明的有益效果为：本发明通过对冶炼末期混合料采用炉外精练的操作方法，将冶炼末期需要加入的原料混匀后均匀的平铺于浇铸锭模底部，在前期冶炼完成的基础上，直接将出渣后的熔融初级合金浇铸于装有原料的锭模中并与固态原料进行充分混合及反应。该方法不仅能够大幅降低单炉通电时间，减少冶炼电炉的炉衬侵蚀，同时省去了末期浇铸出炉渣金混溶的过程，延长了合金沉降时间，有利于合金收率的提高，具有显著的社会经济效益。
具体实施方式
本发明提供一种冶炼钒铁的炉外精炼方法，包括以下步骤：
a、第一期炉内冶炼
将钒氧化物、铝粒、铁粒和石灰混匀加入电炉中，进行第一期炉内电铝热法冶炼，当冶炼渣中钒含量降低到0.1～0.5％后，通过出渣口除去85％以上的渣；
b、第二期炉内冶炼
第一期炉内冶炼出渣完成后，加入钒氧化物、铝粒、铁粒和石灰，进行第二期炉内电铝热法冶炼，当冶炼渣中钒含量降低到0.3～0.8％后，通过出渣口除去85％以上的渣；
c、待步骤b出渣完成后，插入电极对步骤b中出渣后的熔融初级合金进行电极加热，加热5～10min后将其倾倒于预先装有钒氧化物、铝粒、石灰混合物的浇铸锭模中进行炉外精炼，待渣中全钒含量＜1.50％时，自然冷却，制得钒铁合金。
其中，上述冶炼钒铁的炉外精炼方法中，所述的钒氧化物为V2O5或V2O3中的至少一种。
原料的纯度会直接影响到制备的钒铁合金的质量。原料纯度太低时，过多的杂质会对冶炼原料配比、冶炼过程通电制度以及合金成分指标等产生影响，为了降低能耗、减少炉衬侵蚀，本发明中的V2O5的纯度≥96％，铝粒纯度≥96％，铁粒纯度≥98％；由于V2O3是钒的低价氧化物，存放过程中会存在部分氧化变为高价氧化物的可能，通过实测全钒含量进行对应的铝粒添加效果更好，更贴近实际，本发明中V2O3的全钒含量≥62％时，制备钒铁合金更好。
本发明采用三期冶炼工艺，第一期第二期在电炉内进行，第三期在炉外锭模中进行，通过不同加料周期原料配比不同、尤其是配铝量不同的方式，来降低炉内冶炼两期渣中钒损。
其中，上述冶炼钒铁的炉外精炼方法中，步骤a中钒氧化物、步骤b中钒氧化物、步骤c中钒氧化物的重量比为8﹕5～7﹕1～3。
原料的总加入量主要影响合金成分，如果加入量出现偏差可能会导致合金成分不合格，或者冶炼过程渣中钒含量控制不到位，本发明中步骤a、b、c中总共加入的钒氧化物总量与铝粒总量、铁粒总量、石灰总量的重量比为100﹕0～70﹕0～90﹕10～30。
其中，上述冶炼钒铁的炉外精炼方法中，每一期加入的铝粒含量都跟加入的钒氧化物含量相关，步骤a中加入的铝粒重量为步骤a中钒氧化物理论铝耗量的1.0～1.4倍，步骤b中加入的铝粒重量为步骤a中钒氧化物理论铝耗量的0.9～1.1倍，步骤c中配铝量为该期氧化钒理论铝耗量的0～1.0倍。
其中，上述冶炼钒铁的炉外精炼方法中，步骤a中加入的钒氧化物与铝粒、铁粒、石灰的重量比为100﹕40～70﹕35～60﹕10～30。
其中，上述冶炼钒铁的炉外精炼方法中，步骤b中加入的钒氧化物与铝粒、铁粒、石灰的重量比为100﹕35～45﹕50～90﹕10～30。
其中，上述冶炼钒铁的炉外精炼方法中，步骤c中加入的钒氧化物与铝粒、铁粒、石灰的重量比为100﹕0～50﹕0～50﹕10～30。
优选的，上述冶炼钒铁的炉外精炼方法中，冶炼系统铝粒及铁粒总加入量以式(1)和式(2)为基准。
其中，MAl和MFe为单炉冶炼总铝耗和铁粒加入量；A和B分别为单炉冶炼添加的V2O5和V2O3重量；x和y分别为V2O5的纯度和V2O3全钒含量。
为了降低末期精炼渣的产生量，最后炉外精炼原料占总原料比重相对较小，步骤c中所述原料占总冶炼原料的重量比为1～3﹕14～18。
功率主要影响合金浇铸炉外精炼之前的初始温度，间接影响精炼的贫渣，以及合金的有效沉降，从而减少钒在渣中的损失。为了降低渣中钒损，步骤c中所述电极加热功率为350～650kwh/吨钒铁。
其中，上述冶炼钒铁的炉外精炼方法中，步骤a中所述的电炉优选为倾翻电炉，更优选的，单炉合金设计产能为10吨；步骤c中浇铸锭模为合金冶炼中使用的普通锭模。
本技术主要是在多期钒铁冶炼的基础之上，通过对冶炼各期原料配铝量进行调整，使得前两期渣中钒含量降低到较低水平，并且为后期初级合金中过剩铝的脱除精炼提供了思路。同时，将冶炼最后一期从炉内转移到炉外，并省去精炼期的电加热措施，通过高价钒氧化物反应自供热的方式，及浇铸过程合金混熔促进渣金反应的方式，有利于合金沉降，单位电耗降低及延长电炉使用寿命。
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 用本发明技术方案制备钒铁合金
炉内冶炼第一期冶炼原料包括纯度为98.0％的V2O5 4000kg，纯度为99.7％的铝粒2570kg，纯度为99.9％的铁粒2200kg，石灰600kg，混匀后通电，进行炉内第一期电弧冶炼操作，电极给电功率3500kwh，通电时间89min，渣中全钒含量为0.21％时起弧出渣，出渣渣量4500kg；然后进行炉内第二期冶炼，原料包括纯度为98.0％的V2O5 3000kg，纯度为99.7％的铝粒1380kg，纯度为99.9％的铁粒2000kg，石灰450kg，混匀后通电，电极给电功率4500kwh，通电时间42min，渣中全钒含量为0.34％时起弧出渣，出渣渣量为3700kg；继续通电10min后将炉内渣金熔体倒入装好第三期原料的锭模中，进行炉外精炼操作，锭模中原料为98.0％纯度的V2O5 1000kg、纯度为99.7％的铝粒200kg、铁粒0kg，石灰150kg精炼时间37min，静置后测得渣中全钒含量为1.21％，冶炼结束。
冷却拆炉后合金钒、铝含量分别为51.3％和0.5％，钒收率为97.9％，较传统工艺提高约1.9％。
本实施例累计冶炼时间178min，其中通电时间141min，较传统工艺减少39min；精炼渣中全钒含量为1.21％，较传统工艺降低约0.3％。
实施例2 用本发明技术方案制备钒铁合金
炉内冶炼第一期冶炼原料包括纯度为98.5％的V2O5 4000kg，纯度为99.7％的铝粒2550kg，纯度为99.9％的铁粒2200kg，石灰800kg，混匀后通电，进行炉内第一期电弧冶炼操作，电极给电功率3500kwh，通电时间85min，渣中全钒含量为0.23％时起弧出渣，出渣渣量4500kg；然后进行炉内第二期冶炼，原料包括纯度为98.5％的V2O5 3000kg，纯度为99.7％的铝粒1350kg，纯度为99.9％的铁粒2230kg，石灰600kg，混匀后通电，电极给电功率3500kwh，通电时间45min，渣中全钒含量为0.34％时起弧出渣，出渣渣量为3700kg；继续通电8min后，将炉内渣金熔体倒入装好第三期原料的锭模中，进行炉外精炼操作，锭模中原料为98.5％纯度的V2O5 500kg，铝粒0kg，铁粒0kg，石灰100kg，精炼时间28min，静置后测得渣中全钒含量为1.15％，冶炼结束。
冷却拆炉后合金钒、铝含量分别为50.9％和0.5％，钒收率为97.9％，较传统工艺提高约1.9％。
本实施例累计冶炼时间166min，其中通电时间138min，较传统工艺减少42min；精炼渣中全钒含量为1.15％，较传统工艺降低约0.35％。
实施例3 用本发明技术方案制备钒铁合金
炉内冶炼第一期冶炼原料包括纯度为98.5％的V2O5 2000kg，全钒含量为64.5％的V2O3 2000kg，99.7％的铝粒2230kg，纯度为99.9％的铁粒2350kg，石灰800kg，混匀后通电，进行炉内第一期电弧冶炼操作，电极给电功率4500kwh，通电时间90min，渣中全钒含量为0.25％时起弧出渣，出渣渣量4300kg；然后进行炉内第二期冶炼，原料包括全钒含量为64.5％的V2O33000kg，纯度为99.7％的铝粒1150kg，纯度为99.9％的铁粒2250kg，石灰600kg，混匀后通电，电极给电功率4500kwh，通电时间47min，渣中全钒含量为0.34％时起弧出渣，出渣渣量为3500kg；继续通电10min后，将炉内渣金熔体倒入装好第三期原料的锭模中，进行炉外精炼操作，锭模中原料为全钒含量为64.5％的V2O3 1000kg，纯度为99.7％的铝粒160kg、铁粒0kg，石灰200kg,，精炼时间35min，静置后测得渣中全钒含量为1.45％，冶炼结束。
冷却拆炉后合金钒、铝含量分别为50.8％和0.7％，钒收率为97.1％，较传统工艺提高约1.1％。
本实施例累计冶炼时间182min，其中通电时间147min，较传统工艺减少33min；精炼渣中全钒含量为1.45％，传统工艺降低差别不大。
实施例4 用本发明技术方案制备钒铁合金
包括纯度为98.0％的V2O5 1000kg，全钒含量为64.5％的V2O3 3000kg，99.7％的铝粒2020kg，纯度为99.9％的铁粒2450kg，石灰800kg，混匀后通电，进行炉内第一期电弧冶炼操作，电极给电功率5000kwh，通电时间90min，渣中全钒含量为0.22％时起弧出渣，出渣渣量4300kg；然后进行炉内第二期冶炼，原料包括纯度为98.0％的V2O5 1000kg，全钒含量为64.5％的V2O32000kg，纯度为99.7％的铝粒1290kg，纯度为99.9％的铁粒2720kg，石灰600kg，混匀后通电，电极给电功率5000kwh，通电时间39min，渣中全钒含量为0.40％时起弧出渣，出渣渣量为3500kg；继续通电10min后，将炉内渣金熔体倒入装好第三期原料的锭模中，进行炉外精炼操作，锭模中原料为全钒含量为64.5％的V2O3 1500kg，纯度为99.7％的铝粒600kg、铁粒0kg，石灰200kg，精炼时间50min，静置后测得渣中全钒含量为1.32％，冶炼结束。
冷却拆炉后合金钒、铝含量分别为51.7％和0.4％，钒收率为97.5％，较传统工艺提高约1.5％。
本实施例累计冶炼时间189min，其中通电时间139min，较传统工艺减少41min；精炼渣中全钒含量为1.32％，较传统工艺降低约0.2％。
实施例5 用本发明技术方案制备钒铁合金
炉内冶炼第一期冶炼原料包括纯度为98.0％的V2O5 1000kg，全钒含量为64.5％的V2O3 3000kg，纯度为99.7％的铝粒1855kg，纯度为99.9％的铁粒2200kg，石灰1000kg，混匀后通电，进行炉内第一期电弧冶炼操作，电极给电功率5000kwh，通电时间98min，渣中全钒含量为0.47％时起弧出渣，出渣渣量4500kg；然后进行炉内第二期冶炼，原料包括纯度为98.0％的V2O5 3000kg，纯度为99.7％的铝粒1200kg，纯度为99.9％的铁粒2000kg，石灰750kg，混匀后通电，电极给电功率5500kwh，通电时间40min，渣中全钒含量为0.68％时起弧出渣，出渣渣量为3700kg；继续通电10min后将炉内渣金熔体倒入装好第三期原料的锭模中，进行炉外精炼操作，锭模中原料为98.0％纯度的V2O5 1000kg、纯度为99.7％的铝粒400kg、铁粒0kg，石灰250kg，精炼时间45min，静置后测得渣中全钒含量为1.51％，冶炼结束。
冷却拆炉后合金钒、铝含量分别为51.5％和0.9％，钒收率为96.5％，较传统工艺提高约0.5％。
本实施例累计冶炼时间193min，其中通电时间148min，较传统工艺减少32min；精炼渣中全钒含量为1.51％，较传统工艺降低相差不大。
对比例6 不使用炉外精炼制备钒铁合金
进行三期炉内冶炼，第一期冶炼原料包括纯度为98.0％的V2O5 1000kg，全钒含量为64.5％的V2O3 3000kg，纯度为99.7％的铝粒1855kg，纯度为99.9％的铁粒2200kg，石灰1000kg，混匀后通电，进行第一期电弧冶炼操作，电极给电功率5000kwh，通电时间95min，渣中全钒含量为0.53％时起弧出渣，出渣渣量4500kg；然后进行第二期冶炼，原料包括纯度为98.0％的V2O5 3000kg，纯度为99.7％的铝粒1200kg，纯度为99.9％的铁粒1500kg，石灰750kg，混匀后通电，电极给电功率5500kwh，通电时间45min，渣中全钒含量为0.87％时起弧出渣，出渣渣量为3700kg；最后进行第三期冶炼，原料为98.0％纯度的V2O5 1000kg、纯度为99.7％的铝粒400kg、纯度为99.9％的铁粒500kg，石灰200kg，通电时间40min，静置后测得渣中全钒含量为1.68％，冶炼结束。
本实施例累计冶炼时间180min，其中通电时间180min，冷却拆炉后合金钒、铝含量分别为50.5％和1.1％，钒收率为96.0％。
由试验结果可知，本发明采用两次炉内冶炼结合一次炉外精炼的方法，减少了通电时间，从而节约了能耗；精炼渣中全钒含量较传统工艺略微降低，有效的降低了渣中钒损，钒收率较传统工艺有所提高；同时，本发明还能减少炉内侵蚀，保护炉衬，具有显著的经济效益。

Claims (6)

1.一种冶炼钒铁的炉外精炼方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、第一期炉内冶炼
将钒氧化物、铝粒、铁粒和石灰混匀加入电炉中，进行第一期炉内电铝热法冶炼，当冶炼渣中钒含量降低到0.1～0.5％后，通过出渣口除去85％以上的渣；步骤a中加入的钒氧化物与铝粒、铁粒、石灰的重量比为100﹕40～70﹕35～60﹕10～30；
b、第二期炉内冶炼
第一期炉内冶炼出渣完成后，加入钒氧化物、铝粒、铁粒和石灰，进行第二期炉内电铝热法冶炼，当冶炼渣中钒含量降低到0.3～0.8％后，通过出渣口除去85％以上的渣；步骤b中加入的钒氧化物与铝粒、铁粒、石灰的重量比为100﹕35～45﹕50～90﹕10～30；
c、待步骤b出渣完成后，插入电极对步骤b中出渣后的熔融初级合金进行电极加热，加热5～10min后将其倾倒于预先装有钒氧化物、铝粒、铁粒、石灰混合物的浇铸锭模中进行炉外精炼，待渣中全钒含量＜1.50％时，自然冷却，制得钒铁合金；步骤c中加入的钒氧化物与铝粒、铁粒、石灰的重量比为100﹕0～50﹕0～50﹕10～30。
2.根据权利要求1所述的冶炼钒铁的炉外精炼方法，其特征在于：所述的钒氧化物为V2O5或V2O3中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的冶炼钒铁的炉外精炼方法，其特征在于：当所述钒氧化物为V2O5时，V2O5的纯度≥96％，当所述钒氧化物为V2O3时，V2O3的全钒含量≥62％。
4.根据权利要求1所述的冶炼钒铁的炉外精炼方法，其特征在于：所述的铝粒纯度为≥96％，所述的铁粒纯度为≥98％。
5.根据权利要求1所述的冶炼钒铁的炉外精炼方法，其特征在于：步骤a中钒氧化物、步骤b中钒氧化物、步骤c中钒氧化物的重量比为8﹕5～7﹕1～3。
6.根据权利要求1所述的冶炼钒铁的炉外精炼方法，其特征在于：步骤a、b、c中总共加入的钒氧化物总量与铝粒总量、铁粒总量、石灰总量的重量比为100﹕0～70﹕0～90﹕10～30。
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