CN106282564A - 一种冶炼钒铁合金中的喷吹精炼方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于冶金领域，涉及一种冶炼钒铁合金中的喷吹精炼方法。本发明解决技术问题的技术方案为：a、将配料混合后的含V2O5及V2O3冶炼原料分批加入冶炼炉内，通电冶炼；b、冶炼结束后进行喷吹；其中，喷吹料为铝粉和钒铁细粉的混合料；c、喷吹结束后继续通电精炼。本发明方法可以提高喷吹效率、降低钒铁冶炼渣中钒含量、提高冶炼钒收率。
Description
技术领域
本发明属于冶金领域，涉及一种冶炼钒铁合金中的喷吹精炼方法。
背景技术
钒铁主要作为合金添加剂应用于炼钢，在钢水结晶过程中，钒铁中的金属钒形成的碳氮化钒首先析出，通过诱导强化结晶过程，进而起到细化钢材晶粒、提高其耐磨性及强度等作用。目前，钒铁冶炼工艺方法较多，根据其冶炼钒原料的不同可分为铝热法、电铝热法，根据其冶炼设备的不同可分为直筒炉、倾翻炉冶炼，根据冶炼工艺过程不同可将其划分为一步法、两步法、多期法等。其中，采用一定比例的V2O5及V2O3两种物料为原料，电铝热冶炼加喷吹精炼两步法冶炼钒铁工艺，集合了上述冶炼工艺的多种优点，不仅能在一定程度上节约冶炼铝耗，而且冶炼过程中可以通过调节通电功率实现对冶炼过程的精确控制。同时，精炼前进行喷吹可使渣层中的钒含量大幅降低、冶炼收率提高。
目前，钒铁的喷吹精炼工艺过程大致为：前段加料、通电冶炼过程结束后，通过喷吹流态化装置，将铝粉等物料通过喷吹气流导入至钒铁冶炼渣层，通过铝粉与渣层中未完全还原的钒氧化合物发生氧化还原反应，生成的单质钒微粒发生聚集长大到一定程度，并在重力作用下沉降至下层的合金液中，进而使渣层中的钒含量降低、冶炼钒收率提高。但是，该工艺过程主要存在两方面的问题：(1)由于喷吹过程的氧化还原反应剧烈放热，同时喷吹气流在熔渣层中形成强烈搅拌，导致喷吹过程熔渣喷溅严重，喷溅的熔渣回收困难，使整个冶炼过程钒收率降低，同时喷溅的熔渣温度极高，容易烧坏炉体下端电路装置，往往需要花费大量检修时间，降低了生产效率；(2)通过喷吹后渣层中新生成的金属钒通常为数微米的液球，尺寸效应使新生成的合金微球聚集长大过程变缓，最终导致喷吹效率降低，精炼完毕后冶炼渣中钒含量偏高、冶炼钒收率降低。在后续钒铁合金破碎过程中，会产生大量钒铁细粉(粒度≤5mm)，对其进行高效回用具有重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是钒铁喷吹精炼过程中熔渣喷溅严重、喷吹效率及冶炼钒收率低的问题。本发明以一定比例的铝粉及钒铁细粉混合物为喷吹物料，利用钒铁细粉作为吸热剂，在喷吹过程中吸收反应多余热量，减缓熔渣喷溅程度；同时，钒铁细粉在渣层中熔融后形成均匀分布的合金液球，可以充当捕集剂，诱导渣层中新生成的单质钒向其聚集长大，最终形成较大尺寸的合金球并快速沉降至下层合金液中。本发明方法可提高钒铁喷吹精炼效率，降低渣中钒含量、提高冶炼钒收率，同时达到了对钒铁细粉的有效回收利用。
本发明所要解决的技术问题是提供一种冶炼钒铁合金中的喷吹精炼方法。该方法包括以下步骤：
a、对通电冶炼结束后的物料进行喷吹，喷吹料为铝粉和钒铁细粉的混合料；所述的钒铁细粉为电铝热法制备钒铁合金过程中，破碎钒铁合金时产生的粒度在5mm以下的钒铁碎合金；
b、喷吹结束后进行通电精炼。
优选的，上述方法步骤a中，所述喷吹料中钒铁细粉与铝粉的质量比为0.5～0.7。
优选的，上述方法步骤a中，所述喷吹料中铝粉质量为冶炼过程中总铝量的3～5％。优选的，上述方法步骤a中，所述铝粉的粒度分布为0＜粒度≤300um 60～80％、300um＜粒度≤500um 20～40％。
优选的，上述方法步骤a中，所述钒铁细粉的粒度分布为0＜粒度≤300um 60～80％、300um＜粒度≤500um 20～40％。
本发明方法通过在喷吹物料中加入一定比例的钒铁细粉，在喷吹反应过程中钒铁细粉充当冷却剂吸收反应多余热量、减缓熔渣喷溅，同时熔融后的钒铁合金液滴在渣层中诱导新生成的单质钒微球聚集长大最后沉降至底部的合金液层。通过本发明方法不仅可以提高钒铁喷吹过程的安全可控性，而且可以提高喷吹效率、降低钒铁冶炼渣中钒含量、提高冶炼钒收率；该方法操作简便、效果明显，对钒铁合金细粉达到了有效利用，具有较强的经济性，在钒铁合金制备领域具有广阔的应用前景。
具体实施方式
一种冶炼钒铁合金中喷吹精炼的方法，包括以下步骤：
a、首先将钒铁细粉按照粒度要求进行筛分选择，并与铝粉在混料机中混合均匀，混合后的喷吹料粉在冶炼前首先加入至喷吹料罐内备用；所述喷吹料中钒铁细粉与铝粉的质量比为0.5～0.7；所述喷吹料中铝粉质量为冶炼过程中总铝量的3～5％；所述的钒铁细粉为电铝热法制备钒铁合金过程中，破碎钒铁合金时产生的粒度在5mm以下的钒铁碎合金；
b、按照常规电铝热法制备钒铁合金的方法，配料，待前段加料、通电冶炼；
c、冶炼完毕后进行喷吹，使用氮气作为喷吹载气，喷吹过程中喷枪位置固定、炉体旋转，或者炉体固定，喷枪按照一定速度沿炉体进行旋转均可；喷吹完毕后通电精炼；
d、精炼结束后进行炉体静置冷却、合金饼水淬、破碎即得钒铁合金。
上述方法步骤a中，由于喷吹过程实质为铝粉与渣中的氧化钒发生反应的过程，铝粉粒度会影响反应快慢、反应度、反应均匀程度等，优选铝粉的粒度分布为0＜粒度≤300um60～80％、300um＜粒度≤500um 20～40％。同时由于钒铁细粉粒度太小，起不到诱导捕集新生成的单质钒的作用；粒度太大，一方面影响喷吹流态化过程，另一方面，细粉喷入渣层后直接快速沉降至底部，同样无法起到捕集作用，优选钒铁细粉的粒度分布为0＜粒度≤300um 60～80％、300um＜粒度≤500um 20～40％。
上述方法步骤a中，考虑到喷吹效果，钒铁细粉添加比例过大，则不利于细粉在渣层的熔化，比例过低，则起不到良好的诱导效应。所以优选的，所述喷吹料中钒铁细粉与铝粉的质量比为0.5～0.7。
上述方法步骤a中，铝粉比例过大，则喷吹前渣中钒含量过高，喷吹过程极短，部分铝粉未能与渣层中的钒氧化物反应而直接熔融进入合金层，导致合金铝含量超标；铝粉比例过低，不能起到有效降低渣中钒含量的目的。所以优选的，所述喷吹料中铝粉质量为冶炼过程中总铝量的3～5％。
上述方法步骤d中，当渣中钒含量为1～3％时精炼结束。
本发明方法中，未作特殊说明的，比例、含量等均表示质量百分比。
对比例1
采用400kg V2O5(全钒含量＝55％)及2700kg V2O3(全钒含量＝64％)为原料进行钒铁冶炼。冶炼前分别进行配料，400kg V2O5配加161kg铝粉(纯度99.5％)、50kg铁粒(纯度96％)及50kg石灰(CaO含量90％)；2700kg V2O3共配加1095kg铝粉(纯度99.5％)、414kg铁粒(纯度96％)及180kg石灰(CaO含量90％)。
冶炼开始前，先将配制好的含V2O5的冶炼原料全部加入炉内，通电引弧(电压190v，电流7500A)，待炉内形成熔池后，分两次加入配制好的含V2O3的冶炼原料，每次加料前停止通电，加料结束后继续以电压135v、电流11500A通电进行冶炼；至冶炼通电50min时停止通电并进行喷吹，喷吹料为39kg铝粉(粒度分布0-300um 60％、300-500um 40％，纯度99.5％)，喷吹过程中炉体转速为6r/min，喷吹过程中熔渣喷溅严重。喷吹结束后继续以电压135v、电流11500A通电精炼20min。精炼结束时，冶炼渣中全钒含量3.7％，冶炼钒收率(以合金质量计)95.1％。
对比例2
采用400kg V2O5(全钒含量＝55％)及2700kg V2O3(全钒含量＝64％)为原料进行钒铁冶炼。冶炼前分别进行配料，400kg V2O5配加150kg铝粉(纯度99.5％)、50kg铁粒(纯度96％)及50kg石灰(CaO含量90％)；2700kg V2O3共配加1095kg铝粉(纯度99.5％)、414kg铁粒(纯度96％)及180kg石灰(CaO含量90％)。
冶炼开始前，先将配制好的含V2O5的冶炼原料全部加入炉内，通电引弧(电压190v，电流7500A)，待炉内形成熔池后，分两次加入配制好的含V2O3的冶炼原料，每次加料前停止通电，加料结束后继续以电压135v、电流11500A通电进行冶炼；至冶炼通电55min时停止通电并进行喷吹，喷吹料为50kg铝粉(粒度分布0-300um 70％、300-500um 30％，纯度99.5％)，喷吹过程中炉体转速为7r/min，喷吹过程中熔渣喷溅严重。喷吹结束后继续以电压135v、电流11500A通电精炼25min。精炼结束时，冶炼渣中全钒含量3.0％，冶炼钒收率(以合金质量计)94.9％。
对比例3
采用400kg V2O5(全钒含量＝55％)及2700kg V2O3(全钒含量＝64％)为原料进行钒铁冶炼。冶炼前分别进行配料，400kg V2O5配加135kg铝粉(纯度99.5％)、50kg铁粒(纯度96％)及50kg石灰(CaO含量90％)；2700kg V2O3共配加1095kg铝粉(纯度99.5％)、414kg铁粒(纯度96％)及180kg石灰(CaO含量90％)。
冶炼开始前，先将配制好的含V2O5的冶炼原料全部加入炉内，通电引弧(电压190v，电流7500A)，待炉内形成熔池后，分两次加入配制好的含V2O3的冶炼原料，每次加料前停止通电，加料结束后继续以电压135v、电流11500A通电进行冶炼；至冶炼通电60min时停止通电并进行喷吹，喷吹料为65kg铝粉(粒度分布0-300um 80％、300-500um 20％，纯度99.5％)，喷吹过程中炉体转速为8r/min，喷吹过程中熔渣喷溅严重。喷吹结束后继续以电压135v、电流11500A通电精炼30min。精炼结束时，冶炼渣中全钒含量2.5％，冶炼钒收率(以合金质量计)94.6％。
实施例1
采用400kg V2O5(全钒含量＝55％)及2700kg V2O3(全钒含量＝64％)为原料进行钒铁冶炼。冶炼前分别进行配料，400kg V2O5配加161kg铝粉(纯度99.5％)、50kg铁粒(纯度96％)及50kg石灰(CaO含量90％)；2700kg V2O3共配加1095kg铝粉(纯度99.5％)、414kg铁粒(纯度96％)及180kg石灰(CaO含量90％)。
冶炼开始前，先将配制好的含V2O5的冶炼原料全部加入炉内，通电引弧(电压190v，电流7500A)，待炉内形成熔池后，分两次加入配制好的含V2O3的冶炼原料，每次加料前停止通电，加料结束后继续以电压135v、电流11500A通电进行冶炼；至冶炼通电50min时停止通电并进行喷吹，喷吹料为39kg铝粉(粒度分布0-300um 60％、300-500um 40％，纯度99.5％)及20kg钒铁细粉(粒度分布0-300um 60％、300-500um 40％，钒含量80％)，喷吹过程中炉体转速为6r/min，喷吹过程中熔渣喷溅明显减轻。喷吹结束后继续以电压135v、电流11500A通电精炼20min。精炼结束时，冶炼渣中全钒含量2.1％，冶炼钒收率(以合金质量计)96.3％。
实施例2
采用400kg V2O5(全钒含量＝55％)及2700kg V2O3(全钒含量＝64％)为原料进行钒铁冶炼。冶炼前分别进行配料，400kg V2O5配加150kg铝粉(纯度99.5％)、50kg铁粒(纯度96％)及50kg石灰(CaO含量90％)；2700kg V2O3共配加1095kg铝粉(纯度99.5％)、414kg铁粒(纯度96％)及180kg石灰(CaO含量90％)。
冶炼开始前，先将配制好的含V2O5的冶炼原料全部加入炉内，通电引弧(电压190v，电流7500A)，待炉内形成熔池后，分两次加入配制好的含V2O3的冶炼原料，每次加料前停止通电，加料结束后继续以电压135v、电流11500A通电进行冶炼；至冶炼通电55min时停止通电并进行喷吹，喷吹料为50kg铝粉(粒度分布0-300um 70％、300-500um 30％，纯度99.5％)及30kg钒铁细粉(粒度分布0-300um 70％、300-500um 30％，钒含量80％)，喷吹过程中炉体转速为7r/min，喷吹过程中熔渣喷溅明显减轻。喷吹结束后继续以电压135v、电流11500A通电精炼25min。精炼结束时，冶炼渣中全钒含量1.8％，冶炼钒收率(以合金质量计)96.6％。
实施例3
采用400kg V2O5(全钒含量＝55％)及2700kg V2O3(全钒含量＝64％)为原料进行钒铁冶炼。冶炼前分别进行配料，400kg V2O5配加135kg铝粉(纯度99.5％)、50kg铁粒(纯度96％)及50kg石灰(CaO含量90％)；2700kg V2O3共配加1095kg铝粉(纯度99.5％)、414kg铁粒(纯度96％)及180kg石灰(CaO含量90％)。
冶炼开始前，先将配制好的含V2O5的冶炼原料全部加入炉内，通电引弧(电压190v，电流7500A)，待炉内形成熔池后，分两次加入配制好的含V2O3的冶炼原料，每次加料前停止通电，加料结束后继续以电压135v、电流11500A通电进行冶炼；至冶炼通电60min时停止通电并进行喷吹，喷吹料为65kg铝粉(粒度分布0-300um 80％、300-500um 20％，纯度99.5％)及46kg钒铁细粉(粒度分布0-300um 80％、300-500um 20％，钒含量80％)，喷吹过程中炉体转速为8r/min，喷吹过程中熔渣喷溅明显减轻。喷吹结束后继续以电压135v、电流11500A通电精炼30min。精炼结束时，冶炼渣中全钒含量1.5％，冶炼钒收率(以合金质量计)97.2％。
Claims (5)
1.一种冶炼钒铁合金中的喷吹精炼方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、对通电冶炼结束后的物料进行喷吹，喷吹料为铝粉和钒铁细粉的混合料；所述的钒铁细粉为电铝热法制备钒铁合金过程中，破碎钒铁合金时产生的粒度在5mm以下的钒铁碎合金；
b、喷吹结束后进行通电精炼。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤a中，所述喷吹料中钒铁细粉与铝粉的质量比为0.5～0.7。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤a中，所述喷吹料中铝粉质量为冶炼过程中总铝量的3～5％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤a中，所述铝粉的粒度分布为0＜粒度≤300um 60～80％、300um＜粒度≤500um 20～40％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤a中，所述钒铁细粉的粒度分布为0＜粒度≤300um 60～80％、300um＜粒度≤500um 20～40％。
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