CN109182886A - 降低钒铁冶炼炉渣中残留钒含量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低钒铁冶炼炉渣中残留钒含量的方法，属于冶金技术领域。本发明解决的技术问题是电铝热法冶炼FeV80炉渣残留钒含量较高。本发明提供的降低钒铁冶炼炉渣中残留钒含量的方法是以钒氧化物为主料根据不同配铝系数添加铝粉，然后加入铁粒和石灰混合均匀分别得到第一、二和三批物料，3批物料的配铝系数比为0.95‑0.98:0.98‑1.02:1.02‑1.05；将第一批物料加入冶炼炉通电引弧冶炼，在冶炼过程中依次加入第二批物料、第三批物料和精炼料，冶炼完成后进行喷吹精炼，精炼结束后冷却，得到炉渣和钒铁合金。本发明方法有效地降低了冶炼炉渣中的残留钒含量，可使炉渣中残留钒含量降低至1.46％。

Description

降低钒铁冶炼炉渣中残留钒含量的方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及降低钒铁冶炼炉渣中残留钒含量的方法。
背景技术
钒铁作为合金添加剂，广泛应用于生产含钒微合金化钢铁产品，由于钒、碳和氮等元素具有极强的亲和力，与之形成相应的化合物，可细化钢的组织和晶粒，增加钢的强度、焊接性和耐磨性能。现有钒铁冶炼方法一般采用传统的直筒炉电铝热法，将V2O3、V2O5、铁粒及铝粉等原料混匀后加入电弧炉内通电冶炼，促进还原反应进行，并在冶炼后期加入一定量的精炼料，改善炉渣的流动性能。为进一步降低渣中的残钒含量，卢森堡的CASA厂和攀钢北海特种铁合金有限公司在电铝热法的基础上，增加了一套喷吹设备，通过改善冶炼过程中的反应动力学条件及强化渣金分离等手段，实现残钒含量进一步降低的目的。
专利文献CN103397208A公开了一种电铝热法冶炼钒铁的工艺，该工艺通过配加硼砂和萤石降低钒铁冶炼炉渣熔点的方式，减少渣中夹铁并降低炉渣含钒量。但该方法会加大炉衬的侵蚀量并且增加冶炼操作强度，阻碍其在工业生产中的推广使用。
专利文献CN101724752A公开了一种中钒铁的冶炼方法，该方法先以V2O5、Al、石灰及铁为底料进行冶炼，反应平稳后加入由V2O5、V2O3、Al、石灰、萤石及铁组成的主料进行精炼。该方法充分利用了反应热，降低了炉渣的粘度，但该方法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。
攀钢钒钛股份公司钒制品厂目前采用直筒炉电铝热法均匀配铝的方式冶炼FeV80，该工艺在冶炼过程中存在以下问题：一是在冶炼后期炉渣还原度不够，导致钒氧化物得不到充分还原而留在渣中，使得炉渣残留钒含量处于2.3％甚至更高的水平；二是随着冶炼过程中炉衬的侵蚀，产生高熔点MgO-CaO-Al2O3三元渣系，在后期出现过热度不够的现象，导致熔渣流动性变差，传质条件恶化，在冶炼时间内钒氧化物不能及时与Al接触反应，使得渣中残钒含量较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是目前采用直筒炉电铝热法冶炼FeV80炉渣残留钒含量较高。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是提供了一种降低钒铁冶炼炉渣中残留钒含量的方法。该方法包括如下步骤：以钒氧化物为主料根据不同配铝系数添加铝粉，然后加入铁粒和石灰混合均匀分别得到第一批物料、第二批物料和第三批物料；将第一批物料加入冶炼炉通电引弧冶炼，在冶炼过程中依次加入第二批物料、第三批物料和精炼料，冶炼完成后进行喷吹精炼，精炼结束后冷却，得到炉渣和钒铁合金；所述配铝系数为实际配铝量与理论需铝量的比；所述3批物料的总体配铝系数为1.02；所述第一物料的配铝系数为0.95-0.98；第二批物料的配铝系数为0.98-1.02；第三批物料的配铝系数为1.02-1.05；所述精炼料为铝粉和石灰的混合物。
其中，上述降低钒铁冶炼炉渣中残留钒含量的方法中，所述钒氧化物为V2O3或V2O5中的至少一种。
其中，上述降低钒铁冶炼炉渣中残留钒含量的方法中，第一批物料、第二批物料和第三批物料的重量比为0.9-1.1:2:2。
其中，上述降低钒铁冶炼炉渣中残留钒含量的方法中，所述冶炼炉为直筒炉。
其中，上述降低钒铁冶炼炉渣中残留钒含量的方法中，所述精炼料是在总体配铝系数为1.02的基础上，将前三批物料中少加的铝粉和150kg的石灰混合得到。
其中，上述降低钒铁冶炼炉渣中残留钒含量的方法中，所述三批物料按照配铝系数由低到高的顺序在冶炼过程中依次加入冶炼炉。
其中，上述降低钒铁冶炼炉渣中残留钒含量的方法中，第一批物料加入冶炼炉中通电冶炼30min；第二批物料加入冶炼炉中通电冶炼20min；第三批物料加入冶炼炉中通电冶炼20min；精炼料加入冶炼炉中通电冶炼10min。
其中，上述降低钒铁冶炼炉渣中残留钒含量的方法中，所述喷吹精炼时间为15min。
其中，上述降低钒铁冶炼炉渣中残留钒含量的方法中，所述引弧时的二次电压为195V；起弧后将二次电压调整为135V；二次电流为12600A。
本发明的有益效果是：
本发明方法以不同配铝系数的三批原料铵配铝系数由低到高的顺序依次加入冶炼炉中冶炼，在总体配铝系数1.02不变的基础上，将配铝量向冶炼后期偏移，有效地降低了冶炼炉渣中的残留钒含量，可使炉渣中残留钒含量降低至1.46％，具有显著的社会经济效益。本发明方法在第一、二、三批物料和精炼料冶炼完成后对渣层进行喷吹精炼改善了反应动力学条件，同时增加了钒铁合金的沉降时间，进一步降低了冶炼炉渣中的残钒含量。本发明方法可操作性强，便于在钒铁工业生产中推广使用。
具体实施方式
目前采用直筒炉电铝热法均匀配铝的方式冶炼FeV80，冶炼过程中由于冶炼后期炉渣还原度不够、导致钒氧化物得不到充分还原而留在渣中，使炉渣残留钒含量处于2.3％甚至更高的水平，发明人通过大量研究发现在总体配铝系数不变的基础上，采用阶梯递增的配铝方式将配铝量向冶炼后期偏移，可有效降低冶炼炉渣中的残钒含量，使炉渣残钒含量可降低至1.46％。
本发明提供了一种降低钒铁冶炼炉渣中残留钒含量的方法。该方法包括如下步骤：以钒氧化物为主料根据不同配铝系数添加铝粉，然后加入铁粒和石灰混合均匀分别得到第一批物料、第二批物料和第三批物料；将第一批物料加入冶炼炉通电引弧冶炼，在冶炼过程中依次加入第二批物料、第三批物料和精炼料，冶炼完成后进行喷吹精炼，精炼结束后冷却，得到炉渣和钒铁合金；所述配铝系数为实际配铝量与理论需铝量的比；所述三批物料的总体配铝系数为1.02；所述第一物料的配铝系数为0.95-0.98；第二批物料的配铝系数为0.98-1.02；第三批物料的配铝系数为1.02-1.05；所述总体配铝系数1.02是以添加至冶炼炉内铝粉的总量计算，实际生产过程中会有偏差，一般为1.015-1.025；所述精炼料为铝粉和石灰的混合物。
其中，上述降低钒铁冶炼炉渣中残留钒含量的方法中，所述冶炼炉为直筒炉。由于采用直筒炉冶炼钒铁，渣层较厚，后期进入钒铁合金中的Al不易扩散至渣层参与还原反应，而炉渣中的残钒主要是以钒氧化物的形式存在，说明炉渣还原度不够，若提高总体配铝系数会使钒铁合金中Al含量超标的风险增加，不利于钒铁产品质量控制。因此，将总体配铝系数在1.02不变的基础上，将配铝量向冶炼后期偏移，可有效降低冶炼炉渣中的残留钒含量，3批物料配铝系数的比例范围过大，会使前期物料的反应不充分，会导致冶炼后期合金中出现夹渣的现象，增加合金的残留杂质量。因此将3批物料配铝系数的比例范围定为0.95-0.98:0.98-1.02:1.02-1.05。
其中，上述降低钒铁冶炼炉渣中残留钒含量的方法中，所述钒氧化物为V2O3或V2O5中的至少一种。
其中，上述降低钒铁冶炼炉渣中残留钒含量的方法中，第一批物料、第二批物料和第三批物料的重量比为0.9-1.1:2:2。考虑到炉内熔池容积的大小及实际操作方便的原因，将第一物料、第二批物料和第三批物料的重量比定为0.9-1.1:2:2。
其中，上述降低钒铁冶炼炉渣中残留钒含量的方法中，所述精炼料是在总体配铝系数为1.02的基础上，将前三批物料中少加的铝粉和150kg的石灰混合得到。
其中，上述降低钒铁冶炼炉渣中残留钒含量的方法中，所述3批物料按照配铝系数由低到高的顺序在冶炼过程中依次加入冶炼炉。将配铝量向冶炼后期偏移，降低了冶炼炉渣中的残钒含量。
其中，上述降低钒铁冶炼炉渣中残留钒含量的方法中，第一批物料加入冶炼炉中通电冶炼30min；第二批物料加入冶炼炉中通电冶炼20min；第三批物料加入冶炼炉中通电冶炼20min；精炼料加入冶炼炉中通电冶炼10min。
其中，上述降低钒铁冶炼炉渣中残留钒含量的方法中，所述喷吹精炼时间为15min。冶炼完成后对渣层进行喷吹精炼，改善了反应动力学条件，同时增加了钒铁合金的沉降时间，进一步降低了冶炼炉渣中的残钒含量，提高了冶炼收率。
本发明采用自主设计的喷吹系统进行喷吹精炼。
其中，上述降低钒铁冶炼炉渣中残留钒含量的方法中，所述引弧时的二次电压为195V；起弧后将二次电压调整为135V；二次电流为12600A。
其中，上述降低钒铁冶炼炉渣中残留钒含量的方法中，引弧时采用的引弧料是以V2O5为主料配加含有铝粉的配料，配铝系数为1.02。
下面将通过具体的实施例对本发明作进一步的详细阐述。
实施例1
本实施例中的引弧料为595kgV2O5(品位98.0％)中配加铝粉，配铝系数为1.02，另外配加铁粒65kg，石灰69kg。本实施例中的精炼料为150kg石灰和130kg铝粉。
将满足生产要求的原料氧化钒、铝、铁、石灰按照一定要求配料，总体的配铝系数为1.02，第一批物料、第二批物料和第三批物料的配铝系数比为0.98:1.0:1.02。第一批物料为805kg V2O3(含钒63.1％)配加铝粉，配铝系数为0.98，另外配加铁粒103kg，石灰70kg；第二批物料为1618kg V2O3(含钒63.2％)配加铝粉，配铝系数为1.0，另外配加铁粒205kg，石灰138kg；第三批物料为1600kg V2O3(含钒63.8％)配加铝粉，配铝系数为1.02，另外配加铁粒209kg，石灰141kg。
将引弧料和第一批物料加入直筒炉炉内，二次电压195V引弧，起弧后将二次电压调整为135V，二次电流12600A，冶炼30min后停电；加入第二批物料后继续通电冶炼，二次电压135V，二次电流12600A，冶炼20min停电；加入第三批物料通电冶炼，二次电压135V，二次电流12600A，冶炼20min；加入精炼料通电冶炼，二次电压135V，二次电流12600A，冶炼10min后喷吹精炼15min结束冶炼，获得炉渣和钒铁合金。炉渣中TV含量为1.75％；钒铁合金中Al含量为0.46％，V含量为80.65％。本实施例得到满足质量要求的FeV80产品，且炉渣残留钒含量降低至1.75％，比传统方法冶炼炉渣残留钒含量2.3％降低约0.55％。
实施例2
本实施例中的引弧料为576kg的V2O5(品位98.0％)中配加铝粉，配铝系数为1.02，另外配加铁粒65kg，石灰70kg。本实施例中的精炼料为150kg石灰和130kg铝粉。
将满足生产要求的原料氧化钒、铝、铁、石灰按照一定要求配料，总体的配铝系数为1.02，第一批物料、第二批物料和第三批物料的配铝系数比为0.97:1.0:1.03。第一批物料为784kg V2O3(含钒62.9％)配加铝粉，配铝系数为0.97，另外配加铁粒100kg，石灰71kg；第二批物料为1558kg V2O3(含钒62.9％)配加铝粉，配铝系数为1.0，另外配加铁粒200kg，石灰140kg；第三批物料为1610kg V2O3(含钒62.9％)配加铝粉，配铝系数为1.03，另外配加铁粒203kg，石灰138kg，配制得到第三批物料1610kg。
将引弧料和第一物料加入直筒炉炉内，二次电压195V引弧，起弧后将二次电压调整为135V，二次电流12600A，冶炼30min后停电；加入第二批物料后继续通电冶炼，二次电压135V，二次电流12600A，冶炼20min停电；加入第三批物料通电冶炼，二次电压135V，二次电流12600A，冶炼20min；加入精炼料通电冶炼，二次电压135V，二次电流12600A，冶炼10min后喷吹精炼15min结束冶炼，获得炉渣和钒铁合金。炉渣中TV含量为1.52％；钒铁合金中Al含量为0.26％，V含量为80.70％。本实施例得到满足质量要求的FeV80产品，且炉渣残留钒含量降低至1.52％，比传统方法冶炼炉渣残留钒含量2.3％降低约0.78％。
实施例3
本实施例中的引弧料为601kg的V2O5(品位98.0％)中配加铝粉，配铝系数为1.02，另外配加铁粒65kg，石灰70kg。本实施例中的精炼料为150kg石灰和130kg铝粉。
将满足生产要求的原料氧化钒、铝、铁、石灰按照一定要求配料，总体的配铝系数为1.02，第一批物料、第二批物料和第三批物料的配铝系数比为0.96:1.0:1.04。第一批物料为799kg V2O3(含钒63.2％)配加铝粉，配铝系数为0.96，另外配加铁粒103kg，石灰69kg；第二批物料为1612kg V2O3(含钒62.4％)配加铝粉，配铝系数为1.0，另外配加铁粒200kg，石灰139kg；第三批物料为1575kg V2O3(含钒63.9％)配加铝粉，配铝系数为1.04，另外配加铁粒206kg，石灰140kg。
将引弧料和第一物料加入直筒炉炉内，二次电压195V引弧，起弧后将二次电压调整为135V，二次电流12600A，冶炼30min后停电；加入第二批物料后继续通电冶炼，二次电压135V，二次电流12600A，冶炼20min停电；加入第三批物料通电冶炼，二次电压135V，二次电流12600A，冶炼20min；加入精炼料通电冶炼，二次电压135V，二次电流12600A，冶炼10min后喷吹精炼15min结束冶炼，获得炉渣和钒铁合金。炉渣中TV含量为1.46％；钒铁合金中Al含量为0.30％，V含量为80.78％。本实施例得到满足质量要求的FeV80产品，且炉渣残留钒含量降低至1.46％，比传统方法冶炼炉渣残留钒含量2.3％降低约0.84％。
对比例1
本对比例中的引弧料为601kg的V2O5(品位98.0％)中配加铝粉，配铝系数为1.02，另外配加铁粒66kg，石灰74kg。本实施例中的精炼料为150kg石灰。
将满足生产要求的原料氧化钒、铝、铁、石灰按照一定要求配料，总体的配铝系数为1.02，第一批物料为785kg V2O3(含钒64.1％)配加铝粉，配铝系数为1.02，另外配加铁粒104kg，石灰76kg；第二批物料为1608kg V2O3(含钒64.8％)配加铝粉，配铝系数为1.02，另外配加铁粒218kg，石灰148kg；第三批物料为1607kg V2O3(含钒63.2％)配加铝粉，配铝系数为1.02，另外配加铁粒206kg，石灰141kg。
将引弧料和第一物料加入直筒炉炉内，二次电压195V引弧，起弧后二次电压调整为135V，二次电流12600A，冶炼20min后停电；加入第二批物料后继续通电冶炼，二次电压135V，二次电流12600A，冶炼20min停电；加入第三批物料通电冶炼，二次电压135V，二次电流12600A，冶炼20min；加入精炼料通电冶炼，二次电压135V，二次电流12600A，冶炼10min后喷吹精炼25min结束冶炼，获得炉渣和钒铁合金。炉渣中TV含量为2.38％；钒铁合金中Al含量为0.89％，V含量为79.82％。
对比例2
本对比例中的引弧料为602kg的V2O5(品位98.0％)中配加铝粉，配铝系数为1.02，另外配加铁粒66kg，石灰70kg。本实施例中的精炼料为150kg石灰。
将满足生产要求的原料氧化钒、铝、铁、石灰按照一定要求配料，总体的配铝系数为1.02，第一批物料为783kgV2O3(含钒64.9％)配加铝粉，配铝系数为1.02，另外配加铁粒108kg，石灰70kg；第二批物料为1608kgV2O3(含钒64.3％)配加铝粉，配铝系数为1.02，另外配加铁粒215kg，石灰142kg；第三批物料为1603kgV2O3(含钒62.8％)配加铝粉，配铝系数为1.02，然后配加铁粒204kg，石灰140kg。
将引弧料和第一物料加入直筒炉炉内，二次电压195V引弧，起弧后将二次电压调整为135V，二次电流12600A，冶炼20min后停电；加入第二批物料后继续通电冶炼，二次电压135V，二次电流12600A，冶炼20min停电；加入第三批物料通电冶炼，二次电压135V，二次电流12600A，冶炼20min；加入精炼料通电冶炼，二次电压135V，二次电流12600A，冶炼10min后喷吹精炼25min结束冶炼，获得炉渣和钒铁合金。炉渣中TV含量为2.46％；钒铁合金中Al含量为1.12％，V含量为79.78％。
通过实施例1-3和对比例1-2可知，本发明采用阶梯递增的配铝方式将配铝量向冶炼后期偏移，可有效降低冶炼炉渣中的残钒含量，使炉渣中残留钒含量可降低至1.46％。

Claims (9)

1.降低钒铁冶炼炉渣中残留钒含量的方法，其特征在于：以钒氧化物为主料根据不同配铝系数添加铝粉，然后加入铁粒和石灰混合均匀分别得到第一批物料、第二批物料和第三批物料；将第一批物料加入冶炼炉通电引弧冶炼，在冶炼过程中依次加入第二批物料、第三批物料和精炼料，冶炼完成后进行喷吹精炼，精炼结束后冷却，得到炉渣和钒铁合金；所述配铝系数为实际配铝量与理论需铝量的比；
所述3批物料的总体配铝系数为1.02；所述第一物料的配铝系数为0.95-0.98；第二批物料的配铝系数为0.98-1.02；第三批物料的配铝系数为1.02-1.05；所述精炼料为铝粉和石灰的混合物。
2.根据权利要求1所述的降低钒铁冶炼炉渣中残留钒含量的方法，其特征在于：所述钒氧化物为V2O3或V2O5中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的降低钒铁冶炼炉渣中残留钒含量的方法，其特征在于：第一批物料、第二批物料和第三批物料的重量比为0.9-1.1:2:2。
4.根据权利要求1-3任一项所述的降低钒铁冶炼炉渣中残留钒含量的方法，其特征在于：所述冶炼炉为直筒炉。
5.根据权利要求1-4任一项所述的降低钒铁冶炼炉渣中残留钒含量的方法，其特征在于：所述精炼料是在总体配铝系数为1.02的基础上，将前三批物料中少加的铝粉和150kg的石灰混合得到。
6.根据权利要求1-5任一项所述的降低钒铁冶炼炉渣中残留钒含量的方法，其特征在于：所述三批物料按照配铝系数由低到高的顺序在冶炼过程中依次加入冶炼炉。
7.根据权利要求1-6任一项所述的降低钒铁冶炼炉渣中残留钒含量的方法，其特征在于：第一批物料加入冶炼炉中通电冶炼30min；第二批物料加入冶炼炉中通电冶炼20min；第三批物料加入冶炼炉中通电冶炼20min；精炼料加入冶炼炉中通电冶炼10min。
8.根据权利要求1-7任一项所述的降低钒铁冶炼炉渣中残留钒含量的方法，其特征在于：所述喷吹精炼时间为15min。
9.根据权利要求1-8任一项所述的降低钒铁冶炼炉渣中残留钒含量的方法，其特征在于：所述引弧时的二次电压为195V；起弧后将二次电压调整为135V；二次电流为12600A。
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