CN109825704B - 钒铁合金的冶炼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于冶金领域，具体涉及一种钒铁合金的冶炼方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种钒铁合金的冶炼方法，包括以下步骤：a、将冶炼原料加入还原炉中进行还原冶炼，冶炼结束后出渣；b、将出渣后的熔融初级合金加入精炼炉中与精炼混合料进行精炼，精炼结束后出渣；c、将出的含钒熔渣返回还原炉中与下一周期冶炼原料重复步骤a、b；将出渣后的熔融钒铁合金倒入模具中冷却，得到上一周期钒铁合金锭；控制每个周期综合实际配铝量为理论铝耗量的0.9～1.0倍。本发明方法能够大幅降低弃渣钒含量，提高产品A级品率，实现钒铁合金的连续冶炼，并能大幅提高电炉使用寿命。

Description

钒铁合金的冶炼方法
技术领域
本发明属于冶金领域，具体涉及一种钒铁合金的冶炼方法。
背景技术
目前世界范围内产业化的钒铁合金生产主要以三氧化二钒和五氧化二钒两种钒氧化物为含钒原料，在混合一定量的含铁物料的情况下通过硅热还原或铝热还原固溶而得，随着我国对钒铁合金生产企业环保整治力度的进一步加大，以硅铁为主还原剂的硅热法逐渐被淘汰。目前主流钒铁冶炼工艺主要以铝热还原为主的直筒炉一步法和倾翻炉多期法，并辅以电加热系统从而维持冶炼过程的热量需求。
CN 106282564 A“一种钒铁冶炼合金中的喷吹精炼方法”以直筒炉一步法钒铁冶炼为基础，提供了一种以混合钒氧化物为铝热还原工艺，冶炼结束后以铝粉和钒铁细粉的混合料为主喷吹料进行喷吹精练操作，从而达到提高喷吹效率、降低钒铁冶炼渣中钒含量的目的。ZL201510002957“倾翻炉电铝热法制备钒铁的方法”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，目前钒铁合金制备主要通过添加还原剂将不同含钒物料进行还原，该过程主要采用一步法和多期法钒铁冶炼工艺，在保证合金成分合格的条件下尽可能降低渣中钒损。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高冶炼效率、高回收率、弃渣钒含量小的钒铁合金的冶炼方法。该冶炼方法包括以下步骤：
a、将冶炼原料加入还原炉中进行还原冶炼，冶炼结束后出渣；
b、将出渣后的熔融初级合金加入精炼炉中与精炼混合料进行精炼，精炼结束后出渣；
c、将出的含钒熔渣返回还原炉中与下一周期冶炼原料重复步骤a、b；将出渣后的熔融钒铁合金倒入模具中冷却，得到上一周期钒铁合金锭；控制每个周期综合实际配铝量为理论铝耗量的0.9～1.0倍。
其中，上述钒铁合金的冶炼方法步骤a中，所述还原炉为带有出渣功能的可倾翻电弧炉。
其中，上述钒铁合金的冶炼方法步骤a中，所述冶炼原料为钒氧化物、铝粒、铁粒和石灰。
进一步的，上述钒铁合金的冶炼方法步骤a中，所述钒氧化物、铝粒、铁粒、石灰的重量比为100﹕55～70﹕13～17﹕5～15。
进一步的，上述钒铁合金的冶炼方法步骤a中，所述钒氧化物为V2O5、V2O3或两者的混合物。
其中，上述钒铁合金的冶炼方法步骤a中，所述冶炼原料一次性加入还原炉或分批次加入还原炉。
其中，上述钒铁合金的冶炼方法步骤a中，所述冶炼原料实际配铝量为理论铝耗量的1.00～1.35倍。
进一步的，上述钒铁合金的冶炼方法步骤a中，当冶炼原料分批次加入还原炉时，则随着冶炼原料批次的增加，配铝量逐渐降低。
其中，上述钒铁合金的冶炼方法步骤a中，所述出渣时渣中钒含量为0.1～1.2％。
进一步的，上述钒铁合金的冶炼方法步骤a中，当分批次加入原料时，当实际配铝量为理论铝耗量的1.25～1.35倍时，控制出渣时渣中钒含量为0.1～0.4％；当实际配铝量为理论铝耗量的1.15～1.25倍时，控制出渣时渣中钒含量为0.3～0.7％；当实际配铝量为理论铝耗量的1.05～1.15倍时，控制出渣时渣中钒含量为0.5～0.9％；当实际配铝量为理论铝耗量的1.00～1.05倍时，控制出渣时渣中钒含量为0.8～1.2％。
其中，上述钒铁合金的冶炼方法步骤a中，所述还原冶炼的单位电耗为500～1200kWh/吨。
其中，上述钒铁合金的冶炼方法步骤a中，所述出渣控制出渣量占总渣量的70～90％。
进一步的，上述钒铁合金的冶炼方法步骤a中，当冶炼原料分批次加入还原炉时，则分批次出渣。
其中，上述钒铁合金的冶炼方法步骤b中，所述精炼炉为带有出渣功能的可倾翻电弧炉。
其中，上述钒铁合金的冶炼方法步骤b中，所述精炼的单位电耗为600～1300kWh/吨。
其中，上述钒铁合金的冶炼方法步骤b中，所述精炼混合料为V2O5、铝粒和铁粒。
进一步的，上述钒铁合金的冶炼方法步骤b中，所述精炼混合料中V2O5、铝粒和铁粒的重量比为10～50﹕0～10﹕0～2。
其中，上述钒铁合金的冶炼方法步骤b中，所述精炼混合料与熔融初级合金的重量比为1﹕2.5～4.0。
其中，上述钒铁合金的冶炼方法步骤c中，所述含钒熔渣返炉比为100％。
其中，上述钒铁合金的冶炼方法步骤c中，所述下一周期的冶炼原料的配铝系数与上一周期相同，同时需根据返回还原炉的含钒熔渣中钒含量额外添加所需理论铝耗量的1.0～1.2倍还原剂铝。
其中，上述钒铁合金的冶炼方法步骤c中，所述下一周期的冶炼原料的其他物料配比与上一周期步骤a相同。
本发明方法通过将还原贫渣过程与精炼脱铝过程分别于两个电炉中进行反复操作，将渣返回还原炉继续冶炼，同时控制合理的原料配比关系等，一方面改善冶炼过程热、动力学条件，大幅降低弃渣钒含量，提高产品A级品率；另一方面实现钒铁合金的连续冶炼，大幅提高单位合金冶炼效率，同时还能在保证合金成分合格的基础上实现单个电炉使用寿命的大幅度提高。
具体实施方式
本发明提出一种双联法高效钒铁连续冶炼工艺，采用两座倾翻电炉分别进行还原和精炼，其中一座倾翻电炉作为贫渣炉用于含钒原料的还原沉降，另外一座作为精炼炉用于第一座倾翻电炉倾倒出熔融渣金混合物中钒氧化物的还原及金属铝的氧化，从而达到精炼的效果，获得成分合格的合金产品和含钒熔渣，含钒熔渣返回还原炉继续熔炼。
本发明首先将混有过量还原剂的冶炼原料分批次或一次性加入第一座倾翻电炉中引弧冶炼，待冶炼原料中钒氧化物反应完全后，经排渣口排除大部分渣；出渣后，将含有少量熔渣的熔融初级合金全部倾倒于第二座精炼炉中，并一次性添加配有少量还原剂的精炼混合料进行精炼脱铝直至精炼反应结束；精炼结束后将精炼炉上层含钒熔渣完全倾倒出炉并返回第一座还原电炉，同时添加第二周期的冶炼原料重复第一周期还原沉降操作、精炼，而下层熔融钒铁合金则倾倒于浇铸模具中冷却，得成分合格的钒铁合金锭；以此类推进行后续的第n个周期冶炼，n≥3。
本发明钒铁合金高效冶炼方法，包括以下步骤：
a、将冶炼原料一次性或分批次加入还原炉中通过电极引弧冶炼，待冶炼原料还原反应结束且渣中钒含量分别降低到终点控制值，经排渣口倾倒出大部分渣；
b、出渣结束后，将还原炉内含有部分熔渣的熔融初级合金全部倾倒于装有精炼混合料的精炼炉中进行精炼；在给定通电功率的情况下，通电一定时间后精炼结束；
c、将精炼炉中含钒熔渣出渣，含钒熔渣返回步骤a的还原炉中，并及时加入第二个冶炼周期混合料，重复步骤a的还原操作、重复步骤b的精炼操作；与此同时，将精炼炉出渣后的熔融钒铁合金倾倒于浇铸模具中冷却，得第一个冶炼周期的钒铁合金锭；
d、以此类推，进行第n个周期冶炼；n≥3；每个周期控制综合实际配铝量为理论铝耗量的0.9～1.0倍。
其中，上述钒铁合金高效冶炼方法步骤a中，所述的还原炉为带有出渣功能的可倾翻电弧炉，还原炉主要功能为还原、造渣和贫渣。
其中，上述钒铁合金高效冶炼方法步骤a中，所述的冶炼原料为钒氧化物、铝粒、铁粒和石灰，重量比为100﹕55～70﹕13～17﹕5～15。
其中，上述钒铁合金高效冶炼方法步骤a中，所述冶炼原料一次性加入，冶炼原料实际配铝量为理论铝耗量的1.00～1.35倍。
其中，上述钒铁合金高效冶炼方法步骤a中，所述冶炼原料分批次加入，冶炼原料实际配铝量为理论铝耗量的1.00～1.35倍，每批次冶炼原料配铝量逐渐降低。例如，冶炼原料有3个批次原料配铝系数分别为1.3、1.2和1.1，则加料冶炼顺序分别按照1.3、1.2和1.1的配铝系数原料依次加入，且该过程出渣三次。
其中，上述钒铁合金高效冶炼方法步骤a中，所述的单位电耗为500～1200kWh/吨。
其中，上述钒铁合金高效冶炼方法步骤a中，所述出渣时渣中钒含量终点控制值为0.1～1.2％。
其中，上述钒铁合金高效冶炼方法步骤a中，出渣量占总渣量的70～90％。当冶炼原料分批次加入还原炉时，则分批次出渣，每次出渣量占总渣量的70～90％。
其中，上述钒铁合金高效冶炼方法步骤b中，所述的精炼炉为带有出渣功能的可倾翻电弧炉，精炼炉主要功能为氧化脱铝、物料还原和熔渣预热。
其中，上述钒铁合金高效冶炼方法步骤b中，所述的单位电耗为600～1300kWh/吨。
其中，上述钒铁合金高效冶炼方法步骤b中，所述的精炼混合料为V2O5、铝粒和铁粒。进一步的，重量比为10～50﹕0～10﹕0～2。
其中，上述钒铁合金高效冶炼方法步骤b中，精炼混合料添加量与熔融初级合金的重量比为1﹕2.5～4.0。
其中，上述钒铁合金高效冶炼方法步骤c中，所述的含钒熔渣返炉比为100％，即精炼炉出渣比例为100％。为了能够100％出渣，则不能避免地会带出少量已还原的熔融合金，但这部分渣会返回还原炉进行继续冶炼，从而不会浪费钒铁合金。
其中，上述钒铁合金高效冶炼方法步骤c中，所述的第二个冶炼周期冶炼混合料的配铝系数与第一冶炼周期相同，但需根据步骤c返回还原炉熔渣的重量及对应钒含量额外添加该部分渣所需理论铝耗量的1.0～1.2倍的还原剂铝。
其中，上述钒铁合金高效冶炼方法步骤c中，所述的第二个冶炼周期混合料其他物料配比与步骤a相同。
本发明方法步骤a中，每个冶炼周期中，当冶炼原料一次性加入还原炉中进行还原冶炼时，冶炼原料实际配铝量为理论铝耗量的1.0～1.3倍，冶炼原料中各原料配比关系满足钒氧化物、铝粒、铁粒及石灰的重量比为100﹕55～70﹕13～17﹕5～15，出渣时控制渣中钒含量为0.1～1.2％；当冶炼原料分批次加入还原中进行还原冶炼时，冶炼原料实际配铝量也同样为理论铝耗量的1.0～1.3倍，但每批次配铝量应按由高到低的顺序，总的各原料配比关系同样需要满足钒氧化物、铝粒、铁粒及石灰的重量比为100﹕55～70﹕13～17﹕5～15，冶炼结束时，当实际配铝量为理论铝耗量的1.25～1.35倍时，控制出渣时渣中钒含量为0.1～0.4％；当实际配铝量为理论铝耗量的1.15～1.25倍时，控制出渣时渣中钒含量为0.3～0.7％；当实际配铝量为理论铝耗量的1.05～1.15倍时，控制出渣时渣中钒含量为0.5～0.9％；当实际配铝量为理论铝耗量的1.00～1.05倍时，控制出渣时渣中钒含量为0.8～1.2％。
本发明方法中，所述含钒量和出渣量是指质量分数。
实施例1
分别将原料100份V2O5、54份铝粒(理论配铝量的1.1倍)、13份铁粒和5份石灰混匀后，加入还原炉中引弧冶炼，在给电功率为600kW/吨的条件下，持续通电50min后渣中钒含量降低至0.88％，排除80％弃渣后，迅速将含有少量熔渣的熔融初级合金通过出铁口全部倾倒于装有18份V2O5的精炼炉中进行精炼，在给电功率为600kW/吨的条件下，持续通电10min后渣中钒含量为5.20％，将该部分渣全部返回还原炉，并及时加入含100份V2O5、57份铝粒、14份铁粒和5份石灰的第二个冶炼周期混合料，开始第二个冶炼周期；与此同时，精炼电炉出渣完成后，将下层熔融钒铁合金倾倒于浇铸模具中自然冷却，得到第一个冶炼周期的钒铁合金锭。出铁完毕后的精炼炉及时装入18份V2O5，用于接收还原炉第二批原料反应结束后的熔融初级合金，如此循环直至电炉检修或更换。
经上述操作，弃渣钒含量约为0.88％，单位电耗为600kWh/吨，单位铝耗为700kg/吨，钒铁合金中钒、铝质量含量分别为81.1％和0.15％，渣中钒损比例为1.96％。
实施例2
分别将原料100份V2O5、64份铝粒(理论配铝量的1.3倍)、13份铁粒和10份石灰混匀后，加入还原炉中引弧冶炼，在给电功率为600kWh/吨的条件下，持续通电50min后渣中钒含量降低至0.32％，排除80％弃渣后，迅速将含有少量熔渣的熔融初级合金通过出铁口全部倾倒于装有33份V2O5的精炼炉中进行精炼，在给电功率为600kWh/吨的条件下，持续通电20min后渣中钒含量为3.82％，将该部分渣全部返回还原炉，并及时加入含100份V2O5、67份铝粒、13份铁粒和10份石灰的第二个冶炼周期混合料，开始第二个冶炼周期；与此同时，精炼电炉出渣完成后，将下层熔融钒铁合金倾倒于浇铸模具中自然冷却，得到第一个冶炼周期的钒铁合金锭。出铁完毕后的精炼炉及时装入33份V2O5，用于接收还原炉第二批原料反应结束后的熔融初级合金，如此循环直至电炉检修或更换。
经上述操作，弃渣TV含量约为0.32％，单位电耗为600kWh/吨，电位铝耗为700k/吨，钒铁合金中钒、铝质量含量分别为80.5％和0.26％，渣中钒损比例为0.72％。
实施例3
分别将原料50份V2O5、50份V2O3、54份铝粒(理论铝耗量的1.2倍)、14份铁粒和12份石灰混匀后，加入还原炉中引弧冶炼，在给电功率为800kWh/吨的条件下，持续通电50min后渣中钒含量降低至0.36％；排除85％弃渣后，迅速将含有50份V2O5、50份V2O3、45份铝粒(理论铝耗量的1.0倍)、14份铁粒和12份石灰的二批原料持续加入还原炉中进行第二阶段还原操作，在给电功率为800kWh/吨的条件下，持续通电50min后渣中钒含量降低至0.62％；排除85％弃渣后，迅速将含有少量熔渣的熔融初级合金通过出铁口全部倾倒于装有50份V2O5、10份铝粒及1份铁粒混合料的精炼炉中进行精炼，在给电功率为1000kW/吨的条件下，持续通电20min后渣中钒含量为3.08％，将该部分渣全部返回还原炉，并及时加入含有50份V2O5、50份V2O3、54份铝粒(理论铝耗量的1.2倍)、14份铁粒和12份石灰的第二个冶炼周期混合料，重复还原过程的操作；与此同时，精炼炉出渣完成后，将下层熔融钒铁合金倾倒于浇铸模具中自然冷却，得到第一个冶炼周期的钒铁合金锭。出铁完毕后的精炼炉及时装入含有50份V2O5、10份铝粒及1份铁粒的混合料，用于接收还原炉第二批原料反应结束后的熔融初级合金，如此循环直至电炉检修或更换。
经上述操作，弃渣平均钒含量约为0.49％，单位电耗为800kWh/吨，单位铝耗为608kg/吨，钒铁合金中钒、铝质量含量分别为51.1％和0.21％，渣中钒损比例为0.95％。
实施例4
分别将原料20份V2O5、80份V2O3、55份铝粒(理论铝耗量的1.3倍)、15份铁粒和12份石灰混匀后，加入还原炉中引弧冶炼，在给电功率为1000kW/吨的条件下，持续通电50min后渣中钒含量降低至0.25％；排除85％弃渣后，迅速将含有20份V2O5、80份V2O3、42份铝粒(理论铝耗量的1.0倍)、15份铁粒和12份石灰的二批原料持续加入还原炉中进行第二阶段还原操作，在给电功率为1000kWh/吨的条件下，持续通电50min后渣中钒含量降低至0.43％；排除85％弃渣后，迅速将含有少量熔渣的熔融初级合金通过出铁口全部倾倒于装有50份V2O5、5份铝粒及0.5份铁粒混合料的精炼炉中进行精炼，在给电功率为1200kW/吨的条件下，持续通电20min后渣中钒含量为3.10％，将该部分渣全部返回还原炉，并及时加入含有20份V2O5、80份V2O3、55份铝粒(理论铝耗量的1.3倍)、15份铁粒和12份石灰的第二个冶炼周期混合料，重复还原过程的操作；与此同时，精炼炉出渣完成后，将下层熔融钒铁合金倾倒于浇铸模具中自然冷却，得到第一个冶炼周期的钒铁合金锭。出铁完毕后的精炼炉及时装入含有50份V2O5、5份铝粒和0.5份铁粒的混合料，用于接收还原炉第二批原料反应结束后的熔融初级合金，如此循环直至电炉检修或更换。
经上述操作，弃渣平均钒含量约为0.34％，单位电耗为1000kWh/吨，单位铝耗为553kg/吨，钒铁合金中钒、铝质量含量分别为51.0％和0.15％，渣中钒损比例为0.67％。
对比例
分别将原料100份V2O5、50份铝粒、13份铁粒和10份石灰混匀后，在直筒炉中通电引弧进行电铝热反应，在给电功率为500kW/吨的条件下，持续通电50min后渣中钒含量为1.58％，待给电功率为500kW/吨的条件下，持续通电30min后渣中钒含量降低至1.50％。停止通电，冷却后得钒铁合金锭。
经上述操作，钒铁冶炼单位电耗为500kWh/吨，单位铝耗为735k/吨，冷渣中钒含量为1.43％，钒铁合金中钒、铝质量含量分别为80.6％和1.25％，渣中钒损比例为3.18％。

Claims (12)

1.钒铁合金的冶炼方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、将冶炼原料加入还原炉中进行还原冶炼，冶炼结束后出渣；所述冶炼原料实际配铝量为理论铝耗量的1.00～1.35倍；所述出渣时渣中钒含量为0.1～1.2%；
b、将出渣后的熔融初级合金加入精炼炉中与精炼混合料进行精炼，精炼结束后出渣；
c、将出的含钒熔渣返回还原炉中与下一周期冶炼原料重复步骤a、b；将出渣后的熔融钒铁合金倒入模具中冷却，得到上一周期钒铁合金锭；控制每个周期综合实际配铝量为理论铝耗量的0.9～1.0倍。
2.根据权利要求1所述的钒铁合金的冶炼方法，其特征在于：步骤a中，所述冶炼原料为钒氧化物、铝粒、铁粒和石灰；所述钒氧化物、铝粒、铁粒、石灰的重量比为100﹕55～70﹕13～17﹕5～15；所述钒氧化物为V2O5、V2O3或两者的混合物。
3.根据权利要求1或2所述的钒铁合金的冶炼方法，其特征在于：步骤a中，所述冶炼原料一次性加入还原炉或分批次加入还原炉。
4.根据权利要求3所述的钒铁合金的冶炼方法，其特征在于：步骤a中，当冶炼原料分批次加入还原炉时，则随着冶炼原料批次的增加，配铝量逐渐降低。
5.根据权利要求1所述的钒铁合金的冶炼方法，其特征在于：步骤a中，分批次加入原料时，当实际配铝量为理论铝耗量的1.25～1.35倍时，控制出渣时渣中钒含量为0.1～0.4%；当实际配铝量为理论铝耗量的1.15～1.25倍时，控制出渣时渣中钒含量为0.3～0.7%；当实际配铝量为理论铝耗量的1.05～1.15倍时，控制出渣时渣中钒含量为0.5～0.9%；当实际配铝量为理论铝耗量的1.00～1.05倍时，控制出渣时渣中钒含量为0.8～1.2%。
6.根据权利要求1所述的钒铁合金的冶炼方法，其特征在于：步骤a中，所述出渣控制出渣量占总渣量的70～90%。
7.根据权利要求1或6所述的钒铁合金的冶炼方法，其特征在于：步骤a中，当冶炼原料分批次加入还原炉时，则分批次出渣。
8.根据权利要求1所述的钒铁合金的冶炼方法，其特征在于：步骤b中，所述精炼混合料为V2O5、铝粒和铁粒。
9.根据权利要求8所述的钒铁合金的冶炼方法，其特征在于：步骤b中，所述精炼混合料中V2O5、铝粒和铁粒的重量比为10～50﹕0～10﹕0～2。
10.根据权利要求1、8、9任一项所述的钒铁合金的冶炼方法，其特征在于：步骤b中，所述精炼混合料与熔融初级合金的重量比为1﹕2.5～4.0。
11.根据权利要求1所述的钒铁合金的冶炼方法，其特征在于：步骤c中，所述下一周期的冶炼原料的配铝系数与上一周期相同，同时需根据返回还原炉的含钒熔渣中钒含量额外添加所需理论铝耗量的1.0～1.2倍还原剂铝；所述下一周期的冶炼原料的其他物料配比与上一周期步骤a相同。
12.根据权利要求1所述的钒铁合金的冶炼方法，其特征在于：步骤a中所述还原冶炼的单位电耗为500～1200kWh/吨；步骤b中所述精炼的单位电耗为600～1300kWh/吨。
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