CN110373603A - 钒铝合金细粉用于钒铁喷吹精炼的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及钒合金冶炼方法领域，尤其是一种提高钒铁喷吹精炼效率，从而降低渣中钒含量、提高钒铁冶炼钒收率的钒铝合金细粉用于钒铁喷吹精炼的方法，包括如下步骤：a、称按照钒铝合金细粉与铝粉的质量比为0.4～0.6的比例混合均匀制成喷吹料粉，混合后的喷吹料粉在喷吹精炼前先加入至喷吹料罐内备用；b、按照电铝热法制备钒铁合金的方法进行配料，以及前段加料和通电冶炼；c、惰性气体作为喷吹载气，完毕后通电精炼；d、炉体静置冷却、合金饼水淬以及破碎，最后即得钒铁合金。本发明方法可提高钒铁喷吹精炼效率，降低渣中钒含量、提高钒铁冶炼钒收率，达到了高效回收利用来自钒铝车间的钒铝合金细粉的目的。本发明尤其适用于钒合金制备之中。

Description

钒铝合金细粉用于钒铁喷吹精炼的方法
技术领域
本发明涉及钒合金冶炼方法领域，尤其是一种钒铝合金细粉用于钒铁喷吹精炼的方法。
背景技术
钒铁作为一种钢铁中常见的合金元素添加剂，可有效提高钢材制品的韧性、强度以及耐磨性，其作用机制为：钒能与钢中的碳和氮发生反应，生成小而硬的难熔金属碳化物和氮化物，这些化合物能起到细化剂和沉淀强化剂的作用，细化钢的组织和晶粒，提高晶粒的粗化温度，从而降低过热敏感性，提高钢材综合性能。直筒炉电铝热法冶炼钒铁工艺在冶炼过程中都会采用喷吹精炼技术来促进渣中残余钒氧化物的还原。
钒铁冶炼的喷吹精炼原理是：当炉料充分完成铝热反应后，用精炼炉进行电极加热精炼，使其熔渣呈熔融状态，然后停止加热，迅速将铝粉和铁粉的混合物用惰性气体在高压气流状态下进行喷射进入到熔渣中，同时旋转喷吹枪头或炉体，使喷吹料与熔渣充分混和，利用熔渣的高温条件来继续还原熔渣中尚未被还原的钒氧化物。喷吹完成后再次进行电极加热精炼，对熔融态渣层充分搅拌和对炉渣进一步精炼，使其熔渣中残留的金属钒再次沉降。喷吹精炼工艺主要是通过有效地改善反应热力学和动力学条件，来提高钒的回收率。但是，该工艺过程主要存在的问题是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。
考虑到在钒铝合金破碎过程中会产生大量钒铝细粉(粒度≤1mm)及钒铝残合金，钒铝合金细粉通常有两种途径进行利用：(1)作为铺底料进行回炉利用；(2)将细粉加入到真空感应炉中，进行真空感应炉重熔精炼。由于钒铝细粉(粒度≤1mm)及残合金在作为铺底料的过程中与其他粉状物料(钒氧化物、金属铝等)一起在堆积，在堆积料中颗粒粒度不均且表面凹凸不平的钒铝细粉(粒度≤1mm)及钒铝残合金与其他粉状物料(钒氧化物、金属铝等)之间容易形成较大空隙，导致堆积的反应物中混入大量空气，在铝热法自蔓延燃烧过程中这部分空气受热膨胀并排出，造成获得的钒铝合金产物表层及内部有较多气孔和缝隙，外部容易渗入合金的孔隙中，形成大量钒的氮化层或氧化层，降低了钒铝合金成品率。此外，将钒铝合金细粉加入到真空感应炉中重熔精炼的处理方法能耗和成本都比较高，而且对设备性能和操作条件要求比较苛刻。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种提高钒铁喷吹精炼效率，从而降低渣中钒含量、提高钒铁冶炼钒收率的钒铝合金细粉用于钒铁喷吹精炼的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：钒铝合金细粉用于钒铁喷吹精炼的方法，包括如下步骤：a、首先，称取钒铝合金细粉和铝粉，并按照钒铝合金细粉与铝粉的质量比为0.4～0.6的比例混合均匀制成喷吹料粉，混合后的喷吹料粉在喷吹精炼前先加入至喷吹料罐内备用；b、按照电铝热法制备钒铁合金的方法进行配料，以及前段加料和通电冶炼；c、冶炼完毕后对喷吹料粉进行喷吹，其中，使用惰性气体作为喷吹载气，喷吹过程中采用喷枪位置固定而炉体旋转，或者采用炉体固定且喷枪沿炉体进行旋转的方式进行喷吹，喷吹完毕后通电精炼；d、精炼结束后进行炉体静置冷却、合金饼水淬以及破碎，最后即得钒铁合金。
进一步的是，步骤a中，钒铝合金细粉和铝粉在混料机中混合均匀制成喷吹料粉。
进一步的是，步骤a中，所述喷吹料中的铝粉的质量为冶炼过程中总铝量的1.5％～4.5％。
进一步的是，步骤a中，所述钒铝合金细粉为自蔓延铝热法制备钒铝合金过程中，破碎钒铝合金时产生的初始粒度在1mm以下的钒铝碎合金在筛分或粉碎之后所得的粉料。
进一步的是，步骤a中，铝粉的粒度分布范围为：0＜粒度≤300um范围为30～70％，以及300um＜粒度≤500um范围为30～70％。
进一步的是，步骤a中，粉状钒铝合金细粉的粒度分布范围为：0＜粒度≤300um范围为30～70％，以及300um＜粒度≤500um范围为30～70％。
进一步的是，步骤c中，喷吹载气为氮气。
进一步的是，步骤d中，当渣中残钒含量为1～2％时精炼结束。
本发明的有益效果是：本发明以一定比例的铝粉及钒铝合金细粉的混合物为喷吹物料，其中，钒铝合金细粉在渣层中熔融后形成均匀分布的合金液球，不仅可以充当捕集剂，诱导渣层中新生成的细小单质钒颗粒向其聚集长大，形成较大尺寸的合金球并快速沉降至下层合金液中。其次，钒铝合金细粉中的铝还能充当还原剂，实现渣中钒氧化物的深度脱除。本发明方法可提高钒铁喷吹精炼效率，降低渣中钒含量、提高钒铁冶炼钒收率，同时达到了高效回收利用来自钒铝车间的钒铝合金细粉的目的。本发明尤其适用于钒合金制备之中。
具体实施方式
钒铝合金细粉用于钒铁喷吹精炼的方法，包括如下步骤：a、首先，称取钒铝合金细粉和铝粉，并按照钒铝合金细粉与铝粉的质量比为0.4～0.6的比例混合均匀制成喷吹料粉，混合后的喷吹料粉在喷吹精炼前先加入至喷吹料罐内备用；b、按照电铝热法制备钒铁合金的方法进行配料，以及前段加料和通电冶炼；c、冶炼完毕后对喷吹料粉进行喷吹，其中，使用惰性气体作为喷吹载气，喷吹过程中采用喷枪位置固定而炉体旋转，或者采用炉体固定且喷枪沿炉体进行旋转的方式进行喷吹，喷吹完毕后通电精炼；d、精炼结束后进行炉体静置冷却、合金饼水淬以及破碎，最后即得钒铁合金。
本发明有效的解决了钒铁喷吹精炼过程中喷吹效率及冶炼钒收率低等的问题。其中，本发明十分成功的通过利用钒铝合金细粉在渣层中熔融后形成均匀分布的合金液球，并充当捕集剂，诱导渣层中新生成的细小单质钒颗粒向其聚集长大，形成较大尺寸的合金球并快速沉降至下层合金液中。另外，钒铝合金细粉中的铝还能充当还原剂，实现渣中钒氧化物的深度脱除。本发明方法可提高钒铁喷吹精炼效率，降低渣中钒含量、提高钒铁冶炼钒收率，同时达到了高效回收利用来自钒铝车间的钒铝合金细粉的目的，在将钒铝合金细粉用于钒铁喷吹精炼后，最终渣中全钒含量降低至1.4％以下，钒收率提升至97％以上。考虑到喷吹效果，钒铝合金细粉添加比例过大，则不利于还原渣中钒氧化物，比例过低，则对渣中钒颗粒起不到良好的诱导聚合-沉降效应，所以一般选钒铝合金细粉与铝粉的质量比为0.4～0.6的比例混合。
为了获得更为理想的喷吹效果，可以优选如下方案：步骤a中，钒铝合金细粉和铝粉在混料机中混合均匀制成喷吹料粉，从而获得混合效果更为理想的喷吹料粉。
如果铝粉比例过大，则喷吹前渣中钒含量过高，喷吹过程时间较短，由于铝粉密度小，部分铝粉未能与渣层中的钒氧化物反应而直接被从渣中逸出的气流带出，导致铝粉未能充分利用；铝粉比例过低，钒铝合金细粉虽然密度比铝粉大，但其中的能起到还原剂作用的铝的含量有限，从而喷入渣中降低渣中钒含量的能力较弱。优选步骤a中，所述喷吹料中的铝粉的质量为冶炼过程中总铝量的1.5％～4.5％。
为了更好的获得品质优良的钒铝合金细粉材料，优选在步骤a中，所述钒铝合金细粉为自蔓延铝热法制备钒铝合金过程中，破碎钒铝合金时产生的初始粒度在1mm以下的钒铝碎合金在筛分或粉碎之后所得的粉料。
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，为了生产过程的高品质，优选步骤a中，铝粉的粒度分布范围为：0＜粒度≤300um范围为30～70％，以及300um＜粒度≤500um范围为30～70％。
同时由于钒铝合金细粉粒度太小，起不到诱导捕集新生成的单质钒的作用；钒铝合金细粉粒度太大将影响氮气载粉输送过程，另一方面，粒度较大的钒铝合金细粉喷入渣层后沉降速度较快，细粉中的铝来不及与渣中钒氧化物反应就进入合金液中，容易造成钒铁合金中铝元素超标，为了生产过程的高品质，优步骤a中，粉状钒铝合金细粉的粒度分布范围为：0＜粒度≤300um范围为30～70％，以及300um＜粒度≤500um范围为30～70％。结合实践经验，一般生产实际情况可知，钒铝合金细粉中V含量在45％～90％，Al含量为10％～55％。一般优选步骤c中，喷吹载气为氮气。步骤d中，当渣中残钒含量为1～2％时精炼结束。
实施例
下面通过对比例以及实施本发明的方法后得到的实施案例进行比对说明。
对比例1
采用300kg V2O5(全钒含量＝55％)及2300kg V2O3(全钒含量＝64％)为原料进行钒铁冶炼。冶炼前分别进行配料，300kg V2O5配加150kg铝粉(纯度99.7％)、50kg铁粒(纯度96％)及40kg石灰(CaO含量92％)，为第一部分点火引弧用物料；后续2300kg V2O3共配加1217kg铝粉(纯度99.7％)、359kg铁粒(纯度97％)及150kg石灰(CaO含量92％)，为第二部分物料。第一部分物料先加入炉内，点火引弧，后续再加入第二部分物料，冶炼过程总通电冶炼时间为95min。
以第一部分物料和第二部分物料为原料总共通电冶炼95min后钒铁炉内形成了熔池，此时停止通电并将冶炼炉移动至喷吹精炼工位进行喷吹，喷吹料为25kg铝粉(粒度分布0-300μm 70％、300-500μm 30％，纯度99.7％)，喷吹过程中炉体转速为2r/min。喷吹结束后将钒铁炉移动至通电精炼工位，继续以电压128V、电流11300A通电精炼15min。精炼结束时，冶炼渣中全钒含量1.7％，冶炼钒收率(以钒铁合金质量计)96.1％，钒铁合金成分合格。
实施例1
采用300kg V2O5(全钒含量＝55％)及2300kg V2O3(全钒含量＝64％)为原料进行钒铁冶炼。冶炼前分别进行配料，300kg V2O5配加150kg铝粉(纯度99.7％)、50kg铁粒(纯度96％)及40kg石灰(CaO含量92％)，为第一部分点火引弧用原料；后续2300kg V2O3共配加1217kg铝粉(纯度99.7％)、359kg铁粒(纯度97％)及150kg石灰(CaO含量92％)，为第二部分原料。第一部分物料先加入炉内，点火引弧，后续再加入第二部分物料，冶炼过程总通电冶炼时间为95min。
以第一部分物料和第二部分物料为原料总共通电冶炼95min后钒铁炉内形成了熔池，此时停止通电并将冶炼炉移动至喷吹精炼工位进行喷吹，喷吹料为37.5kg混合料，其组成为25kg铝粉(粒度分布0-300um 70％、300-500um 30％，纯度99.7％)与12.5kg钒铝合金细粉(粒度分布0-300um 70％、300-500um 30％，V含量45％，Al含量55％)，喷吹过程中炉体转速为2r/min。喷吹结束后继续以电压128V、电流11300A通电精炼15min。精炼结束时，冶炼渣中残钒含量1.4％，冶炼钒收率(以钒铁合金质量计)97.0％，钒铁合金成分合格。
实施例2
采用300kg V2O5(全钒含量＝55％)及2300kg V2O3(全钒含量＝64％)为原料进行钒铁冶炼。冶炼前分别进行配料，300kg V2O5配加150kg铝粉(纯度99.7％)、50kg铁粒(纯度96％)及40kg石灰(CaO含量92％)，为第一部分点火引弧用原料；后续2300kg V2O3共配加1217kg铝粉(纯度99.7％)、359kg铁粒(纯度97％)及150kg石灰(CaO含量92％)，为第二部分原料。第一部分物料先加入炉内，点火引弧，后续再加入第二部分物料，冶炼过程总通电冶炼时间为95min。
以第一部分物料和第二部分物料为原料总共通电冶炼95min后钒铁炉内形成了熔池，此时停止通电并将冶炼炉移动至喷吹精炼工位进行喷吹，喷吹料为37.5kg混合料，其组成为25kg铝粉(粒度分布0-300um 70％、300-500um 30％，纯度99.7％)与12.5kg钒铝合金细粉(粒度分布0-300um 70％、300-500um 30％，V含量90％，Al含量10％)，喷吹过程中炉体转速为2r/min。喷吹结束后继续以电压128V、电流11300A通电精炼15min。精炼结束时，冶炼渣中全钒含量1.3％，冶炼钒收率(以钒铁合金质量计)97.1％，钒铁合金成分合格。
实施例3
采用300kg V2O5(全钒含量＝55％)及2300kg V2O3(全钒含量＝64％)为原料进行钒铁冶炼。冶炼前分别进行配料，300kg V2O5配加150kg铝粉(纯度99.7％)、50kg铁粒(纯度96％)及40kg石灰(CaO含量92％)，为第一部分点火引弧用物料；后续2300kg V2O3共配加1217kg铝粉(纯度99.7％)、359kg铁粒(纯度97％)及150kg石灰(CaO含量92％)，为第二部分物料。第一部分物料先加入炉内，点火引弧，后续再加入第二部分物料，冶炼过程总通电冶炼时间为95min。
以第一部分物料和第二部分物料为原料总共通电冶炼95min后钒铁炉内形成了熔池，此时停止通电并将冶炼炉移动至喷吹精炼工位进行喷吹，喷吹料为40kg混合料，其组成为25kg铝粉(粒度分布0-300um 70％、300-500um 30％，纯度99.7％)与15kg钒铝合金细粉(粒度分布0-300um 70％、300-500um 30％，V含量45％，Al含量55％)，喷吹过程中炉体转速为2r/min。喷吹结束后继续以电压128V、电流11300A通电精炼15min。精炼结束时，冶炼渣中全钒含量1.2％，冶炼钒收率(以钒铁合金质量计)97.4％，钒铁合金成分合格。
通过上述案例的比对，可以得到，本发明的技术效果优势十分明显，市场推广前景十分广阔。

Claims (9)

1.钒铝合金细粉用于钒铁喷吹精炼的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、首先，称取钒铝合金细粉和铝粉，并按照钒铝合金细粉与铝粉的质量比为0.4～0.6的比例混合均匀制成喷吹料粉，混合后的喷吹料粉在喷吹精炼前先加入至喷吹料罐内备用；
b、按照电铝热法制备钒铁合金的方法进行配料，以及前段加料和通电冶炼；
c、冶炼完毕后对喷吹料粉进行喷吹，其中，使用惰性气体作为喷吹载气，喷吹过程中采用喷枪位置固定而炉体旋转，或者采用炉体固定且喷枪沿炉体进行旋转的方式进行喷吹，喷吹完毕后通电精炼；
d、精炼结束后进行炉体静置冷却、合金饼水淬以及破碎，最后即得钒铁合金。
2.如权利要求1所述的钒铝合金细粉用于钒铁喷吹精炼的方法，其特征在于：步骤a中，钒铝合金细粉和铝粉在混料机中混合均匀制成喷吹料粉。
3.如权利要求1或2所述的钒铝合金细粉用于钒铁喷吹精炼的方法，其特征在于：步骤a中，所述喷吹料中的铝粉的质量为冶炼过程中总铝量的1.5％～4.5％。
4.如权利要求1或2所述的钒铝合金细粉用于钒铁喷吹精炼的方法，其特征在于：步骤a中，所述钒铝合金细粉为自蔓延铝热法制备钒铝合金过程中，破碎钒铝合金时产生的初始粒度在1mm以下的钒铝碎合金在筛分或粉碎之后所得的粉料。
5.如权利要求1或2所述的钒铝合金细粉用于钒铁喷吹精炼的方法，其特征在于：步骤a中，铝粉的粒度分布范围为：0＜粒度≤300um范围为30～70％，以及300um＜粒度≤500um范围为30～70％。
6.如权利要求1或2所述的钒铝合金细粉用于钒铁喷吹精炼的方法，其特征在于：步骤a中，粉状钒铝合金细粉的粒度分布范围为：0＜粒度≤300um范围为30～70％，以及300um＜粒度≤500um范围为30～70％。
7.如权利要求1或2所述的钒铝合金细粉用于钒铁喷吹精炼的方法，其特征在于：步骤c中，喷吹载气为氮气。
8.如权利要求1或2所述的钒铝合金细粉用于钒铁喷吹精炼的方法，其特征在于：步骤d中，当渣中残钒含量为1～2％时精炼结束。
9.如权利要求1或2所述的钒铝合金细粉用于钒铁喷吹精炼的方法，其特征在于：步骤a中，钒铝合金细粉中V含量在45％～90％，Al含量为10％～55％。
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