CN111235331A - 一种硅锰钒复合合金的生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种硅锰钒复合合金的生产方法，属于金属冶炼技术领域，本发明以含钒钢渣、锰矿和硅石为原料，加入适量的溶剂，在矮炉身矿热炉中埋弧冶炼。可将含钒钢渣中90％的钒富集在合金中得硅锰钒复合合金，对含钒钢渣进行了很好的利用，且生产工艺简单、可操作性强，生产成本低，便于在工业生产中展开。

Description

一种硅锰钒复合合金的生产方法
技术领域
本发明属于金属冶炼技术领域，特别是涉及到一种采用含钒钢渣、锰矿石以及硅石为原料生产硅锰钒复合合金的方法。
背景技术
钒有“万能合金”之称，约85％的钒最终应用于钢铁行业，剩余15％分散应用于化工和储能电池等行业。在钢铁中添加少量的钒可以细化钢的组织和晶粒，提高晶粒粗化温度，从而起到增加钢的强度、韧性和耐磨性的作用。
加入少量钒使硅锰钢合金化。可以在提高强度的同时保持塑性和韧性。由于目前大力发展高强度用钢：高强度钢管、高强螺纹钢及高速轨道用钢的生产，这个问题更加现实了。但是，用少量含有必要合金化元素的铁合金使钢合金化，会使冶炼工艺变得复杂，增加钒的烧损。使用标准钒铁还增加钢的成本。这个缺点，可借采用新的硅锰钒复合合金而在很大程度上消除。该合金含45％～55％锰，10％～15％硅，1％～5％钒，熔点为1200℃～1210℃，所以，可以把它作为合金化元素加在钢水包中。
钒合金传统生产方法分为三步：
1、以钒钛磁铁矿为原料，经选矿富集后，通过高炉炼出含钒铁水，再经过雾化炉或转炉吹炼提取钒渣。
2、钒渣经粉碎后配加钠盐(纯碱、食盐或无水芒硝)进行氧化钠化焙烧，使钒成为可溶的偏钒酸钠(NaVO3)，浸取净化后加硫酸铵沉淀出多钒酸铵[(NH4)2V6O16]，再经脱氨熔化，铸成片状五氧化二钒。要求成分为V2O597％～99％，P＜0.05％，S＜0.05％，Na2O+K2O＜1.5％。此外也从含钒铁精矿或含钒炭质页岩直接通过化学处理提取五氧化二钒。
3、最后以五氧化二钒为原料，通过推板窑或电弧炉冶炼成氮化钒铁或标准钒铁。
由于钒合金传统生产方法工序长且复杂，钒的综合回收率仅为50％左右。
因此，现有技术中亟需一种新的技术方案来解决这一问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种硅锰钒复合合金的生产方法，以含钒钢渣、锰矿和硅石为原料，加入适量的溶剂，在矮炉身矿热炉中埋弧冶炼。可将含钒钢渣中90％的钒富集在合金中得硅锰钒复合合金，对含钒钢渣进行了很好的利用，且生产工艺简单、可操作性强，生产成本低，便于在工业生产中展开。
一种硅锰钒复合合金的生产方法，其特征是：包括以下步骤，且以下步骤顺次进行，
步骤一、取化学成分百分含量为Mn≧28％、Mn/Fe≧6.0以及P≦0.06％的锰矿石，化学成分百分含量为V2O5>1％、SiO2<24％以及P<0.5％的钒渣，以及固定碳含量为75wt％～85wt％的碳质还原剂混合，获得混合炉料；
步骤二、取矮炉身矿热炉，向炉底中加入100mm～300mm厚焦炭，送电引弧后，像炉内加入步骤一获得的混合炉料，根据炉型选择二次电压及送电制度，待达到计划用电量，开炉眼，渣铁混合流出，将炉渣和铁水分离后，获得含钒硅锰铁水。
所述步骤一中选取锰矿石的粒度小于80mm，水分含量占比小于6％。
所述步骤一中选取钒渣的粒度小于20mm，钒渣的具体成分为CaO 2％～50％、SiO28％～24％、TFe 7％～30％、MgO 4％～11％、V2O5 1％～20％、P<0.5％、MnO 1％～2％、Al2O3 1％～7％、TiO2 0.30％～0.50％，其中金属铁的含量小于19％。
所述步骤一中碳质还原剂为焦炭或兰炭，碳质还原剂的粒度小于80mm，其中粒度小于20mm的为还原剂，粒度20mm～80mm用于在电弧燃烧区形成残碳层。
所述步骤二中的矮炉身矿热炉的炉衬采用碳质材料砌筑。
所述步骤二中矿热炉的变压器功率为1800KVA～33000KVA，电压为73V～180V。
所述步骤二中出炉熔渣温度为1500℃～1550℃，为五元渣系CoO-MgO-Al2O3-SiO2-TiO2，铁水出炉温度为1450℃～1500℃。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：一种硅锰钒复合合金的生产方法，以含钒钢渣、锰矿和硅石为原料，加入适量的溶剂，在矮炉身矿热炉中埋弧冶炼。可利用低级的碳质还原剂，其中粒度0--20mm的用作还原剂，粒度为20--80的用于在电弧燃烧区形成“残碳层”，根据电炉容量定时放铁排渣，分离炉渣和铁水，铁水冷却后即为硅锰钒复合合金。
本发明的进一步有益效果在于：
1、本工艺采用矿热炉埋弧冶炼，可以实现连续加料，定时出铁、渣，实现连续作业并使生产效率提高；
2、本工艺与传统的含钒生铁生产工艺相比，工艺流程短，成本大幅降低，清洁环保；
3、碳将钒渣中的V2O5还原到硅锰合金中得到硅锰钒复合合金，便于替代标准钒铁用于钒微合金化的高强钢生产，钒利用率可达99％，锰为94％；
4、生产工艺简单、可操作性强，生产成本低，便于在工业生产中开展；
5、具有十分重要的社会效益、环境效益和显著的经济效益。
具体实施方式
一种硅锰钒复合合金的生产方法，取化学成分百分含量为Mn≧28％、Mn/Fe≧6.0以及P≦0.06％的锰矿石，化学成分百分含量为V2O5>1％、SiO2<24％以及P<0.5％的钒渣，以及固定碳含量为75wt％～85wt％的碳质还原剂混合，获得混合炉料；首次开炉送电前向电炉炉底中加入100mm～300mm厚焦炭，送电引弧，焦炭作为初始碳层。送电后缓慢加入混合炉料，根据炉型选合适的二次电压及送电制度，待达到计划用电量时，即可开眼渣铁混出。渣铁分离后得到符合要求的含含钒硅锰铁水。硅锰铁水含钒量可根据使用要求，通过原料结构予以调整。
本发明中碳质还原剂的用量，根据FeO等计划还原量予以调整。只有配炭准确才得到合格的含钒硅锰合金，如果碳质还原剂的用量不够，将影响钒的还原，得不到合格的含钒硅锰合金；如果碳质还原剂的用量太多，会加重TiO2、SiO2的还原和低价钛的形成，导致炉底上涨。
碳质还原剂中的固定碳为75wt％～85wt％。具体的，碳质还原剂为焦粒、焦粉、兰炭粒，其中，粒度为小于80mm。其中粒度小于20mm的用作还原剂，粒度为20mm～80mm的用于在电弧燃烧区形成“残碳层”，两者比例关系到电弧高温放电功率。
通过控制电炉变压器的功率以及电压可以改变冶炼时间及产量。由于不同电炉变压器的功率不同，则对应的电压不同，本工艺电炉变压器的功率可以为1800kVA～66000kVA，对应的电压则为73V～200V。实际操作过程中，如果电炉变压器的功率不在本范围内，可以根据实际情况调节相应的电压。
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，并不因此将本方法限制在所述的实施例范围之中
实施例1
混合炉料的百分含量选择如下表1所示：
Mn V<sub>2</sub>O<sub>5</sub> SiO<sub>2</sub> CaO MgO FeO TiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> P
锰 矿 40 - 26.82 3.21 0.68 1.5 - 8.95 0.19
钒 渣 17.32 11.99 20.33 1.75 6.63 33.67 15.77 2.68 0.62
焦炭灰份 41.0 2.3 0.6 27.0 - 20.5 0.23
硅石 97 1.0 0.5 0.46 - 1.7 -
表1
先在1800KVA电炉空炉中，加入垫底焦碳2000kg；按钒渣400份，锰矿600份，10mm～25mm粒度焦炭236份，硅石47份以及石灰石90份的料批比例充分搅拌均匀后加入到炉内；调整电炉变压器(功率为1800kVA)二次输出电压至最低档73V；通电后一次电流由10A缓慢增加到120A，6小时后出炉；出炉后的渣铁分离，得到渣和硅锰钒复合合金。
获得的复合合金的具体成分如下表2所示，
产品成份 Fe V Ti P C Si Mn Cr 合计
硅锰钒 25.5 4.5464 0.7 0.4017 2.5 14 49.41 3.58 100.67
表2
生产指标为，锰矿钒渣综合矿耗：1.879t/t，冶炼用电3400度电，动力用电150度电，电极糊：30公斤/吨，4小时～6小时出一炉。
得出结论为，假如12500KVA矿热炉日耗电30万度电，日产则为88吨，16500KVA矿热炉日耗电36万度电，日产则为106吨。
获得渣型为，渣铁比：0.768，三元碱度：0.71，具体如下表3所示，
V<sub>2</sub>O<sub>5</sub> MnO FeO TiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO SiO<sub>2</sub> Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub> P 合计
1.174 5.86 1.32 13.92 15.76 17.44 7.49 34.99 1.703 0.13 99.78
表3
实施例2
混合炉料的百分含量选择如下表4所示：
Figure BDA0002370784130000051
表4
先在1800KVA电炉空炉中，加入垫底焦碳2000kg；按钒渣150份，锰矿500份，粒度为10mm～25mm焦炭170份，硅石110份以及石灰石90份的料批比例，充分搅拌均匀后加入到炉内；调整电炉变压器(功率为1800kVA)二次输出电压至最低档73V；通电后一次电流由10A缓慢增加到120A，6小时后出炉；出炉后的渣铁分离，得到渣和硅锰钒复合合金。
复合合金的具体含量如下表5所示，
产品成份 Fe V Ti P C Si Mn Cr 合计
硅锰钒 25.5 4.0 0.7 0.4017 2.5 15 53.5 3.0 100.67
表5
生产指标为，锰矿钒渣综合矿耗：1.73t/t，冶炼用电3400度电，动力用电150度电，电极糊：30公斤/吨，4～6小时出一炉。锰回收率85·58％，钒回收率91.3％，渣铁比0.7。
得出结论为，假如12500KVA矿热炉日耗电30万度电，日产则为88吨，16500KVA矿热炉日耗电36万度电，日产则为106吨。
获得的渣型为，渣铁比：0.768三元碱度：0.7
具体渣型如下表6所示，
V2O5 MnO FeO TiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO SiO<sub>2</sub> Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub> P 合计
1.174 5.86 1.32 13.92 15.76 17.44 7.49 34.99 1.703 0.13 99.78
表6
以上所述仅为本发明优选的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种硅锰钒复合合金的生产方法，其特征是：包括以下步骤，且以下步骤顺次进行，
步骤一、取化学成分百分含量为Mn≧28％、Mn/Fe≧6.0以及P≦0.06％的锰矿石，化学成分百分含量为V2O5>1％、SiO2<24％以及P<0.5％的钒渣，以及固定碳含量为75wt％～85wt％的碳质还原剂混合，获得混合炉料；
步骤二、取矮炉身矿热炉，向炉底中加入100mm～300mm厚焦炭，送电引弧后，像炉内加入步骤一获得的混合炉料，根据炉型选择二次电压及送电制度，待达到计划用电量，开炉眼，渣铁混合流出，将炉渣和铁水分离后，获得含钒硅锰铁水。
2.根据权利要求1所述的一种硅锰钒复合合金的生产方法，其特征是：所述步骤一中选取锰矿石的粒度小于80mm，水分含量占比小于6％。
3.根据权利要求1所述的一种硅锰钒复合合金的生产方法，其特征是：所述步骤一中选取钒渣的粒度小于20mm，钒渣的具体成分为CaO 2％～50％、SiO2 8％～24％、TFe 7％～30％、MgO 4％～11％、V2O5 1％～20％、P<0.5％、MnO 1％～2％、Al2O31％～7％、TiO20.30％～0.50％，其中金属铁的含量小于19％。
4.根据权利要求1所述的一种硅锰钒复合合金的生产方法，其特征是：所述步骤一中碳质还原剂为焦炭或兰炭，碳质还原剂的粒度小于80mm，其中粒度小于20mm的为还原剂，粒度20mm～80mm用于在电弧燃烧区形成残碳层。
5.根据权利要求1所述的一种硅锰钒复合合金的生产方法，其特征是：所述步骤二中的矮炉身矿热炉的炉衬采用碳质材料砌筑。
6.根据权利要求1所述的一种硅锰钒复合合金的生产方法，其特征是：所述步骤二中矿热炉的变压器功率为1800KVA～33000KVA，电压为73V～180V。
7.根据权利要求1所述的一种硅锰钒复合合金的生产方法，其特征是：所述步骤二中出炉熔渣温度为1500℃～1550℃，为五元渣系CoO-MgO-Al2O3-SiO2-TiO2，铁水出炉温度为1450℃～1500℃。
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