CN113151730A - 钒铁合金的炉外冶炼方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及冶金技术领域，特别涉及钒铁合金的炉外冶炼方法。本发明为解决现阶段冶炼钒铁合金工艺周期长、能耗高、钒回收率低和质量不稳定的技术问题，提供了一种钒铁合金的炉外冶炼方法，具体包括：a.采用干法炉筒打结工艺处理炉筒；b.将冶炼炉料混合均匀，投放至冶炼炉内并开始冶炼；c.喷吹精炼：反应结束后，电加热然后喷吹精炼，喷吹精炼结束之后再次电加热；d.再次电加热结束后，镇静、水淬，获得FeV80合金产品。本发明所得钒铁合金产品符合国家标准GB/T 4139‑2012，钒回收率保持在98％以上。同时，本发明还具有铝耗低、能耗低、工艺流程简单、产品质量稳定的特点，具有良好的经济效益和应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，特别涉及钒铁合金的炉外冶炼方法。
背景技术
全球钒产量的80％以上用于钢铁工业，并且多以钒铁合金的形式加入到钢铁中。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，提高钢材制品的韧性、强度以及耐磨性。
目前，国内冶炼钒铁合金的主要方法是电铝热法，将配制好的原料投入电弧炉之中通电引弧发生氧化还原反应，并配入一定量的造渣剂，降低热渣熔点，提高流动性，促进合金沉降。为促进氧化钒更加彻底沉降至合金，通常会配入过量的铝，配铝系数达到1.02～1.05，热渣中仍然有3％～5％左右的残钒，回收率仅有95％左右，若进一步提高配铝，则会造成过量的铝直接沉降至合金之间中造成产品质量不合格。采用传统的电铝热法，不仅存在能耗高、冶炼周期长、工艺过程复杂等不足，而且钒的回收率处于低位水平。
使用常规炉外法冶炼时，是从冶炼炉的上部或下部点火冶炼，直至冶炼结束，最后出钢获得产品，工序简单，周期短，能耗低。但是，常规炉外法使用的填料通常是一次性的，且由于技术指标较低，通过常规炉外法所得的产品往往会出现质量不稳定的问题。
因此，需要开发一种同时具备冶炼周期短、能耗低特点，且质量稳定、钒回收率高的冶炼钒铁合金的工艺。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：现有冶炼钒铁合金工艺周期长、能耗高、钒回收率低和质量不稳定的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：提供一种钒铁合金的炉外冶炼方法，包括以下步骤：
a.炉体准备：采用干法炉筒打结工艺处理炉筒，在炉筒中形成打结层，然后在炉底均匀铺一层厚度为10～30mm的合金细粉；所述合金细粉是含钒量在50～80％的钒铁合金；
b.混料和冶炼：将冶炼炉料混合均匀，投放至冶炼炉内；将铝粉均匀铺在所述冶炼炉料表面，冶炼炉料中心放置引火剂；冶炼开始时点燃引火剂，开始反应；所述冶炼炉料包括三氧化二钒、五氧化二钒、铝粒、铁屑、石灰和返回料；所述返回料是合金细粉和/或炉渣；所述冶炼炉料、铝粉和引火剂的重量比是1:3～5:0.1～0.2；
c.喷吹精炼：反应结束后，电加热5～10min，然后向冶炼炉内喷吹精炼料；喷吹结束之后，再次电加热25～30min；所述喷吹的时间持续1～3min；所述精炼料为硅铁粉与铝粉的混合物；所述精炼料与所述冶炼炉料之间的重量比是1:90～100；
d.获得FeV80合金：步骤c所述的再次电加热结束后，将冶炼炉镇静、水淬，翻炉取出合金饼，合金饼即FeV80合金产品。
进一步地，步骤a所述干法炉筒打结工艺是：在炉体中填充镁砂与刚玉渣并振实，通过1～2mm厚的冷轧铁皮固定所述镁砂与刚玉渣；所述镁砂与所述刚玉渣的用量配比范围是1:4～4.5。
进一步地，步骤a所述打结层的厚度是75～85mm。
进一步地，所述合金细粉的粒径小于10mm。
进一步地，步骤b所述冶炼炉料的成分，按重量计，分别是：三氧化二钒4～9份、五氧化二钒27～29份、铝粒16～17份、铁屑3.5～4份、石灰1～2份、返回料6～8份。
进一步地，步骤b所述返回料中，所述合金细粉的粒径小于10mm，所述炉渣的粒径小于12mm；所述炉渣的成分包括85％Al2O3、5％CaO和8～9％MgO。
进一步地，步骤b所述反应的反应时间控制在1～2min。
进一步地，步骤c所述精炼料为硅铁粉与铝粉的混合物；所述硅铁粉粒度小于1mm，所述铝粉粒度低于60目。
进一步地，所述铝粉与所述硅铁粉的质量比为10～12:1；所述铝粉质量为70kg～100kg。
本发明的有益效果为：以本发明所述炉外法钒铁合金冶炼方法所得的钒铁产品，是平均品位在80％左右的FeV80合金，所得钒铁产品合金中铝含量不超过1.3％，热渣残钒低于1％，符合国家标准GB/T 4139-2012；通过开展大规模工业试验发现，钒回收率保持在98％以上。本发明具有铝耗低、能耗低、工艺流程简单、产品质量稳定的特点，具有良好的经济效益和应用前景。
具体实施方式
本发明提供一种高钒铁冶炼工艺，包括以下步骤：
a.炉体准备：采用干法炉筒打结工艺处理炉筒，在炉筒中形成打结层，然后在炉底均匀铺一层厚度为10～30mm的合金细粉；所述合金细粉是含钒量在50～80％的钒铁合金；
b.混料和冶炼：将冶炼炉料混合均匀，投放至冶炼炉内；将铝粉均匀铺在所述冶炼炉料表面，冶炼炉料中心放置引火剂；冶炼开始时点燃引火剂，反应时间控制在1～2min；所述冶炼炉料包括三氧化二钒、五氧化二钒、铝粒、铁屑、石灰和返回料；所述返回料是合金细粉和/或炉渣；所述冶炼炉料、铝粉和引火剂的重量比是1:3～5:0.1～0.2；
c.喷吹精炼：反应结束后，电加热5～10min，然后向冶炼炉内喷吹精炼料；喷吹结束之后，再次电加热25～30min；所述喷吹的时间持续1～3min；所述精炼料为硅铁粉与铝粉的混合物；所述精炼料与所述冶炼炉料之间的重量比是1:90～100；
d.获得FeV80合金：步骤c所述的再次电加热结束后，将冶炼炉镇静、水淬，翻炉取出合金饼，合金饼即FeV80合金产品。
进一步地，步骤a所述干法炉筒打结工艺是：在炉体中填充镁砂与刚玉渣并振实，通过1～2mm厚的冷轧铁皮固定所述镁砂与刚玉渣；所述镁砂与刚玉渣的用量配比范围是1:4～4.5，为降低生产成本，尽可能少用镁砂。其中，所述镁砂是96电熔镁砂。干法炉筒打结的突出特点是不用烘烤即可使用；炼制结束后，填料可以循环使用，不仅缩短了流程，而且节约了成本。
进一步地，步骤a所述打结层的厚度是75～85mm，优选为80mm；打结层的直径范围是2000～2100mm。打结层保持合适的厚度，能确保冶炼炉的安全，在冶炼过程不出现泄漏。步骤a所述合金细粉的粒径超过10mm时，或厚度超出10～30mm范围时，炉筒打结不会致密，易造成漏炉，严重影响产品质量。
进一步地，步骤a所述合金细粉的作用是，向炉底铺一层合金细粉可以通过细粉吸收反应热量，降低炉底温度，以减少对炉底的侵蚀，同时，可以有效控制熔渣中MgO含量，降低熔渣粘度，更加有利于合金颗粒的沉降，从而提高钒回收率。
进一步地，步骤b所述冶炼炉料，按质量计，包括：三氧化二钒4～9份、五氧化二钒27～29份、铝粒16～17份、铁屑3.5～4份、石灰1～2份和返回料6～8份。本发明通过调整三氧化二钒与五氧化二钒的搭配比例实现炉外法冶炼，利用五氧化二钒冶炼高钒铁有富余的热量和三氧化二钒冶炼高钒铁热量不足的特点，适当调配比例，充分利用富余热量参与冶炼，在保证产品质量稳定的同时，降低了能耗。
其中，所述炉渣的成分包括85％Al2O3、5％CaO和8～9％MgO。所述合金细粉的粒径小于10mm，所述炉渣的粒径小于12mm；返回料作为冷却剂，可以确保反应过程平稳。
进一步地，步骤b所述引火剂包括氯酸钾和/或木屑；优选为氯酸钾。氯酸钾和木屑均易于操作，利于降低成本。铝粉与氯酸钾反应放热，起点火作用。
步骤b所述反应时间限定为1～2min，是为了保证产品的表面质量，点火时间越长，对产品表面质量影响越大。
步骤b所述冶炼炉料、铝粉和引火剂的重量比是1:3～5:0.1～0.2，是为了铝热反应更充分，释放的热量足够熔融冶炼炉料，为下一步操作做好准备。
进一步地，步骤c中电加热的目的是持续为熔渣补充热量，使熔渣持续保持熔融状态，使熔渣中的合金微粒最大限度沉降。电加热时间限定是要保证降低渣中合金，同时控制能耗。
进一步地，步骤c所述精炼料为硅铁粉与铝粉的混合物；所述硅铁粉粒度小于1mm，所述铝粉粒度低于60目，硅铁粉与铝粉的质量比为10～12:1。限制硅铁粉与铝粉的粒度是为了确保有良好的喷吹效果，同时防止粒度太粗而堵塞喷嘴，粒度低可以提高喷吹质量，进而提升产品质量；铝粉过量，会导致合金品级下降。
步骤c中限定喷吹时间是为了提高喷枪使用寿命。
步骤c所述精炼料与所述冶炼炉料之间的重量比是1:90～100，通过喷吹工艺，将铝粉与硅铁粉的混合物喷吹至熔渣之中，使熔渣之中的残余氧化钒进一步充分反应，并与熔渣中合金微粒聚集，进一步促进了钒的沉降。发明人通过实验，最终确定了精炼料与冶炼炉料之间的最佳配比。喷吹时，喷枪的喷口朝向渣层，以此可以提高喷吹质量。
步骤d中所述镇静是指利用Al-Si进行脱氧的工艺过程，所述水淬是指将冶炼炉直接快速浸入水中，到达冷却温度后捞出的工艺过程。
下面结合实施例和筛选实验对本发明的具体实施方式作进一步的解释说明，但不表示将本发明的保护范围限制在实施例所述范围内。
本发明所用比例均指质量比。
实施例1：
a.炉体准备：在炉体中填充镁砂650kg与刚玉渣2600kg，振实后，用1mm左右的冷轧铁皮固定，在炉筒中形成打结层，打结层的厚度是80mm，打结层的直径是2100mm；然后在炉底均匀铺25mm、厚粒径为8mm、含钒量为79.5％的钒铁合金细粉；
b.混料和冶炼：将三氧化二钒400kg、五氧化二钒3600kg、铝粒1852kg、铁屑380kg、石灰150kg和返回料700kg的冶炼炉料混合均匀后，投放至冶炼炉内；返回料中，合金细粉的粒径是10mm；炉渣的粒径是12mm；然后将15kg铝粉和0.5kg氯酸钾混合均匀后铺在冶炼炉料表面，冶炼炉料中心放置木屑；冶炼开始时点燃引火剂，反应时间持续1min；
c.喷吹精炼：反应结束后，电加热5min，然后向冶炼炉内喷吹精炼料88kg；精炼料中，硅铁粉粒度为1mm，所述铝粉粒度为60目，硅铁粉与铝粉的质量分别为8kg和80kg；喷吹结束之后，再次电加热30min；所述喷吹的时间持续2min；
d.获得钒铁合金产品：步骤c所述的再次电加热结束后，将冶炼炉镇静、水淬，翻炉取出合金饼，合金饼即钒铁合金产品。
所得钒铁合金产品是平均品位为80.03％的FeV80合金，合金中铝含量1.15％，热渣残钒0.85％，经测算，钒回收率是98.5％。
实施例2：
a.炉体准备：在炉体中填充镁砂600kg与刚玉渣2700kg，振实后，用1mm左右的冷轧铁皮固定，在炉筒中形成打结层，打结层的厚度是80mm，打结层的直径是2100mm；然后在炉底均匀铺20mm、厚粒径为8mm、含钒量为75.2％的钒铁合金细粉；
b.混料和冶炼：将组成为三氧化二钒400kg、五氧化二钒3600kg、铝粒1812kg、铁屑380kg、石灰200kg和返回料800kg的冶炼炉料混合均匀后，投放至冶炼炉内；返回料中，合金细粉的粒径是10mm；炉渣的粒径是12mm；然后将15kg铝粉和0.5kg氯酸钾混合均匀后铺在冶炼炉料表面，冶炼炉料中心放置木屑；冶炼开始时点燃引火剂，反应时间持续1.5min；
c.喷吹精炼：反应结束后，电加热5min，然后向冶炼炉内喷吹精炼料98kg；精炼料中，硅铁粉粒度为1mm，所述铝粉粒度为60目，硅铁粉与铝粉的质量分别为8kg和90kg；喷吹结束之后，再次电加热25min；所述喷吹的时间持续2.2min；
d.获得钒铁合金产品：步骤c所述的再次电加热结束后，将冶炼炉镇静、水淬，翻炉取出合金饼，合金饼即钒铁合金产品。
所得钒铁合金产品是平均品位为79.88％的FeV80合金，合金中铝含量1.26％，热渣残钒0.82％，经测算，钒回收率是98.3％。
实施例3：
a.炉体准备：在炉体中填充镁砂650kg与刚玉渣2600kg，振实后，用1mm左右的冷轧铁皮固定，在炉筒中形成打结层，打结层的厚度是81mm，打结层的直径是2100mm；然后在炉底均匀铺18mm、厚粒径为8mm、含钒量为67.7％的钒铁合金细粉；
b.混料和冶炼：将组成为三氧化二钒1000kg、五氧化二钒3000kg、铝粒1952kg、铁屑410kg、石灰200kg和返回料600kg的冶炼炉料混合均匀后，投放至冶炼炉内；返回料中，合金细粉的粒径是10mm；炉渣的粒径是12mm；然后将15kg铝粉和0.5kg氯酸钾混合均匀后铺在冶炼炉料表面，冶炼炉料中心放置木屑；冶炼开始时点燃引火剂，反应时间持续1.7min；
c.喷吹精炼：反应结束后，电加热5min，然后向冶炼炉内喷吹精炼料；精炼料中，硅铁粉粒度为1mm，所述铝粉粒度为60目，硅铁粉与铝粉的质量分别为8kg和80kg；喷吹结束之后，再次电加热25min；所述喷吹的时间持续2.3min；
d.获得钒铁合金产品：步骤c所述的再次电加热结束后，将冶炼炉镇静、水淬，翻炉取出合金饼，合金饼即钒铁合金产品。
所得钒铁合金产品是平均品位为79.98％的FeV80合金，合金中铝含量1.19％，热渣残钒0.83％，经测算，钒回收率是98.4％。
对比例4不采用本发明所述干法炉体打结工艺
a.炉体准备：炉体用镁砂与刚玉渣混合后加模数为2.5的水玻璃混合，两者质量分别为600kg和2400kg，用直径为2100mm的模具支撑，将混合好的上述炉料进行振动密实，打结层的厚度是82mm，打结24h后取下模具，用煤气进行烘烤干燥；
b.混料和冶炼：将组成为三氧化二钒400kg、五氧化二钒3600kg、铝粒1861kg、铁屑380kg、石灰150kg和返回料600kg的冶炼炉料混合均匀后，投放至冶炼炉内；返回料中，合金细粉的粒径是10mm；炉渣的粒径是12mm；然后将15kg铝粉和0.5kg氯酸钾混合均匀后铺在冶炼炉料表面，冶炼炉料中心放置木屑；冶炼开始时点燃引火剂，反应时间持续1.2min；
c.喷吹精炼：反应结束后，电加热5min，然后向冶炼炉内喷吹精炼料；精炼料中，硅铁粉粒度为1mm，所述铝粉粒度为60目，硅铁粉与铝粉的质量分别为8kg和80kg；喷吹结束之后，再次电加热20min；所述喷吹的时间持续2.3min；
d.获得钒铁合金产品：步骤c所述的再次电加热结束后，将冶炼炉镇静、水淬，翻炉取出合金饼，合金饼即钒铁合金产品。
所得钒铁合金产品是平均品位为79.55％的FeV80合金，合金中铝含量1.76％，热渣残钒0.98％，经测算，钒回收率是96.5％。
对比例5不采用本发明所述喷吹工艺
a.炉体准备：在炉体中填充镁砂600kg与刚玉渣2400kg，振实后，用1mm左右的冷轧铁皮固定，在炉筒中形成打结层，打结层的厚度是79mm，打结层的直径是2100mm；然后在炉底均匀铺18mm、厚粒径为8mm、含钒量为80％的钒铁合金细粉；
b.混料和冶炼：将组成为三氧化二钒1000kg、五氧化二钒3000kg、铝粒1941、铁屑410kg、石灰200kg和返回料600kg的冶炼炉料混合均匀后，投放至冶炼炉内；返回料中，合金细粉的粒径是10mm；炉渣的粒径是12mm；然后将15kg铝粉和0.5kg氯酸钾混合均匀后铺在冶炼炉料表面，冶炼炉料中心放置木屑；冶炼开始时点燃引火剂，反应时间持续1.6min；
c.精炼：反应结束后，电加热25min；
d.获得钒铁产品：步骤c所述的再次电加热结束后，将冶炼炉镇静、水淬，翻炉取出合金饼，合金饼即钒铁合金产品。
所得钒铁合金产品是平均品位为79.68％的FeV80合金，合金中铝含量1.05％，热渣残钒3.45％，经测算，钒回收率是95.5％。
由此可见，采用本发明所述炉外法钒铁合金冶炼方法获得的钒铁合金产品，平均品位和合金中的铝含量均高于对比例方法，而热渣残钒含量明显较低，钒回收率稳定高于98％。
Claims (10)
1.钒铁合金的炉外冶炼方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.炉体准备：采用干法炉筒打结工艺处理炉筒，在炉筒中形成打结层，然后在炉底铺一层厚度为10～30mm的合金细粉；所述合金细粉是含钒量在50～80％的钒铁合金；
b.混料和冶炼：将冶炼炉料混合均匀，投放至冶炼炉内；将铝粉均匀铺在冶炼炉料表面，冶炼炉料中心放置引火剂；冶炼开始时点燃引火剂，开始反应；所述冶炼炉料包括三氧化二钒、五氧化二钒、铝粒、铁屑、石灰和返回料；所述返回料是合金细粉和炉渣；所述冶炼炉料、铝粉和引火剂的重量比是1:3～5:0.1～0.2；
c.喷吹精炼：反应结束后，电加热5～10min，然后向冶炼炉内喷吹精炼料；喷吹结束之后，再次电加热25～30min；所述喷吹的时间持续1～3min；所述精炼料为硅铁粉与铝粉的混合物；所述精炼料与所述冶炼炉料之间的重量比是1:90～100；
d.获得FeV80合金：步骤c所述的再次电加热结束后，将冶炼炉镇静、水淬，翻炉取出合金饼，合金饼即FeV80合金产品。
2.根据权利要求1所述的钒铁合金的炉外冶炼方法，其特征在于，步骤a所述干法炉筒打结工艺是：在炉体中填充镁砂与刚玉渣并振实，通过1～2mm厚的冷轧铁皮固定所述镁砂与刚玉渣；所述镁砂与所述刚玉渣的用量配比范围是1:4～4.5。
3.根据权利要求1所述的钒铁合金的炉外冶炼方法，其特征在于，步骤a所述打结层的厚度是75～85mm。
4.根据权利要求1所述的钒铁合金的炉外冶炼方法，其特征在于，所述合金细粉的粒径小于10mm。
5.根据权利要求1所述的钒铁合金的炉外冶炼方法，其特征在于，步骤b所述冶炼炉料的成分，按重量份数计，分别是：三氧化二钒4～9份、五氧化二钒27～29份、铝粒16～17份、铁屑3.5～4份、石灰1～2份、返回料6～8份。
6.根据权利要求1所述的钒铁合金的炉外冶炼方法，其特征在于，所述返回料中，所述合金细粉的粒径小于10mm，所述炉渣的粒径小于12mm；所述炉渣的成分包括85％Al2O3、5％CaO和8～9％MgO。
7.根据权利要求1所述的钒铁合金的炉外冶炼方法，其特征在于，所述反应的反应时间控制在1～2min。
8.根据权利要求1所述的钒铁合金的炉外冶炼方法，其特征在于，步骤c所述精炼料为硅铁粉与铝粉的混合物；所述硅铁粉粒度小于1mm，所述铝粉粒度低于60目。
9.根据权利要求8所述的钒铁合金的炉外冶炼方法，其特征在于，所述铝粉与所述硅铁粉的质量比为10～12:1。
10.权利要求1～9所述的钒铁合金的炉外冶炼方法所得的钒铁合金。
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