CN113388715A - 一种钒铁冶炼尾渣的利用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于冶金技术领域，尤其涉及一种钒铁冶炼尾渣的利用方法，将钒铁冶炼过程中产生的尾渣引入LF精炼过程，实现了钒铁尾渣的回收利用。同时尾渣中的有效成分Al2O3还能对LF精炼过程中的造渣料进行改进，不仅能降低造渣料的熔点，加速造渣料的熔化速度，提高其流动性，还能提高造渣料吸附夹杂物的能力，对钢水脱氧脱硫效果也具有显著的促进作用。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，尤其涉及一种钒铁冶炼尾渣的利用方法。
背景技术
钒铁是钢铁工业重要的合金添加剂。钢中加入钒铁之后，可以显著提高钢的硬度、强度、耐磨度及延展性，改善钢的切削性能。钒铁常用于碳素钢、低合金钢强度钢、高合金钢、工具钢和铸铁生产中。铝热还原法是生产钒铁合金的重要方法，由于生产过程中加入了大量的铝，导致冶炼炉渣中含有大量的氧化铝，这些炉渣结晶致密，成分复杂，难以分离回收，最常见的处理方式为将其破碎和粉末后生产高铝复合浇注料、高铝水泥、炮泥等，或是用于铺路，在Al元素大量浪费的同时，还将炉渣中Mg、V、微量Cr以及其他的重金属元素直接排放至大气或土壤中，不仅对环境造成污染，对动物的生命也有危害。因此，对钒铁冶炼尾渣的回收一直是冶金领域的重要研究方向。
发明内容
针对现有技术中钒铁冶炼尾渣不能有效回收，造成金属元素大量浪费，污染环境的技术问题，本发明提供一种钒铁冶炼尾渣的利用方法，实现了钒铁冶炼尾渣重复利用，避免了Al元素的大量浪费以及Mg、V、微量Cr和其他重金属元素对环境的污染，同时还能对LF精炼工艺进行优化改进。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案。
一种钒铁冶炼尾渣的利用方法：将钒铁冶炼尾渣用作LF精炼时的造渣料，具体包括如下步骤：
S1：将所述尾渣粉碎成大小均一的尾渣粒备用；
S2：待钢包进入LF精炼加热位后，底吹惰性气体的同时向钢包内加入造渣料，所述造渣料包括S1中所得尾渣粒，所述造渣料中钙元素、硅元素和铝元素的摩尔比为2～3.5:1～2.5:1；
S3：造渣料加入后，加热钢包使所述造渣料完全熔化后开始精炼，直至精炼结束。
相对于现有技术：本发明将钒铁冶炼过程中产生的尾渣引入LF精炼过程，并通过造渣料中钙、硅、铝三种元素的比例限定，将原有的CaO-SiO2二元渣系调整为稳定的CaO-SiO2-Al2O3三元渣系，其中二元渣系中的主要成分为偏硅酸钙(CaO·SiO2)和正硅酸钙(2CaO·SiO2)，正硅酸钙的熔点为2130℃，偏硅酸钙的熔点为1540℃，三元渣系中的主要成分为CaO·Al2O3·2SiO2、2CaO·Al2O3·SiO2、3CaO·2SiO2、3CaO·SiO2、3CaO·Al2O3、12CaO·7Al2O3和CaO·6Al2O3，其中熔点最高的为三元化合物，约为1500℃，远小于二元渣系的熔点。因此，将该尾渣作为精炼渣化渣剂能够有效降低造渣料的熔点，加速前期化渣速度，降低化渣时间，在实现尾渣回收利用的同时节约了热量。
并且该尾渣作为化渣剂的有效成分，其调整后的CaO-SiO2-Al2O3三元渣系的流动性也明显高于CaO-SiO2二元渣系，同时尾渣的加入对造渣效率和钢水的脱氧脱硫效果也有显著提高和改善。
优选地，所述造渣料还包括石灰石和硅铁粉。
石灰石和硅铁粉可以提高炉渣的碱度和氧化性，为造渣料提供优良的脱氧、脱硫能力，还能共同保证精炼体系的稳定性，防止炉渣喷溅，避免对炉衬造成侵蚀，延长炉衬寿命。
优选地，所述尾渣中Al2O3的质量百分含量＞75％。
优选地，所述石灰中碳酸钙的质量百分含量＞85％，所述硅铁粉中硅元素的质量百分含量＞65％。
优选的造渣料成分纯度，可以避免向钢水中引入过多的杂质元素，影响目标钢材的力学性能，又能保证造渣料的化渣效率和造渣效果。
当Al2O3、CaO、硅元素的质量百分含量均满足上述条件，且造渣料由尾渣、石灰、硅铁粉组成时，各成分的加入量分别为：石灰3.5-4.5kg/吨钢，硅铁粉0.5-0.7kg/吨钢，尾渣0.5-1.0kg/吨钢。
优选的造渣料加入量，在满足正常造渣效率的同时，使精炼渣中CaO、SiO2和Al2O3的质量比例保持在2.5～3.6：1.5～2.5：1，此时的炉渣熔点最低，化渣速度最快，流动性最强，造渣效果也最优。
优选地，步骤S1中所述尾渣粒的直径为3～5cm。
优选的尾渣粒大小可以在化渣过程中分散于石灰石和硅铁粉之间，熔化后迅速对化渣剂体系进行改质，实现全部化渣剂的快速熔化，进入脱氧脱硫除杂过程。
优选地，步骤S2加热前底吹惰性气体的流量为120～160Nm3/h，加入造渣料后搅拌3～5min后再进行加热，同时调整底吹惰性气体流量至60～80Nm3/h。
加热前足量的惰性气体流速可以将钢水表面的固化的结壳状物质破坏，使化渣剂进入钢水内部并对钢水进行充分搅拌，冶炼过程中适量的惰性气体流速可以保证钢水与炉渣精炼过程中传质的同时，保证埋弧操作，避免对炉衬造成侵蚀，延长炉衬寿命。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面以生产HRB400E钢筋所用钢水的精炼过程为例，对本发明进行进一步详细说明。
其中所述尾渣中各物质的质量百分含量如表1所示：
表1
| 种类 | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | CaO | V<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | SiO<sub>2</sub> | TFe | 其他杂质 |
| 含量(％) | 78.62 | 4.11 | 2.64 | 1.84 | 0.62 | 12.17 |
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种钒铁冶炼尾渣的利用方法，将钒铁冶炼尾渣用作钢水LF精炼时的造渣料，所述方法具体包括如下步骤：
S1：将所述尾渣粉碎成直径3cm大小的尾渣粒备用；
S2：待钢包进入LF精炼加热位后，定氧取样，底吹流量为140Nm3/h氩气的同时向钢包中加入碳酸钙质量百分含量为86％的石灰石，硅元素的质量百分含量为69％的硅铁粉和S1中所得尾渣粒；石灰石的加入量为4.0kg/吨钢，硅铁粉的加入量为0.6kg/吨钢，尾渣粒的加入量为0.8kg/吨钢，石灰石、硅铁粉、尾渣粒中钙元素、硅元素和铝元素的摩尔比为2.5:1.5:1；
S3：造渣料加入后，继续保持原氩气流量搅拌4min后调整氩气流量至70Nm3/h，降电极加热化渣，精炼结束后升电极定氧，对钢水、精炼渣取样进行检验。
实施例2
一种钒铁冶炼尾渣的利用方法，将钒铁冶炼尾渣用作钢水LF精炼时的造渣料，所述方法具体包括如下步骤：
S1：将所述尾渣粉碎成直径4cm大小的尾渣粒备用；
S2：待钢包进入LF精炼加热位后，定氧取样，底吹流量为120Nm3/h氩气的同时向钢包中加入碳酸钙质量百分含量为88％的石灰石，硅元素的质量百分含量为68％的硅铁粉和S1中所得尾渣粒；石灰石的加入量为4.5kg/吨钢，硅铁粉的加入量为0.7kg/吨钢，尾渣粒的加入量为1.0kg/吨钢，石灰石、硅铁粉、尾渣粒中钙元素、硅元素和铝元素的摩尔比为2.3：1.3：1；
S3：造渣料加入后，继续保持原氩气流量搅拌3min后调整氩气流量至60Nm3/h，降电极加热化渣，精炼结束后升电极定氧，对钢水、精炼渣取样进行检验。
实施例3
一种钒铁冶炼尾渣的利用方法，将钒铁冶炼尾渣用作钢水LF精炼时的造渣料，所述方法具体包括如下步骤：
S1：将所述尾渣粉碎成直径5cm大小的尾渣粒备用；
S2：待钢包进入LF精炼加热位后，定氧取样，底吹流量为160Nm3/h氩气的同时向钢包中加入碳酸钙的质量百分含量为85％的石灰石，硅元素的质量百分含量为70％的硅铁粉和S1中所得尾渣粒；所述石灰石的加入量为4.0kg/吨钢，硅铁粉的加入量为0.6kg/吨钢，尾渣粒的加入量为0.6kg/吨钢，石灰石、硅铁粉、尾渣粒中钙元素、硅元素和铝元素的摩尔比为3.2：2.2：1。
S3：造渣料加入后，继续保持原氩气流量搅拌5min后调整氩气流量至80Nm3/h，降电极加热化渣，精炼结束后升电极定氧，对钢水、精炼渣取样进行检验。
对比例1
一种钢水LF精炼的控制方法，除加入造渣料时不加入钒铁冶炼尾渣，石灰石和硅铁粉中钙元素和硅元素的摩尔比为2.5:1.5外，其余工艺步骤与实施例1保持一致。
对比例2
一种钒铁冶炼尾渣的利用方法，将钒铁冶炼尾渣用作钢水LF精炼时的造渣料，除所述尾渣中各物质的质量百分含量如表2所示外，其余工艺步骤与实施例1保持一致。
表2
| 种类 | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | CaO | V<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | SiO<sub>2</sub> | TFe | 其他杂质 |
| 含量(％) | 68.58 | 4.35 | 3.26 | 2.68 | 0.62 | 20.51 |
对比例3
一种钒铁冶炼尾渣的利用方法，将钒铁冶炼尾渣用作钢水LF精炼时的造渣料，除所述造渣料中不加入硅铁粉，石灰石和尾渣粒中钙元素和铝元素的摩尔比为2.5:1外，其它工艺步骤与实施例1保持一致。
对比例4
一种钒铁冶炼尾渣的利用方法，将钒铁冶炼尾渣用作钢水LF精炼时的造渣料，除所述造渣料的加入量分别为：石灰石4.0kg/吨钢，硅铁粉0.4kg/吨钢，尾渣粒1.2kg/吨钢，石灰石、硅铁粉、尾渣粒中钙元素、硅元素和铝元素的摩尔比为1.8：0.8：1外，其余工艺步骤与实施例1保持一致。
效果例
将实施例1～3，对比例1～4精炼时的化渣时间、精炼前后钢水定氧取样所得的样品进行成分进行测试，具体结果如表3所示。
表3钢水氧活度、硫元素的变化
对实施例1～3，对比例1～4精炼结束后得到的精炼渣成分进行分析，其中如表4所示：
表4精炼渣成分
根据表3数据，结合实施例1～3，对比例1～4的尾渣加入量以及化渣用时，对精炼过程的脱氧脱硫效果进行分析，结果如表5：
表5：尾渣加入量、化渣时间以及脱氧脱硫效果
由表3～5中所得的数据可知，本发明实施例中所得的钢水预精炼渣的化渣时间明显小于对比例，并且脱氧脱硫效果明显优于对比例，可见本申请提供的钒铁冶炼尾渣的利用方法，将钒铁冶炼尾渣用作钢水LF精炼时的造渣料，在实现了钒铁冶炼尾渣回收利用的同时，实现了对钢水LF精炼工艺的改进，降低了造渣料的熔点，提高了造渣料的熔化速度，并且对脱氧脱硫效果也有显著的促进作用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种钒铁冶炼尾渣的利用方法，其特征在于，将钒铁冶炼尾渣用作钢水LF精炼时的造渣料，具体包括如下步骤：
S1：将所述尾渣粉碎成大小均一的尾渣粒备用；
S2：待钢包进入LF精炼加热位后，底吹惰性气体的同时向钢包内加入造渣料，所述造渣料包括S1中所得尾渣粒，所述造渣料中钙元素、硅元素和铝元素的摩尔比为2～3.5:1～2.5:1；
S3：造渣料加入后，加热钢包使所述造渣料完全熔化后开始精炼，直至精炼结束。
2.根据权利要求1所述的钒铁冶炼尾渣的利用方法，其特征在于，所述造渣料还包括石灰石和硅铁粉。
3.根据权利要求2所述的钒铁冶炼尾渣的利用方法，其特征在于，所述尾渣中Al2O3的质量百分含量＞75％。
4.根据权利要求2所述的钒铁冶炼尾渣的利用方法，其特征在于，所述石灰石中碳酸钙的质量百分含量＞85％，所述硅铁粉中硅元素的质量百分含量＞65％。
5.根据权利要求1所述的钒铁冶炼尾渣的利用方法，其特征在于，步骤S1中所述尾渣粒的直径为3～5cm。
6.根据权利要求1所述的钒铁冶炼尾渣的利用方法，其特征在于，所述底吹惰性气体的流量为120～160Nm3/h；加入造渣料后搅拌3～5min后再进行加热，同时调整底吹惰性气体流量至60～80Nm3/h。
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| JPH1192817A (ja) * | 1997-09-19 | 1999-04-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | レードル精錬におけるスラグのリサイクリング方法 |
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2021
- 2021-05-17 CN CN202110533723.8A patent/CN113388715A/zh active Pending
Patent Citations (4)
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