CN104141025A

CN104141025A - 电铝热法钒铁浇铸脱铝的方法

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Publication number: CN104141025A
Application number: CN201410398818.3A
Authority: CN
Inventors: 鲜勇; 孙朝晖; 景涵; 杜光超; 余彬; 唐红建; 王唐林; 陈海军; 尹丹凤
Original assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority date: 2014-08-14
Filing date: 2014-08-14
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2034-08-14
Also published as: CN104141025B

Abstract

本发明涉及电铝热法钒铁浇铸脱铝的方法，属于冶金领域。本发明要解决的技术问题是提供一种电铝热法钒铁浇铸脱铝的方法。电铝热法钒铁浇铸脱铝的方法，包括还原、精炼和浇铸的步骤，还原和精炼步骤可采用现有技术方法；在合金液浇铸前，将氧化铁和石灰组成的混合物放入锭模中，然后再进行浇铸、冷却，即得钒铁；其中，氧化铁和石灰混合物中，按质量比，氧化铁:石灰＝2～3:1。本发明电铝热法钒铁浇铸脱铝的方法步骤简单，操作性强；生产得到的钒铁中铝含量＜0.2wt％。具有脱铝效率高，避免炉内脱铝较长的冶炼时间等优点。

Description

电铝热法钒铁浇铸脱铝的方法

技术领域

本发明涉及电铝热法钒铁浇铸脱铝的方法，属于冶金领域。

背景技术

钒铁产品分为中钒铁(FeV50)和高钒铁(FeV80)，主要作为炼钢添加剂，它可以改善钢材的综合性能。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。含钒钢因具有强度高，韧性、耐磨性、耐腐蚀性好的特点而广泛用于机器制造、建筑、航空航天、铁路、桥梁等行业。

国内的钒铁厂家均严格按照GB/T4139-2004的钒铁质量标准进行生产。近年来，我国年钢产量保持着平稳增长的态势，但是含钒的特殊钢产量在钢总产量中所占比重不断快速攀升，这必然导致钒的需求量大增。在这个大环境下，国内外钒产业发展较快，导致钒铁产品在市场、技术等方面的竞争日趋激烈。客户对钒铁质量的要求除开国家标准中的规定条款之外，还包含有诸如成分均匀性好，铝含量低，结晶形态良好，产品方便破碎、制样等新的要求。这迫使钒铁生产企业的技术开发向着更为精细的方向发展。

目前国内大多数钒铁厂家采用的是一步法电铝热冶炼工艺，合金中的铝含量无法有效控制，客户需要低铝钒铁时，只能以牺牲钒的收率来满足，钒铁中铝的成分和收率之间存在难以解决的矛盾。同时，一步法冶炼钒铁其钒回收率也受到制约，冶炼回收率难以进一步提升，产品质量完全取决于配料，冶炼过程不能有效控制合金成份。如何在保持高收率的条件下有效的脱除过量的铝成为钒铁冶炼技术的一个新的发展方向。

一般而言，冶炼过程中加入片钒进行脱铝是一个较好的选择，但是由于片钒的比重跟钒铁冶炼渣系接近，造成在渣中沉降困难，使得脱铝的动力学条件较差，反应速率较慢，直接导致冶炼成本的增加。由于钒铁冶炼历史较长，工艺比较完善，在这方面的专利较少，创新较难，目前，钒铁冶炼的专利都聚焦在原料和还原剂的选择以及如何有效地提高钒的回收率上。

公开号为专利CN101100720A的中国专利申请公开了将钒酸钙、铝粉、铁质料按一定重量配比冶炼得到钒铁：钒酸钙：100份，铝粉：23～28份，铁质料：23～27份；其中，所述的钒酸钙为偏钒酸钙、焦钒酸钙、正钒酸钙中的至少一种，其含钒品位为24％～43％。该发明工艺冶炼的钒铁质量好，钒回收率高，冶炼过程中不产生废水污染，适应高经济价值、低环境污染的新型工业需要。

公开号为CN101148733A的中国专利申请公开了一种钒铁喷粉精炼工艺，主要步骤为在电铝热法冶炼钒铁过程中，当炉料充分完成铝热反应，熔渣与合金实现分离后，停止电极加热，随即向熔渣层插入喷枪并喷吹还原粉料，同时旋转炉体，还原粉料在喷吹气流冲击和炉体旋转搅拌双重作用下与熔渣充分混和，然后再插入电极继续加热熔炼20～25分钟，让熔渣中残留的钒进一步还原生成钒铁。该发明能使精炼炉料的反应动力学条件得到有效改善，最佳组份配比和喷吹量可使精炼炉料反应更充分，实现提高钒铁冶炼的钒回收率，降低生产成本。

从上述已经公开的技术看，现有对电铝热法生产钒铁的研究都集中在钒铁的还原过程，对脱铝浇铸过程的研究未见报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电铝热法钒铁浇铸脱铝的方法。

电铝热法钒铁浇铸脱铝的方法，包括还原、精炼和浇铸的步骤，还原和精炼步骤可采用现有技术方法；在合金液浇铸前，将氧化铁和石灰组成的混合物放入锭模中，然后再进行浇铸、冷却，即得钒铁；其中，氧化铁和石灰混合物中，按质量比，氧化铁:石灰＝2～3:1。

进一步的，作为优选方案，氧化铁和石灰混合物中，按质量比，氧化铁:石灰＝2.3～2.7:1。

进一步的，优选地，上述氧化铁中Fe＞65wt％，Si＜1.5wt％，P＜0.02wt％，S＜0.02wt％，Mn＜0.5wt％，C＜0.5wt％，Al＜0.5wt％，氧化铁的粒度为0.5～1mm；石灰中CaO含量＞85wt％，S＜0.02wt％，C＜0.30wt％，P＜0.02wt％，SiO₂＜1wt％，石灰的粒度为2～5mm。

进一步的，作为优选方案，在合金液浇铸前，还对加入氧化铁和石灰混合物的锭模进行烘烤，烘烤温度为300～400℃，烘烤时间为120～240min；作为更优选方案，烘烤温度为350～400℃，烘烤时间为180～240min。

进一步的，浇铸时，合金液的温度为1950～2000℃。

进一步的，本发明还公开了电铝热法生产钒铁的方法，包括如下步骤：

a、配料：按照电铝热法的化学反应式配料，配铝量为理论值的1.1～1.3倍；

b、还原；

c、精炼；

d、浇铸：在合金液浇铸前，将氧化铁和石灰组成的混合物放入锭模中，并对加入氧化铁和石灰混合物的锭模进行烘烤，烘烤温度为300～400℃，烘烤时间为120～240min；带合金液温度为1950～2000℃时，浇铸，冷却，即得；氧化铁和石灰混合物中，按质量比，氧化铁:石灰＝2～3:1。

作为优选方案，烘烤温度为350～400℃，烘烤时间为180～240min；作为更优选方案，氧化铁和石灰混合物中，按质量比，氧化铁:石灰＝2.3～2.7:1。

本发明有益效果：

(1)、本发明电铝热法钒铁浇铸脱铝的方法步骤简单，操作性强；

(2)、生产得到的钒铁中铝含量＜0.2wt％；

(3)、脱铝效率高，避免了炉内脱铝较长的冶炼时间。

具体实施方式

本发明电铝热法钒铁浇铸脱铝的方法，操作步骤为：在合金液浇铸前，将氧化铁和石灰组成的混合物放入锭模中，然后再进行浇铸、冷却，即得；氧化铁和石灰混合物中，按质量比，氧化铁:石灰＝2～3:1。

电铝热法生产钒铁，包括还原、精炼和浇铸的步骤，所述还原和精炼步骤可采用现有技术方法，原料按照电铝热法的化学反应的理论计算值和造渣需要进行配比，配铝量为理论值的1.1～1.3倍，原料加入量视炉容而定，将其混匀后入标准电弧炉，经过还原、精炼步骤之后得到钒铁合金液；本发明技术方案是对浇铸步骤的改进。

当钒铁合金液浇铸到锭模中时，锭模中的氧化铁和钒铁合金液中的铝将会发生如下反应：

Fe₂O₃+2Al＝2Fe+Al₂O₃

还原出的铁进入钒铁合金，而铝变为氧化铝进入渣中，从而达到脱铝的目的。利用浇铸的冲刷以及搅拌作用，大幅改善该反应的动力学条件，可以快速有效地脱除合金中的铝。

其中，若氧化铁和石灰混合物中氧化铁的比例太高，易增加渣量，从而增加钒损失；石灰的作用是调渣，保证钒铁冶炼渣较好的流动性，如果太少起不到调渣作用，太高则容易侵蚀锭模内衬，同样会导致钒的损失，因此，选择按质量比，氧化铁:石灰＝2～3:1。

进一步的，为了避免因其他杂质的引入而导致合金产品不合格，需要对氧化铁和石灰的成分进行严格控制，作为优选方案，氧化铁中Fe含量＞65wt％，Si＜1.5wt％，P＜0.02wt％，S＜0.02wt％，Mn＜0.5wt％，C＜0.5wt％，Al＜0.5wt％，氧化铁的粒度为0.5～1mm；石灰中CaO含量＞85wt％，S＜0.02wt％，C＜0.30wt％，P＜0.02wt％，SiO₂＜1wt％，石灰的粒度为2～5mm。

进一步的，为了减少石灰、氧化铁以及锭模与钒铁合金液之间的温差，提供给脱铝反应足够的时间，作为优选方案，浇铸前还对加入氧化铁和石灰混合物的锭模进行烘烤，烘烤温度为300～400℃，烘烤时间为120～240min；作为更优选方案，烘烤温度为350～400℃，烘烤时间为180～240min。

进一步的，为了节约时间，浇铸前还对氧化铁和石灰混合物的锭模进行烘烤的操作可以在冶炼的同时进行。

进一步的，当待炉渣贫化至含钒较低时，将钒铁合金液在大于1950℃的高温浇铸到完成上述操作的锭模中。由于钒铁冶炼渣系熔点温度很高，约为1800℃左右，因此采用大于1950℃的浇铸温度主要是为了延长合金熔体保持液态的时间，从而使脱铝反应进行得比较彻底。

优选地，浇铸时钒铁合金液的温度为1950～2000℃，温度太高会加剧炉衬的侵蚀。

进一步的，本发明电铝热法生产钒铁的方法，步骤如下：

b、还原；

c、精炼；

d、浇铸：在合金液浇铸前，将氧化铁和石灰组成的混合物放入锭模中，并对加入氧化铁和石灰混合物的锭模进行烘烤，烘烤温度为300～400℃，烘烤时间为120～240min；待合金液温度为1950～2000℃时，浇铸，冷却，即得；氧化铁和石灰混合物中，按质量比，氧化铁:石灰＝2～3:1。

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，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

本发明实施例中使用的氧化铁中：Fe68wt％，Si0.5wt％，P0.01wt％，S0.01wt％，Mn0.1wt％，C0.1wt％，Al0.05wt％，氧化铁的粒度为0.6mm；石灰中CaO90wt％，S0.01wt％，C0.2wt％，P0.01wt％，SiO₂0.5wt％，石灰的粒度为3mm。

实施例1

原料：片钒(V₂O₅质量含量98.0％)200kg、V₂O₃1600kg(含钒65.1％)，配铝830kg，铁900kg，石灰200kg。将原料混合均匀后加入炉内，二次电压190V通电引弧，炉料化清后二次电压选用135V。期间将300kg氧化铁与100kg石灰加入到锭模中进行烘烤，烘烤温度350℃，烘烤时间180min。冶炼通电90min后，快速分析渣中残钒为0.38％，出炉浇铸，浇铸温度1980℃，之后随锭模冷却至室温，取合金样分析，铝含量为0.07％，得到的钒铁含钒50.6％，钒收率97.5％。

实施例2

原料：片钒(V₂O₅质量含量98.5％)200kg、V₂O₃1600kg(含钒65.5％)，配铝800kg，铁970kg，石灰200kg。将料混合均匀后加入炉内，二次电压190V通电引弧，炉料化清后二次电压选用135V。期间将200kg氧化铁与100kg石灰加入到锭模中进行烘烤，烘烤温度400℃，烘烤时间150min。冶炼通电85min后，快速分析渣中残钒为0.43％，出炉浇铸，浇铸温度1960℃，之后随锭模冷却至室温，取合金样分析，铝含量为0.09％，得到的钒铁含钒50.8％，钒收率97.0％。

实施例3

原料：片钒(V₂O₅质量含量97.8％)200kg、V₂O₃1600kg(含钒65.3％)，配铝820kg，铁930kg，石灰200kg。将料混合均匀后加入炉内，二次电压190V通电引弧，炉料化清后二次电压选用135V。期间将250kg氧化铁与100kg石灰加入到锭模中进行烘烤，烘烤温度300℃，烘烤时间240min。冶炼通电95min后，快速分析渣中残钒为0.63％，出炉浇铸，浇铸温度1970℃，之后随锭模冷却至室温，取合金样分析，铝含量为0.15％，得到的钒铁含钒50.2％，钒收率97.2％。

实施例4

原料：片钒(V₂O₅质量含量98.2％)200kg、V₂O₃1600kg(含钒64.9％)，配铝810kg，铁120kg，石灰200kg。将料混合均匀后加入炉内，二次电压190V通电引弧，炉料化清后二次电压选用135V。期间将250kg氧化铁与100kg石灰加入到锭模中进行烘烤，烘烤温度350℃，烘烤时间200min。冶炼通电90min后，快速分析渣中残钒为0.56％，出炉浇铸，浇铸温度1990℃，之后随锭模冷却至室温，取合金样分析，铝含量为0.18％，得到的钒铁含钒80.2％，钒收率96.8％。

Claims

1.电铝热法钒铁浇铸脱铝的方法，其特征在于：在合金液浇铸前，将氧化铁和石灰组成的混合物放入锭模中，然后再进行浇铸、冷却，即得钒铁；其中，氧化铁和石灰混合物中，按质量比，氧化铁:石灰＝2～3:1。

2.根据权利要求1所述的电铝热法钒铁浇铸脱铝的方法，其特征在于：氧化铁和石灰混合物中，按质量比，氧化铁:石灰＝2.3～2.7:1。

3.根据权利要求1或2所述的电铝热法钒铁浇铸脱铝的方法，其特征在于：氧化铁中Fe＞65wt％，Si＜1.5wt％，P＜0.02wt％，S＜0.02wt％，Mn＜0.5wt％，C＜0.5wt％，Al＜0.5wt％，氧化铁的粒度为0.5～1mm；石灰中CaO含量＞85wt％，S＜0.02wt％，C＜0.30wt％，P＜0.02wt％，SiO₂＜1wt％，石灰的粒度为2～5mm。

4.根据权利要求1～3任一项所述的电铝热法钒铁浇铸脱铝的方法，其特征在于：在合金液浇铸前，还对加入氧化铁和石灰混合物的锭模进行烘烤，烘烤温度为300～400℃，烘烤时间为120～240min。

5.根据权利要求4所述的电铝热法钒铁浇铸脱铝的方法，其特征在于：烘烤温度为350～400℃，烘烤时间为180～240min。

6.根据权利要求1～5任一项所述的电铝热法钒铁浇铸脱铝的方法，其特征在于：浇铸时，合金液的温度为1950～2000℃。

7.电铝热法生产钒铁的方法，其特征在于，包括如下步骤：

b、还原；

c、精炼；

8.根据权利要求7所述的电铝热法生产钒铁的方法，其特征在于：烘烤温度为350～400℃，烘烤时间为180～240min。

9.根据权利要求7或8所述的电铝热法生产钒铁的方法，其特征在于：氧化铁和石灰混合物中，按质量比，氧化铁:石灰＝2.3～2.7:1。