CN105018828B - 一种钒铁合金的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钒铁合金制备方法，属于冶金领域，具体涉及钒铁的制备方法。本发明的方法以含钒氧化物的混合物为原料，采用分三期加料和分两次出渣的方法，按各第一、二、三期分别配制混合料，分期将配制的混合料加入到电炉中进行冶炼，第一期和第二期冶炼完毕后分别出渣一次；所述钒氧化物包括V₂O₃和V₂O₅，V₂O₃和V₂O₅质量比为7:1～0:8。该方法不仅能够降低渣中钒损失，提高钒铁冶炼收率，还能够降低铝耗，具有很好的应用前景。

Description

一种钒铁合金的制备方法

技术领域

本发明属于冶金领域，具体涉及钒铁合金的制备方法。

背景技术

钒铁合金被广泛应用于含钒微合金钢中，它具有细晶强化和沉淀强化的双重强化机制，从而降低过热敏感性，提高钢材的强度以及耐磨性。广泛应用于建筑、航空航天、路桥等行业。钒铁合金的生产主要有硅热还原法、铝热还原法及碳热还原法等热还原法。由于铝的还原活性较强，还原过程发热量大，铝热还原应用最为广泛。当前钒铁生产企业冶炼主要含钒原料以V₂O₅为主，随着新技术及新工艺的开发，国内外少数几家企业逐渐掌握了以V₂O₃为原料电铝热法制备钒铁合金的方法。以钒计重量的钒氧化物为标准，采用V₂O₃为原料的钒铁冶炼过程理论上比使用V₂O₅降低铝耗达40％，降低产渣量40％，在大幅降低生产成本的同时，减少了大渣量导致的钒损失。

世界上多采用铝热一步法冶炼钒铁，将混合料加入冶炼炉中，进行高温铝热还原，待反应完毕，出渣出铁，冷凝分层，得到沉淀合金饼和冶炼渣。虽然此方法冶炼工艺简单，但钒收率相对偏低，产品质量完全受控于原料品质和配料精确度。随着冶炼设备大型化、自动化，使得单炉多期加料，分次出渣成为可能，促进了两步铝热法钒铁冶炼工艺的提出与推广。与传统工艺相比，两步法工艺第一步混料时配铝量高于理论计算值(配铝系数大于1.0)，能够改变铝热反应平衡，加速冶炼贫渣时间，从提高钒氧化物的还原率，得到钒含量更低的贫渣；出掉大部分渣后，加入配铝系数较低的V₂O₅混合料进行第二步精炼工艺，消耗掉合金相中过剩的铝，从而获得合格钒铁合金产品和部分钒含量较高的富渣。

为了能够兼顾以V₂O₅为原料冶炼钒铁放热量大、冶炼效率高，以及以V₂O₃为原料冶炼钒铁耗铝量低、产渣量少的冶炼特点，并优化上游产业链结构，采用混合钒氧化物进行多个配铝系数条件下的两步法冶炼操作。

(1)、专利CN 101724752 A介绍了一种中钒铁的冶炼方法：将底料成分为6.5～8.5份V₂O₃，3.5～4份铝，1.5～2份石灰，以及2.5～3份铁混合并冶炼，反应平稳后加入20～40份V₂O₅，15～40份V₂O₃，23～28份铝，10～13份石灰，4～5份萤石，30～40份铁的主料进行精炼。该发明充分利用了反应热，简化了工艺过程，降低了炉渣粘度，钒铁冶炼收率稳步提高达96％以上。但是该方法前期采用低价钒氧化物冶炼热量不足，导致熔渣性能恶化；同时萤石的加入会在一定程度上加速炉衬侵蚀；

(2)、专利CN101100720 A将含钒物料(偏钒酸钙、焦钒酸钙、正钒酸钙中的至少一种，全钒品位为24％～43％)100份、铝粉23～28份，铁质料23～27份混合后冶炼。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。但由于钒酸钙全钒品位偏低，产出率不高，不利于高效节能的冶炼目的，加大了工业化难度；

(3)、专利CN 102115821 A提供的一种钒铁冶炼方法，将15wt％～35wt％的石灰，15wt％～35wt％的铝以及余量的V₂O₅和/或V₂O₅混合后，加入预定量的铁，冶炼渣中钒含量低于0.2wt％时出渣，出渣量占总渣量的85％～90％，再将精炼料加入电炉进行精练操作，该发明方法能够得到97％～99％的钒回收率，并能降低能耗。但该工艺渣中钒含量控制难度大，并且仍然没能从根本上解决钒铁冶炼收率和配铝量之间的矛盾。

从上述公开的技术来看，目前钒铁冶炼主要采用铝热还原法，主要涉及到钒氧化物铝热反应的一步还原过程。本工艺以V₂O₅和V₂O₅混和钒氧化物为原料，通过多次加料，两次出渣，调整配铝量等手段进行钒铁合金的制备，具有热利用率高，缩短单位质量冶炼时间，并能大幅降低钒在渣中的损失，提高钒铁的冶炼收率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以混合钒氧化物为原料进行钒铁制备的方法。为实现上述目的，本发明采用技术方案为一种钒铁合金的制备方法。

该方法包括以下步骤：

以含钒氧化物的混合物为原料，采用分三期加料和分两次出渣的方法，按各第一、二、三期分别配制混合料，分期将配制的混合料加入到电炉中进行冶炼，第一期和第二期冶炼完毕后分别出渣一次；所述含钒氧化物为V₂O₃和V₂O₅，V₂O₃和V₂O₅质量比为7:1～0:8。

其中，上述方法中第一、二、三期加料时各期的混合料中使用含钒氧化物的质量比为4:3:1。

其中，上述方法中第一、二、三期混合料中的石灰配入量与钒的氧化物质量比各为1～3:10。

其中，上述方法中第一、二、三期混合料中的铁配入量与钒的氧化物质量比各为11～13:20。

其中，上述方法中铝的配入量按如下规则：第一期和第二期混合料中的配铝系数各为1.05～1.25；在保证三期混合料中的总配铝系数为1～1.05的前提下，第三期混合料的配铝系数为0～1.0。

其中，上述方法中第一期和第二期混合料的配铝系数相同。

其中，上述方法中当第一期和第二期混合料的配铝系数都分别为1.05、1.10、1.15或1.20时，渣中的钒含量分别控制到1.5％～2.5％、1.0％～1.8％、0.4％～1.0％或0.1％～0.6％后分别进行出渣操作。

其中，上述方法中当前两期出渣结束后，加入第三期混合料进行电弧精炼，当渣中钒含量降低到2.5％以下时，出炉浇铸。

其中，上述方法中的电炉为电弧炉。优选使用倾翻电弧炉。

进一步的，本发明方法包括以下步骤：

a、将按配比要求称量好的合格钒氧化物与铝、铁、石灰于混料罐中按冶炼期次分别进行混料，混料后按加料顺序分罐运至冶炼区；

b、第一期和第二期电弧冶炼：将第一期冶炼混合料加入倾翻电炉，通电引弧，待反应完全，渣中钒含量达到控制标准时，第一次出渣；

出渣结束后加入第二期冶炼混合料，当钒含量降低到预定目标值时，第二次出渣。

c、第二期出渣操作结束后，加入第三期混合料进行精炼操作，当渣中钒含量降低到一定水平且稳定不变时倾翻炉体，渣铁同出。

d、出炉浇铸，待合金和精炼渣冷凝分层后，得成分合格的钒铁锭。

本发明有益效果在于：

(1)通过改变钒氧化物原料配比，可以兼顾V₂O₅冶炼钒铁放热量大、冶炼效率高，V₂O₃冶炼钒铁耗铝量低、产渣量少的特点；

(2)冶炼前期提高配铝量，能够改善冶炼动力学和热力学条件，在加快铝热反应的同时，促进反应平衡向合金生成物方向移动，降低钒在渣中的损失；钒冶炼收率可达98.26％，有效的提高了钒的收率。

(3)多期冶炼、两次出渣的冶炼方式能够提高的设备热利用率和单位产品的生产效率。

具体实施方式

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。

本发明方法具体可按以下方法实施：

a、将称量好的合格钒氧化物与铝、铁、石灰于混料罐中按冶炼期次进行混料，混料后按加料顺序分罐运至冶炼区；

b、第一期和第二期电弧冶炼：将第一期冶炼混合料加入倾翻电炉，通电引弧，待反应完全，渣中钒含量达到控制标准时，第一次出渣；出渣结束后加入第二期冶炼混合料，当钒含量降低到预定目标值时，第二次出渣；

c、第二期出渣操作结束后，加入第三期混合料进行精炼操作，当渣中钒含量降低到一定水平且稳定不变时倾翻炉体，渣铁同出；

d、出炉浇铸，待合金和精炼渣冷凝分层后，得成分合格的钒铁锭。

即是采用混合钒氧化物(V₂O₅或者V₂O₃与V₂O₅的混合物)为原料，采用多期加料和多次出渣的方法，分三期将混合料加入到倾翻电弧炉中进行冶炼，每期氧化钒的质量比为4:3:1。

第一期和第二期冶炼完毕后分别出渣一次。冶炼各期石灰配入量与钒氧化物质量比为1～3:10，铁配入量与钒氧化物质量比为11～13:20。铝的配入量按如下规则：第一期和第二期原料配铝系数(理论配铝量的倍数)相同，且变化范围为1.05～1.25；配铝系数为1.05，1.10，1.15和1.20时，贫渣钒含量分别控制到1.5％～2.5％，1.0％～1.8％，0.4％～1.0％和0.1％～0.6％，后进行出渣操作；在保证单炉总配铝系数为1～1.05的前提下，第三期原料配铝系数为0～1.0，当前两期出渣结束后，加入第三期混合料进行电弧精炼，当渣中钒含量降低到2.5％以下时，出炉浇铸。配铝系数是针对两种钒氧化物的统一系数，实际配铝量按照使用V₂O₃和V₂O₅的质量分别计算。

以下使用实施例对本发明进行更进一步的具体说明：

本发明实施例中所用主要冶炼原料成分要求如表1所示。

表1 原料成分要求

原料	成分要求
		V2O3	TV>62.0％，S≤0.04％，P≤0.04％，C≤0.04％
V2O5(片钒)	V2O5≥97.0％，S≤0.05％，P≤0.05％，粒度≤55×55×5mm
		铝	Al＞99.5％，Fe＜0.20％，Cu≤0.02％
石灰	CaO≥85％，S≤0.03％，C≤0.40％，P≤0.03％，SiO2≤2.0％，粒度30～50mm
		铁	TFe>97％，C≤0.30％，P≤0.03％，Si≤0.04％

实施例1

以V₂O₅作为冶炼原料(共160份)时，第一期和第二期配铝系数为1.05，第三期原料配铝系数为1.0，石灰配入量与钒氧化物质量比为1.5:10，铁配入量与钒氧化物质量比为11:20。对符合原料成分要求的V₂O₅、铝、铁、石灰进行混料，分3期加料，加料顺序为4:3:1，进行两次出渣和一次出铁操作。第一期冶炼原料加入V₂O₅80份，铝41份，铁44份，石灰12份；第二期原料为V₂O₅60份，铝30份，铁屑33份，石灰9份；第三期原料组成为V₂O₅20份，铝10份，铁屑11份，石灰3份。前两次出渣渣量分别为76份和65份，贫渣钒含量分别为2.03％和2.09％，出铁前渣中钒含量为2.26％。单炉冶炼通电时间180min，钒冶炼收率95.79％，铝耗81份。对出炉冷却后的钒铁合金进行成分分析结果显示，合金中钒、铝含量分别为51.6wt％，铝含量为1.4wt％，碳、硅、磷、硫、锰等成分均符合FeV50-A国家标准。

实施例2

V₂O₃和V₂O₅配比为7:1(V₂O₃140份；V₂O₅20份)，第一期和第二期原料配铝系数1.05，第三期原料配铝系数为1.0，石灰配入量与钒氧化物质量比为1.5:10，铁配入量与钒氧化物质量比为13:20，并按要求进行混料。第一期加入V₂O₅20份，V₂O₃60份，铝34份，铁49份，石灰16份；第二期加入V₂O₃60份，铝21份，铁39份，石灰9份；第三期原料组成为V₂O₅20份，铝10份，铁屑11份，石灰3份。前两次出渣量分别为71份和52份，渣中钒含量分别为1.73％和1.87％；第三期出铁前渣中钒含量为2.02％。单炉冶炼通电时间220min，较单独使用V₂O₅延长40min，钒冶炼收率96.24％，铝耗65份。钒铁合金成分分析结果显示，合金中钒、铝含量分别为钒51.3wt％，铝含量为0.9wt％，碳、硅、磷、硫、锰等成分均符合FeV50-A国家标准。

实施例3

V₂O₃和V₂O₅配比为6:2(V₂O₃120份；V₂O₅40份)，前两期配铝系数调整为1.10，第三期配铝系数为0.80，石灰配入量与钒氧化物质量比为2:10。第一期加入V₂O₅20份，V₂O₃60份，铝35份，铁50份，石灰16份；第二期加入V₂O₃60份，铝20份，铁38份，石灰9份；第三期加入V₂O₅20份，铝8份，铁11份，石灰5份。前两次出渣渣量分别为71份和51份，渣中钒含量分别为0.85％和0.73％；第三期出铁前渣中钒含量为1.85％，渣中平均钒含量1.24％。单炉贫渣时间165min，精炼时间47min，冶炼总时间212min，较单独使用V₂O₅延长32min，钒冶炼收率97.71％，铝耗63份。合金铝含量为0.8％，合金钒含量51.2％，碳、硅、磷、硫、锰等成分均符合FeV50-A国家标准。

实施例4

V₂O₃和V₂O₅配比为6:2(V₂O₃120份；V₂O₅40份)，前两期配铝系数为1.20，第三期配铝系数为0.30，石灰配入量与钒氧化物质量比为2:10。第一期加入V₂O₅20份，V₂O₃60份，铝36份，铁50份，石灰16份；第二期加入V₂O₃60份，铝24份，铁39份，石灰9份；第三期加入V₂O₅20份，铝3份，铁11份，石灰5份。前两次出渣量分别为71份和48份，渣中钒含量分别为0.37％和0.48％；第三期出铁前渣中钒含量为1.79％，渣中平均钒含量0.88％。单炉贫渣时间146min，精炼时间94min，冶炼总时间240min，较单独使用V₂O₅延长60min，钒冶炼收率98.26％，铝耗63份。合金铝含量为0.2％，合金钒含量51.6％，碳、硅、磷、硫、锰等成分均符合FeV50-A国家标准。

Claims (4)

1.一种钒铁合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

以含钒氧化物的混合物为原料，采用分三期加料和分两次出渣的方法，按各第一、二、三期分别配制混合料，分期将配制的混合料加入到电炉中进行冶炼，电炉为倾翻电弧炉；第一期和第二期冶炼完毕后分别出渣一次；当前两期出渣结束后，加入第三期混合料进行电弧精炼，当渣中钒含量降低到2.5％以下时，出炉浇铸；

所述含钒氧化物包括V₂O₃和V₂O₅，V₂O₃和V₂O₅质量比为7:1～0:8；

所述第一、二、三期加料时各期的混合料中使用的含钒氧化物的质量比为4:3:1；

铝的配入量按如下规则：第一期和第二期原料配铝系数各为1.05～1.25；在保证三期的总配铝系数为1～1.05的前提下，第三期混合料的配铝系数为0～1.0；

所述第一、二、三期混合料中的石灰配入量与钒的氧化物质量比各为1～3:10；

所述第一、二、三期混合料中的铁配入量与钒的氧化物质量比各为11～13:20。

2.根据权利要求1所述的一种钒铁合金的制备方法，其特征在于:第一期和第二期混合料配铝系数相同。

3.根据权利要求2所述的一种钒铁合金的制备方法，其特征在于:当第一期和第二期混合料配铝系数都分别为1.05、1.10、1.15或1.20时，渣中的钒含量分别控制到1.5％～2.5％、1.0％～1.8％、0.4％～1.0％或0.1％～0.6％后分别进行出渣操作。

4.根据权利要求3所述的一种钒铁合金的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

a、将按配比要求称量好的合格钒氧化物与铝、铁、石灰于混料罐中按冶炼期次分别进行混料，混料后按加料顺序分罐运至冶炼区；

b、第一期和第二期电弧冶炼：将第一期冶炼混合料加入倾翻电炉，通电引弧，待反应完全，渣中钒含量达到控制标准时，第一次出渣；

出渣结束后加入第二期冶炼混合料，当钒含量降低到预定目标值时，第二次出渣；

c、第二期出渣操作结束后，加入第三期混合料进行精炼操作，当渣中钒含量降低到2.5％以下且稳定不变时倾翻炉体，渣铁同出；

d、出炉浇铸，待合金和精炼渣冷凝分层后，得成分合格的钒铁锭。