专利名称：一种使用钒铁电弧炉生产含氮钒铁合金的方法
技术领域：
本发明涉及一种使用普通钒铁电弧炉生产含氮钒铁合金的方法，属于有色金属冶炼技术领域，是一种铁合金生产方法。
背景技术：
钒是钢铁工业中一种重要的合金元素，全世界85%以上的钒用于钢铁生产，钒在钢中与氮等元素相互作用可以起到改善钢材诸多性能的作用。钢铁工业中使用的含钒原料主要有钒铁、氮化钒、氮化钒铁等。钒铁合金其主要成份是钒和铁，是产量最大的钒制品。钒铁生产一般使用钒铁电弧炉，以钒氧化物为原料、按照硅热法、铝热法或电铝热法等方法生产。氮化钒其主要成分为VN，其生产一般使用推板窑法、微波法或真空碳还原法，将钒氧化物原料与辅料按照一定配方混合后压球，固态下在富氮的环境中进行还原、氮化，经冷却获得氮化钒产品。氮化钒铁以钒铁为原料，二次渗氮加工获得富氮的氮化钒铁，氮化钒铁生产方法在实际应用中的主要有固态渗氮法及在烧结过程中渗氮的自扩散高温合成法等。氮化钒和氮化钒铁等含氮的钒制品作为钢铁添加剂使用时，因为氮元素的作用，往往获得比普通钒铁更佳的使用效果和更少的钒用量。现有的氮化钒或氮化钒铁的生产技术门槛较高，且大量采用固态渗氮的方法，生产效率和产量较低，生产能耗偏高，普通钒铁仍然是产量最大的钒产品。如何改造普通钒铁电弧炉生产出含氮钒铁合金即为本发明涉及的内容。
发明内容
本发明的目标在于提出一种改造普通钒铁电弧炉生产含氮钒铁合金方法。冶炼钒铁合金的主体装置为钒铁电弧炉，其公称容量一般为300 5000kg，采用三相电极供电加热，变压器容量一般为300 3000KVA，炉体采用氧化镁砖砌筑或镁砂打结，炉盖使用镁铬砖或高铝砖砌筑。钒铁电弧炉冶炼钒铁合金的原料为五氧化二钒熔片(主要成分为V205)、娃铁、金属招(娃招铁)、生石灰和废钢，冶炼周期为2 6小时，冶炼电耗大于 1200kwh/t。钒铁冶炼过程中，主要化学反应如下:V205+Si+Ca0 ^ V+(CaO).(SiO2)V205+A1 — V+ (Al2O3)化学反应过程吸热，需要补充电能。经过还原和精炼，最终可获得含钒超过40%的钥；铁合金，最闻含f凡量可达到70%左右。
传统的电弧炉生产钒铁合金过程中，金属钒均以熔融态存在，形成钒铁液存在于电弧炉熔池底部，还原反应产生的液态炉渣覆盖钒铁液，能防止空气对钒铁的氧化，同时也阻止了空气中的氮气向钒铁中的渗透。
根据热力学计算
权利要求
1.一种使用钒铁电弧炉生产含氮钒铁合金的方法，其特征在于:在钒铁电弧炉炉底或炉壁安装单支或多支氮/氩喷吹装置，通过向钒铁电弧炉熔池内自由喷吹氮气和氩气，在钒铁液中进行液态渗氮，最终获得含氮钒铁合金；氮/氩喷吹装置采用金属环缝管或耐火材料狭缝透气砖的方式设计，其与外部控制阀组配合，能够实现向钒铁电弧炉熔池内自由喷吹氮气和氩气，单支氮/氩喷吹装置的气体喷吹流量控制范围为2(T500NL/min。
2.根据权利要求1所述的一种使用钒铁电弧炉生产含氮钒铁合金的方法，其特征在于，电弧炉内的冶炼含氮钒铁合金过程分两步进行，第一步是搅拌还原期，在吹氩搅拌的条件下用硅铁和金属铝还原五氧化二钒，得到高硅的钒硅铁合金；第二步是精炼增氮期，用过量的五氧化二钒精炼钒硅铁合金，降低硅含量，同时持续喷吹氮气增氮，最终获得含氮钒铁合金；具体冶炼过程如下: 1)上一炉出铁后，补炉； 2)加入生产所需要的全部废钢； 3)开启氮/氩喷吹装置，喷吹气体为氩气，单点喷吹流量为2(T200NL/min: 4)开始通电，并将上一炉的精炼富钒渣返回炉内； 5)搅拌还原期开始，搅拌还原期内分为二个或三个阶段，将冶炼所需的五氧化二钒熔片、硅铁、石灰和金属铝分为二或三份，按阶段分配，每阶段内操作过程相同；搅拌还原期内，氮/氩喷吹装置持续喷吹Ar气，搅拌熔池，并保证气路通畅； 搅拌还原期内每阶段操作过程为:提高Ar气喷吹流量，单点流量达到10(T500NL/min ；加入本阶段所有的五氧化二钒熔片、石灰和60-80%的的硅铁，开始使用变压器最低档位供电；随着原料的熔化，逐步提高供电档位；待熔池形成后，使用最高档位供电，使炉料迅速熔化；直到原料熔清后，供电档位降低一或二档，加入剩余的硅铁，再加铝还原渣中的V2O5,保持Ar气喷吹流量，充分搅拌熔池；当炉渣中的(V205)〈0.35%时，降低Ar气喷吹单点流量为2(T200NL/min，扒出贫钒渣；准备进入下一阶段； 经过二个或三个阶段，搅拌还原期结束时，电弧炉内钒硅铁合金液的成分为:[V]40 50%，[Si] 8 10%，余量为 Fe ； 搅拌还原期结束后，精炼渗氮期开始；加入五氧化二钒熔片和石灰的混合料；喷吹气体由氩气切换为氮气，同时提高喷吹流量，单支流量设定为10(T500NL/min，利用气体搅拌力混匀熔池，降低炉内钒硅铁合金中的硅和提高钒含量，氮气渗透进入熔池，形成钒氮化合物，最终电弧炉内含氮钒铁液的成分为:[V]45 60%，[Si]<2%, [N]>2%； 6)成分合格后，降低喷吹氮气流量，单支流量设定为2(Tl00NL/min，使渣铁充分分离，扒出精炼富钒渣待用； 7)含氮钒铁合金铸入锭模，在氮气保护下自然冷却，获得最终产品。
全文摘要
一种使用钒铁电弧炉生产含氮钒铁合金的方法，属于有色金属冶炼技术领域。本发明在公称容量一般为300～5000kg钒铁电弧炉的炉底或炉壁安装单支或多支氮/氩喷吹装置，可以实现向钒铁电弧炉熔池内自由喷吹氮气和氩气，使用选定的原料，最终可以获得成分为[V]45～60%，[Si]<2%，[N]2～8%的含氮钒铁合金，作为钢铁添加剂使用，与普通钒铁相比，可降低合金用量10%以上，钒元素收得率提高1%，冶炼周期缩短30分钟以上，冶炼电耗降低10～15%，冶炼综合成本降低2%以上。
文档编号C22C33/04GK103173676SQ201310080490
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月13日 优先权日2013年3月13日
发明者董凯, 朱荣, 白瑞国, 刘文娟, 李东明 申请人:北京科技大学