专利名称：冶炼钒铁的方法
技术领域：
本发明涉及铁合金冶炼技术领域，特别涉及一种采用电铝热还原方法通过还原和 精炼两段连续工序来生产钒铁合金的方法。
背景技术：
钒铁是十分重要的合金添加剂，可提高钢的强度、韧性、延展性和耐热性。钒铁的 主要代表产品是FeV50和i^eV80。目前，生产钒铁的方法主要包括碳热还原法、硅热还原法和铝热还原法。碳热还原 法因容易形成碳化物导致生产得到的钒铁中碳含量过高，使得其产品不能为大多数含钒合 金钢使用。硅热还原法虽然成本较低但难以生产高品位钒铁，而且其冶炼周期相对较长。通常，铝热还原法按其使用的原料不同，可分为五氧化二钒铝热还原法和三氧化 二钒电铝热还原法。与五氧化二钒铝热还原法不同的是，三氧化二钒电铝热还原法一般在 电炉中进行，而且能够节约作为还原剂的铝的用量，一定程度地降低了成本。通常，三氧化 二钒电铝热还原法的工艺流程图如图1所示。该工艺的主要不足是钒回收率不高，约为 91% -95%。公开号为CN1343794的中国发明专利公开了一种V2O3电铝热法冶炼i^V50的方 法，其原料由V2O3、铝粉、铁粒及石灰构成，工艺过程为将V2O3、铝粉、铁粒及石灰混料后放 入电炉冶炼；然后将冶炼出的合金混合物出炉分离出炉渣后进行水淬，最后进行砸铁、破 碎、筛分、包装处理。该发明的 ^ν50冶炼工艺降低了产品成本，工艺过程相对简单，成品钒 回收率达到了 94. 5%以上。可见，该专利也存在钒回收率不高的不足。综上所述，亟需一种钒回收率高的冶炼钒铁的方法。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种采用电铝热两步还原方法，即通过 还原和精炼两段连续冶炼工序来生产钒铁合金的方法，使用本发明的方法能够实现提高钒 回收率的效果。本发明提供了一种冶炼钒铁的方法，所述方法包括以下步骤(1)将10 {% ；35衬％的石灰、15 {% ；35衬％的铝以及余量的￥203和/或￥205 配成混合料；(2)将混合料加入电炉，同时按照所要生产的钒铁合金产品的要求加入预定 量的铁；(3)通电熔化电炉内的物料，以通过铝来还原V2O3和/或V2O5，待炉渣中全钒含量 低于0. 2wt%时，出80wt% 95wt%的炉S ;(4)再将由石灰15wt% 、铁氧化物
30wt%和余量为V2O5组成的精炼料加入电炉中，精炼料的加入量按10kg/t钒铁 80kg/t钒铁确定，进行精炼，待钒铁合金液中的铝含量和钒含量符合所要生产的钒铁合金 产品对铝含量和钒含量的要求时，出合金液和精炼渣；( 用合金液进行浇铸，得到钒铁合 金广品。根据本发明冶炼钒铁的方法，步骤(1)中的混合料还可以包括小于或等于15wt%
3的含钒富渣，所述含钒富渣由完成所述冶炼钒铁的方法后得到。根据本发明冶炼钒铁的方法，在步骤(3)中，还原温度可以为1800°C 2100°C，还 原时间可以为30min 90min。根据本发明冶炼钒铁的方法，在步骤⑷中，精炼温度可以为1600°C 1900°C，精 炼时间可以为3min 80min。根据本发明冶炼钒铁的方法，在步骤中，所要生产的钒铁合金产品对铝含量 的要求可以为低于0. 8wt%。根据本发明冶炼钒铁的方法，在步骤(1)中，当同时加入V2O3和V2O5时，V2O3和V2O5 的重量比可以按照2 1的比例进行配比。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果(1)钒回收率高。在本发明中，钒回收率为97% 99%，比现有铝热法冶炼钒铁工 艺高2 8个百分点。(2)能耗低。在本发明的精炼步骤中，由于精炼料的加入，所以精炼过程的炉温降 低为1600 1900°C。与现有技术中1800 2100°C的还原炉温相比，本发明中精炼过程中 的炉温最多能够降低500°C。
图1示出了现有技术的三氧化二钒电铝热还原法的工艺流程。图2示出了根据本发明实施例的电铝热还原法的工艺流程。
具体实施例方式在下文中，将参照附图来详细说明本发明的实施例。图2示出了根据本发明实施例的电铝热还原法的工艺流程。如图2所示，本发明实施例的电铝热还原法的工艺流程可以包括以下步骤(1)配料按照石灰IOwt % 35wt%、含钒富渣0wt% 15wt%和铝15wt% !35wt%、余量 为V2O3和/或V2O5进行配料，待原料混合均勻后，装罐。(2)加料将装罐的炉料加入炉内，同时，按照诸如FeV50或!^eVSO的钒铁合金成分要求和电 炉公称容量大小，加入预定量的铁。(3)熔化及还原送电快速熔化炉料。炉料熔化后，在炉内通过铝将V2O3和/或V2O5还原，还原时间 30min 90min，还原炉温可以在1800°C 2100°C的范围内，待炉渣中全钒含量(也可表示 为TV含量)低于0. 2wt%时，出80wt% 95wt%的贫渣，然后炉体回位。在还原工序之后 出渣，可以使精炼工序的精炼渣的渣量减少并且使精炼渣的成分更容易调节。还原渣中TV 含量低于0. 2wt %，能够确保钒的回收率；并且还原渣的出渣量应控制在80wt % 95wt % 之间，如果其出渣量大于95wt%，则在出渣时钒铁合金液的流失增多，从而降低了钒的回收 率；如果其出渣量小于80wt%，则会增加精炼工序中调渣的成本和精炼渣的渣量，也增加 了生产组织的难度和节奏。
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(4)精炼炉体回位后，加入按照石灰15wt% 35wt%、铁氧化物(如铁皮)0wt% 30wt %、余量为V2O5进行配料并混合而成的精炼料，精炼料的加入量按10kg/t钒铁 80kg/ t钒铁确定，即精炼料的加入量根据所要生产的钒铁合金产品的吨数来确定。送电并进行精 炼，精炼时间3min 80min，精炼炉温可以在1600°C 1900°C的范围内，待钒铁合金液中的 铝含量和钒含量符合所要生产的钒铁合金产品对铝含量和钒含量的要求时，将钒铁合金液 和精炼渣一并出到铁水包内。在精炼工序中，向炉中加入精炼料后，能够生成低熔点相，从 而降低了精炼渣的熔点；而且能够利用还原工序得到的钒铁合金液中残留的金属铝将精炼 料中的V2O5部分还原，从而实现了对合金液中钒含量的调整，使得合金液中的钒含量满足 所要生产的钒铁合金产品对钒含量的要求；同时能够降低钒铁合金液中铝的含量，使得铝 含量满足所要生产的钒铁合金产品对铝含量的要求。例如，在中国钒铁标准(GB4139-1987) 中规定，FeV50A中钒含量不小于50%，铝含量不大于0. 5wt % ；FeV50B中钒含量不小于 50 %，铝含量不大于0. 8wt %。(5)浇铸钒铁合金液出到铁水包后，吊出铁水包，并将铁水包的钒铁合金液浇铸到锭模内。 同时，倒出精炼过程形成的精炼渣，并清理锭模内的残渣，形成罐内渣。在本发明中，精炼渣 和罐内渣统称为含钒富渣。(6)破碎待钒铁合金液冷却至室温后，脱模并将钒铁锭破碎至用户要求，得到50钒铁或80 钒铁成品。实施例1按照石灰10wt%、由精炼渣和罐内渣组成的含钒富渣15wt%和铝25wt%、余量为 V2O3和V2O5 (V2O3和V2O5的重量比为2 1)进行配料，形成混合料。将该混合料混合均勻后， 取lot装罐，然后加入电炉公称容量IOt的电炉内，同时炉内加入1. 5t铁粒。加料毕后，送 电快速熔化炉料。炉料熔化后，在炉内通过铝将V2O3和V2O5还原，还原时间30min，还原炉 温约为2100°C，待炉渣中TV含量为0. 时，出95wt%的贫渣，然后炉体回位。炉体回位 后，加入按照石灰15wt%、铁皮IOwt %、余量为V2O5配料并混合而成的精炼料500kg，送电并 进行精炼，精炼时间为80min，精炼炉温约为1900°C，待钒铁合金液中铝含量低于0. Swt % 时，将钒铁合金液和精炼渣一并出入铁水包内。得到钒铁合金液约7. 5t，产品为!^eVSO，钒 回收率99%。钒铁合金液出完到铁水包后，吊出铁水包，并将铁水包的钒铁合金液浇铸到锭模 内。待钒铁合金液冷却至室温后，脱模并将钒铁锭破碎至用户要求粒度，得到符合国标的80 钒铁成品。产生的精炼渣和罐内渣一并返回混合料的配料工序进行配料，进一步回收有价 凡元素。实施例2按照石灰35wt %、铝15wt %、余量为V2O3进行配料，形成混合料。将该混合料混合 均勻后，取3. 8t装罐，然后加入电炉公称容量5t的电炉内，同时炉内加入2. 5t铁粒。加料 毕后，送电快速熔化炉料。炉料熔化后，在炉内通过铝将V2O3还原，还原时间90min，还原炉 温约为1800°C，待炉渣中TV含量为0. 时，出80wt%的贫渣，然后炉体回位。炉体回位后，加入按照石灰30wt%和V20570wt%配料并混合而成的精炼料50kg，送电并进行精炼，精 炼时间为3min，精炼炉温约为1600°C，待钒铁合金液中铝含量低于0. 8wt%时，将钒铁合金 液和精炼渣一并出入铁水包内。根据电炉容量，该钒铁合金液约5. 0t，产品为i^eV50，钒回 收率98%。钒铁合金液出完到铁水包后，吊出铁水包，并将铁水包的钒铁合金液浇铸到锭模 内。待钒铁合金液冷却至室温后，脱模并将钒铁锭破碎至用户要求粒度，得到符合国标的50 钒铁成品。产生的精炼渣和罐内渣一并返回混合料的配料工序进行配料，进一步回收有价 凡元素。实施例3按照石灰25wt%、由精炼渣和罐内渣组成的含钒富渣15wt%和铝35wt%、余量为 V2O5进行配料，形成混合料。将该混合料混合均勻后，取3. 5t装罐，然后加入电炉公称容量 2t的电炉内，同时炉内加入0.5t铁粒。加料毕后，送电快速熔化炉料。炉料熔化后，在炉 内通过铝将V2O5还原，还原时间60min，还原炉温约为1900°C，待炉渣中TV含量为0. 2wt% 时，出87wt%的贫渣，然后炉体回位。炉体回位后，加入按照石灰30wt%和V20570%配料并 混合而成的精炼料30kg，送电并进行精炼，精炼时间为80min，精炼炉温约为1800°C，待钒 铁合金液中铝含量低于0. 8wt%时，将钒铁合金液和精炼渣一并出入铁水包内。得到钒铁合 金液约l.Ot，产品为i^eV50，钒回收率97%。钒铁合金液出完到铁水包后，吊出铁水包，并将铁水包的钒铁合金液浇铸到锭模 内。待钒铁合金液冷却至室温后，脱模并将钒铁锭破碎至用户要求粒度，得到符合国标的50 钒铁成品。产生的精炼渣和罐内渣一并返回混合料的配料工序进行配料，进一步回收有价 凡元素。实施例4按照石灰20wt%、由精炼渣和罐内渣组成的含钒富渣12wt%和铝30wt%、余量为 V2O3和V2O5 (V2O3和V2O5的重量比为2 1)进行配料，形成混合料。将该混合料混合均勻后， 取6t装罐，然后加入电炉公称容量5t的电炉内，同时炉内加入2. 5t铁粒。加料毕后，送电 快速熔化炉料。炉料熔化后，在炉内通过铝将V2O3和V2O5还原，还原时间30min，还原炉温约 为1900°C，待炉渣中TV含量为0. 2wt%时，出95wt%的贫渣，然后炉体回位。炉体回位后， 加入按照石灰20wt%、铁皮IOwt %、余量为V2O5配料并混合而成的精炼料400kg，送电并进 行精炼，精炼时间为30min，精炼炉温约为1700°C，待钒铁合金液中铝含量低于0. 8wt%时， 将钒铁合金液和精炼渣一并出入铁水包内。得到钒铁合金液约5. 0t，产品为i^eV50，钒回收 率 97%。实施例5按照石灰18wt%、由精炼渣和罐内渣组成的含钒富渣和铝30wt%、余量为 V2O3和V2O5 (V2O3和V2O5的重量比为5 3)进行配料，形成混合料。将该混合料混合均勻后， 取6t装罐，然后加入电炉公称容量5t的电炉内，同时炉内加入2. 5t铁粒。加料毕后，送电 快速熔化炉料。炉料熔化后，在炉内通过铝将V2O3和V2O5还原，还原时间30min，还原炉温约 为1950°C，待炉渣中TV含量为0. 2wt%时，出95wt%的贫渣，然后炉体回位。炉体回位后， 加入按照石灰25wt%、铁皮15wt%、余量为V2O5配料并混合而成的精炼料300kg，送电并进 行精炼，精炼时间为20min，精炼炉温约为1800°C，待钒铁合金液中铝含量低于0. 8wt%时，将钒铁合金液和精炼渣一并出入铁水包内。得到钒铁合金液约5. 0t，产品为i^eV50，钒回收 率 99%。钒铁合金液出完到铁水包后，吊出铁水包，并将铁水包的钒铁合金液浇铸到锭模 内。待钒铁合金液冷却至室温后，脱模并将钒铁锭破碎至用户要求粒度，得到符合国标的50 钒铁成品。产生的精炼渣和罐内渣一并返回混合料的配料工序进行配料，进一步回收有价 凡元素。综上所述，本发明采用电铝热还原方法通过还原和精炼两段连续工序来生产钒铁 合金，能够实现提高钒回收率以及降低能耗的效果。尽管上面结合实施例示出并描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不 脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可以进行各种变形和修改。
权利要求
1.一种冶炼钒铁的方法，其特征在于，包括以下步骤(1)将IOwt% 35wt %的石灰、15wt % 35wt %的铝以及余量的V2O3和/或V2O5配成 混合料；(2)将混合料加入电炉，同时按照所要生产的钒铁合金产品的要求加入预定量的铁；(3)通电熔化电炉内的物料，以通过铝来还原V2O3和/或V2O5，待炉渣中全钒含量低于 0. 2wt%时，出80wt% 95wt%的炉渣；(4)再将由石灰15wt% 35wt%、铁氧化物Owt % 30衬％和余量为V2O5组成的精炼 料加入电炉中，精炼料的加入量按10kg/t钒铁 80kg/t钒铁确定，进行精炼，待钒铁合金 液中的铝含量和钒含量符合所要生产的钒铁合金产品对铝含量和钒含量的要求时，出合金 液和精炼渣；(5)用合金液进行浇铸，得到钒铁合金产品。
2.如权利要求1所述的冶炼钒铁的方法，其特征在于，步骤(1)中的混合料还包括小于 或等于15wt%的含钒富渣，所述含钒富渣由完成所述冶炼钒铁的方法后得到。
3.如权利要求1所述的冶炼钒铁的方法，其特征在于，在步骤(3)中，还原温度为 1800°C 2100°C，还原时间为 30min 90min。
4.如权利要求1所述的冶炼钒铁的方法，其特征在于，在步骤中，精炼温度为 16001900°C，精炼时间为 3min 80min。
5.如权利要求1所述的冶炼钒铁的方法，其特征在于，在步骤中，所要生产的钒铁 合金产品对铝含量的要求为低于0. 8wt%。
6.如权利要求1所述的冶炼钒铁的方法，其特征在于，在步骤(1)中，当同时加入V2O3 和V2O5时，V2O3和V2O5的重量比按照2 1的比例进行配比。
全文摘要
本发明提供了一种冶炼钒铁的方法，所述方法包括以下步骤将10wt％～35wt％的石灰、15wt％～35wt％的铝以及余量的V2O3和/或V2O5配成混合料；将混合料加入电炉，同时按照要求加入预定量的铁；通电熔化电炉内的物料，以通过铝来还原V2O3和/或V2O5，待炉渣中全钒含量低于0.2wt％时，出80wt％～95wt％的炉渣；再将由石灰15wt％～35wt％、铁氧化物0wt％～30wt％和余量为V2O5组成的精炼料按照10～80kg/t钒铁加入电炉中，进行精炼，待钒铁合金液中的铝含量和钒含量符合所要生产的钒铁合金产品对铝含量和钒含量的要求时，出合金液和精炼渣；浇铸，得到钒铁合金产品。使用本发明的方法能够得到97％至99％的钒回收率并能够降低能耗。
文档编号C22B5/04GK102115821SQ201010279489
公开日2011年7月6日 申请日期2010年9月13日 优先权日2010年9月13日
发明者何为, 刘丰强, 孙朝晖, 戈文荪, 王永刚, 蒋龙奎, 邓孝伯, 陈永 申请人:攀钢集团攀枝花钢钒有限公司, 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司, 攀钢集团研究院有限公司, 攀钢集团钢铁钒钛股份有限公司