专利名称：生产钒铁的方法
技术领域：
本发明涉及生产钒铁的方法，属于冶金技术领域。
背景技术：
钒铁合金是钢铁工业重要的合金添加剂，目前生产钒铁合金的方法主要有电硅热法、铝热法和电铝热法。电硅热法主要以V2O5(或V2O3)添加石灰、钢屑(或铁粉)、硅铁和铝粒为原料进行冶炼，铝热法和电铝热法主要以V2O5 (或V2O3)添加石灰、钢屑(或铁粉)和铝粒为原料进行冶炼，其都是以V2O5或V2O3为含钒原料，如《铁合金》，2002，No. 3，10 13 的文献"V2O5和V2O3生产钒铁工艺探讨”所公开的方法是用V2O5或V2O3为原料，用铝做还原剂，采用铝热法和电铝热冶炼。又如《铁合金》，2008，No. 5，18 23的文献“电硅热法冶炼低磷钒铁”所公开的方法是用V2O5为原料，用硅铁和硅铝铁做还原剂，采用电硅热冶炼FeV50钒铁。再如《钒钛材料》，2007年8月第1版，北京，冶金工业出版社，113 114、 127 129的文献所公开的方法是用多钒酸铵在不高于900°C的温度下煅烧，将其中的结晶水和氨脱除，得V205。而在还原气氛下，500°C 1000°C下还原多钒酸铵或偏钒酸铵，得到 V2O3。然后以为V2O5或V2O3为钒原料生产钒铁。由于V2O5的生产是将多钒酸铵置于高温炉内煅烧，脱除其中的结晶水和氨进而熔化而得；V2O3的生产是将多钒酸铵或V2O5置于高温还原炉内，在还原气氛下将五价钒还原成三价钒而得。因此，不管是以V2O5为钒原料生产钒铁，还是以V2O3为钒原料生产钒铁，其原料的成本都较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种成本较低的生产钒铁的方法。本发明生产钒铁的方法包括如下步骤a、配料将含钒原料、铁红粉(铁红即为三氧化二铁)、铝粉、CaO混勻得到混合物料；其中，所述的含钒原料为多钒酸铵、偏钒酸铵中至少一种；含钒原料以钒计、铁红粉以铁计的重量配比为1 0. 16 0. 26 ；配铝系数为1. 05 1. 15，所述的配铝系数为实际加入的纯铝重量与理论计算需要加入的纯铝重量之比；配CaO系数为0. 35 0. 47，所述的配 CaO系数为实际加入的CaO重量与理论计算需加入的纯铝重量之比；b、造球所得混合物料造球，球团干燥(球团的干燥方式可以为自然晒干，如日晒12 72小时，也可以于50 250°C的温度下保温2小时 42小时烘干)；C、入炉冶炼干燥后的球团入炉冶炼至混合物料反应完全(即加热使混合物料熔融并保持熔融使混合物料反应完全即可)；d、出炉，得到钒铁。进一步的，如果原料粒度过大，则会影响还原反应速度，延长反应时间，还可能使反应不充分，降低反应的动力学条件；如果原料粒度过小，则冶炼过程中原料粉末易飞扬， 还会增加破碎成本。本发明中的原料优选如下粒度(本发明中原料的粒度均指直径)所述含钒原料的粒度为0. 040 0. 300mm,所述铁红粉的粒度为0. 090 0. 250mm,所述铝粉的粒度为0. 063 0. 250mm，所述CaO的粒度为0. 09 10. 00mm。其中，由于偏钒酸铵成本相对多钒酸铵更高，因此，为了降低成本，所述的含钒原料优选多钒酸铵。其中，上述a步骤中的含钒原料、铁红粉、铝粉、CaO的纯度越高，则生产的钒铁品质越好。a步骤所述的多钒酸铵的V2O5含量优选为80. 00 91. OOwt %,铁红粉以!^e2O3计其!^e2O3含量优选> 97. Owt %，铝粉Al含量优选> 99. Owt %。当然，为了降低成本，根据具体情况可以适当降低各物料的纯度，如上述a步骤中的CaO可以用CaO含量为66. 45 90. OOwt %的生石灰或熟石灰代替。其中，b步骤按常规方法造球即可，所造球大小与常规球团大小相同即可(一般为直径5cm左右)。为了便于造球，b步骤混合物料造球时还可加入粘结剂，粘结剂可以采用常规方法造球所用粘结剂，粘结剂的用量使所制球团能满足强度要求即可。粘结剂的用量一般为混合物料重量的2 7%。进一步的，为了提高造球效果，所述的粘结剂优选为聚乙烯醇水溶液。所述的粘结剂更优选为浓度为1 5g/L的聚乙烯醇水溶液。本发明方法所用炉可以是冶金行业常用的炉，优选电弧炉(单相电弧炉、三相电弧炉等均可)。其中，采用本发明方法，通过控制含钒原料、铁红粉的重量配比，以及控制配铝系数和配CaO系数，可以生产出不同钒含量的钒铁。如生产V、Fe分别为55. 50 74. 99wt%,20. 50 40. 50wt%的半高钒铁时，含钒原料以钒计、铁红粉以铁计的重量配比为1 0. M 0. 26,配铝系数为1. 06 1. 08，配CaO系数为0. 38 0. 40。生产上述半高钒铁，c步骤入炉冶炼所用炉为电弧炉时，按常规的电弧炉操作规程操作即可，即先投少量球团或上一炉少量剩余渣，插入电极起弧(通电)后，投料。一边投料一边冶炼。球团完全加入电弧炉并熔融后，继续通电并保持熔融4 6min，混合物料即反应完全。又如生产VJe分别为75. 00 85. OOwt % ,10. 58 20. 58wt%的高钒铁，控制含钒原料以钒计、铁红粉以铁计的重量配比为1 0. 16 0. 18，配铝系数为1. 05 1. 15，配 CaO系数为0. 35 0. 47。生产上述高钒铁，c步骤入炉冶炼所用炉为电弧炉时，按常规的电弧炉操作规程操作即可，即先投少量球团或上一炉少量剩余渣，插入电极起弧(通电)后， 投料，一边投料一边冶炼。球团完全加入电弧炉并熔融后，继续通电并保持熔融2 ％iin， 混合物料即反应完全。本发明方法投料结束后，还需加热并保持熔融状态一段时间，这是因为投料结束后，熔体很快冷却，在熔体中还有部份未来得及沉淀到金属相中的金属态的钒和铁，这部份金属态的钒和铁就会留在渣中，从而导致合金的收率降低。另外还有部份未还原完的金属氧化物保持在渣中，继续加热，保持熔融状态一段时间，可以使已还原的金属态的钒和铁沉淀入金属相中，未还原完的部份金属氧化物继续还原完毕后沉入金属相中。本发明的发明人经过大量实验研究发现，如果直接采用多钒酸铵或偏钒酸铵为含钒原料，采用现有的生产钒铁的工艺(即不造球，直接投料生产)，是不能生产得到符合要求的钒铁的。而采用本发明方法，将混合物料造球后再投料生产，不仅能够得到符合要求的钒铁，且钒的回收率较高，能够达到98%以上。另外，本发明的发明人经过研究还发现，如果采用铁粉为原料生产中高钒铁和高钒铁时，由于其含铁量低，含钒量高，多钒酸铵配入量也多，在冶炼过程中，多钒酸铵反应的时间也长。当多钒酸铵还在脱水、脱铵阶段，所配铁粉就已完成融化过程并沉入炉底，而当多钒酸铵被还原成金属钒后，其金属钒因比重比铁小，大多数滞留于渣中，不能和铁完成合金化过程。经过多次试验研究，本发明的发明人发现采用上述配比的铁红粉代替铁粉则可以解决上述问题，得到中高钒铁和高钒铁。本发明方法和已有的钒铁合金生产方法相比，本发明方法直接用多钒酸铵或偏钒酸铵为含钒原料冶炼出钒铁合金，没有经过煅烧制取V2O5或还原制取V2O3工序，缩短了工艺流程，减少了用工量、劳动强度和能耗，减少了生产占地面积，从而大幅降低了生产成本。本发明为钒铁合金生产提供了一种新的方法，具有广阔的应用前景。
具体实施例方式本发明生产钒铁的方法包括如下步骤a、配料将含钒原料、铁红粉(铁红即为三氧化二铁)、铝粉、CaO混勻得到混合物料；其中，所述的含钒原料为多钒酸铵、偏钒酸铵中至少一种；含钒原料以钒计、铁红粉以铁计的重量配比为1 0. 16 0. 26 ；配铝系数为1. 05 1. 15，所述的配铝系数为实际加入的纯铝重量与理论计算需要加入的纯铝重量之比；配CaO系数为0. 35 0. 47，所述的配 CaO系数为实际加入的CaO重量与理论计算需加入的纯铝重量之比；b、造球所得混合物料造球，球团干燥(球团的干燥方式可以为自然晒干，如日晒12 72小时，也可以于50 250°C的温度下保温2小时 42小时烘干)；C、入炉冶炼干燥后的球团入炉冶炼至混合物料反应完全(即加热使混合物料熔融并保持熔融使混合物料反应完全即可)；d、出炉，得到钒铁。进一步的，如果原料粒度过大，则会影响还原反应速度，延长反应时间，还可能使反应不充分，降低反应的动力学条件；如果原料粒度过小，则冶炼过程中原料粉末易飞扬， 还会增加破碎成本。本发明中的原料优选如下粒度(本发明中原料的粒度均指直径)所述含钒原料的粒度为0. 040 0. 300mm，所述铁红粉的粒度为0. 090 0. 250mm，所述铝粉的粒度为0. 063 0. 250mm，所述CaO的粒度为0. 09 10. 00mm。其中，由于偏钒酸铵成本相对多钒酸铵更高，因此，为了降低成本，所述的含钒原料优选多钒酸铵。其中，上述a步骤中的含钒原料、铁红粉、铝粉、CaO的纯度越高，则生产的钒铁品质越好。a步骤所述的多钒酸铵的V2O5含量优选为80. 00 91. OOwt %,铁红粉以!^e2O3计其!^e2O3含量优选> 97. Owt %，铝粉Al含量优选> 99. Owt %。当然，为了降低成本，根据具体情况可以适当降低各物料的纯度，如上述a步骤中的CaO可以用CaO含量为66. 45 90. OOwt %的生石灰或熟石灰代替。其中，b步骤按常规方法造球即可，所造球大小与常规球团大小相同即可(一般为直径5cm左右)。为了便于造球，b步骤混合物料造球时还可加入粘结剂，粘结剂可以采用常规方法造球所用粘结剂，粘结剂的用量使所制球团能满足强度要求即可。粘结剂的用量一般为混合物料重量的2 7%。进一步的，为了提高造球效果，所述的粘结剂优选为聚乙烯醇水溶液。所述的粘结剂更优选为浓度为1 5g/L的聚乙烯醇水溶液。本发明方法所用炉可以是冶金行业常用的炉，优选电弧炉(单相电弧炉、三相电弧炉等均可)。其中，采用本发明方法，通过控制含钒原料、铁红粉的重量配比，以及控制配铝系数和配CaO系数，可以生产出不同钒含量的钒铁。如生产V、Fe分别为55. 50 74. 99wt%,20. 50 40. 50wt%的半高钒铁时，含钒原料以钒计、铁红粉以铁计的重量配比为1 0. M 0. 26,配铝系数为1. 06 1. 08，配CaO系数为0. 38 0. 40。生产上述半高钒铁，c步骤入炉冶炼所用炉为电弧炉时，按常规的电弧炉操作规程操作即可，即先投少量球团或上一炉少量剩余渣，插入电极起弧(通电)后，投料。一边投料一边冶炼。球团完全加入电弧炉并熔融后，继续通电并保持熔融4 6min，混合物料即反应完全。又如生产VJe分别为75. 00 85. OOwt % ,10. 58 20. 58wt%的高钒铁，控制含钒原料以钒计、铁红粉以铁计的重量配比为1 0. 16 0. 18，配铝系数为1. 05 1. 15，配 CaO系数为0. 35 0. 47。生产上述高钒铁，c步骤入炉冶炼所用炉为电弧炉时，按常规的电弧炉操作规程操作即可，即先投少量球团或上一炉少量剩余渣，插入电极起弧(通电)后， 投料，一边投料一边冶炼。球团完全加入电弧炉并熔融后，继续通电并保持熔融2 ％iin， 混合物料即反应完全。本发明方法投料结束后，还需加热并保持熔融状态一段时间，这是因为投料结束后，熔体很快冷却，在熔体中还有部份未来得及沉淀到金属相中的金属态的钒和铁，这部份金属态的钒和铁就会留在渣中，从而导致合金的收率降低。另外还有部份未还原完的金属氧化物保持在渣中，继续加热，保持熔融状态一段时间，可以使已还原的金属态的钒和铁沉淀入金属相中，未还原完的部份金属氧化物继续还原完毕后沉入金属相中。本发明的发明人经过大量实验研究发现，如果直接采用多钒酸铵或偏钒酸铵为含钒原料，采用现有的生产钒铁的工艺(即不造球，直接投料生产)，是不能生产得到符合要求的钒铁的。而采用本发明方法，将混合物料造球后再投料生产，不仅能够得到符合要求的钒铁，且钒的回收率较高，能够达到98%以上。另外，本发明的发明人经过研究还发现，如果采用铁粉为原料生产中高钒铁和高钒铁时，由于其含铁量低，含钒量高，多钒酸铵配入量也多，在冶炼过程中，多钒酸铵反应的时间也长。当多钒酸铵还在脱水、脱铵阶段，所配铁粉就已完成融化过程并沉入炉底，而当多钒酸铵被还原成金属钒后，其金属钒因比重比铁小，大多数滞留于渣中，不能和铁完成合金化过程。经过多次试验研究，本发明的发明人发现采用上述配比的铁红粉代替铁粉则可以解决上述问题，得到中高钒铁和高钒铁。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。实施例1采用本发明方法生产半高钒铁合金取多钒酸铵(V2O5= 89. 94wt %，粒度为 0.05 0. 20mm) 892 克、铁红(Fii2O3 = 97. OOwt %，粒度为 0. 05 0. Imm) 166. 0 克、铝粉(Al = 99. 97wt %，粒度为 0. 075 0. 200mm) 484. 2 克、石灰(CaO = 66. 40wt%，粒度为 1. 00 5. 15mm) 270. 5 克，将它们混合均勻。聚乙烯醇水溶液的浓度为3g/L，取聚乙烯醇水溶液72. 5g，将其和混合料混勻后压成球团，将球团置于烘箱中在100°C保温12小时成干燥后的球团。投少量这种球团入单相电弧炉内，起弧后，在不断电的情况下，逐渐将剩余球团投入电弧炉内冶炼，球团投完后，继续通电冶炼5. 0分钟，待炉子冷却后出炉，得到钒铁合金。经检测，所得钒铁合金中Vle的质量百分含量分别为70. 54wt%,28. 07Wt%，杂质Al的质量百分含量为0. 98wt%，钒收率为
699. 1%。实施例2采用本发明方法生产半高钒铁合金取多钒酸铵(V2O5= 88. 95wt %，粒度为 0. 06 0. 18mm)902 克、铁红(Fii2O3 = 97. OOwt %，粒度为 0. 05 0. Imm) 165. 6 克、铝粉(Al = 99. 97wt %，粒度为 0. 075 0. 200mm) 484. 2 克、石灰(CaO = 66. 40wt%,粒度为 1. 00 5. 15mm) 269. 0 克，将它们混合均勻。聚乙烯醇水溶液的浓度为4g/L，取聚乙烯醇水溶液91. lg，将其和混合料混勻后压成球团，将球团置于阳光下晒48小时成干燥后的球团。投少量这种球团入单相电弧炉内，起弧后，在不断电的情况下，逐渐将剩余球团投入电弧炉内冶炼，球团投完后，继续通电冶炼4. 8 分钟，待炉子冷却后出炉，得到钒铁合金。经检测，所得钒铁合金中Vle的质量百分含量分别为69. 77wt%,28. 56wt%，杂质Al的质量百分含量为1. 00wt%，钒收率为99. 0%o实施例3采用本发明方法生产高钒铁合金取多钒酸铵(V2O5= 89. 94wt %，粒度为 0.05 0. 20mm) 892 克、铁红(Fii2O3 = 97. OOwt %，粒度为 0. 05 0. Imm) 117. 0 克、铝粉(Al = 99. 97wt %，粒度为 0. 075 0. 200mm) 484. 2 克、石灰(CaO = 66. 40wt%,粒度为 1. 00 5. 15mm) 236. 6 克，将它们混合均勻。聚乙烯醇水溶液的浓度为4g/L，取聚乙烯醇水溶液87. 5g，将其和混合料混勻后压成球团，将球团置于阳光下晒48小时成干燥后的球团。投少量这种球团入单相电弧炉内，起弧后，在不断电的情况下，逐渐将剩余球团投入电弧炉内冶炼，球团投完后，继续通电冶炼2. 5 分钟，待炉子冷却后出炉，得到钒铁合金。经检测，所得钒铁合金中Vle的质量百分含量分别为80. 61wt%U7. ，杂质Al的质量百分含量为0. 86wt%，钒收率为98. 37%。
权利要求
1.生产钒铁的方法，其特征在于包括如下步骤a、配料将含钒原料、铁红粉、铝粉、CaO混勻得到混合物料；其中，所述的含钒原料为多钒酸铵、偏钒酸铵中至少一种；含钒原料以钒计、铁红粉以铁计的重量配比为1 0.16 0. 26 ；配铝系数为1. 05 1. 15，所述的配铝系数为实际加入的纯铝重量与理论计算需要加入的纯铝重量之比；配CaO系数为0. 35 0. 47，所述的配CaO系数为实际加入的CaO重量与理论计算需加入的纯铝重量之比；b、造球所得混合物料造球，球团干燥；c、入炉冶炼干燥后的球团入炉冶炼至混合物料反应完全；d、出炉，得到钒铁。
2.根据权利要求1所述的生产钒铁的方法，其特征在于所述含钒原料的粒度为 0. 040 0. 300mm,所述铁红粉的粒度为0. 090 0. 250mm,所述铝粉的粒度为0. 063 0. 250mm，所述 CaO 的粒度为 0. 09 10. 00mm。
3.根据权利要求1或2所述的生产钒铁的方法，其特征在于所述的含钒原料为多钒酸铵。
4.根据权利要求1 3任一项所述的生产钒铁的方法，其特征在于a步骤所述的多钒酸铵的V2O5含量为80. 00 91. OOwt %，铁红粉以!^e2O3计其!^e2O3含量彡97. Owt %，铝粉 Al含量彡99. Owt % ；所述的CaO为CaO含量为66. 45 90. OOwt %的生石灰或熟石灰。
5.根据权利要求1 4任一项所述的生产钒铁的方法，其特征在于b步骤混合物料造球时还加入粘结剂，粘结剂的用量为混合物料重量的2 7%。
6.根据权利要求5所述的生产钒铁的方法，其特征在于所述的粘结剂为浓度为1 5g/L的聚乙烯醇水溶液。
7.根据权利要求1 6任一项所述的生产钒铁的方法，其特征在于c步骤入炉冶炼所用炉为电弧炉。
8.根据权利要求1 7任一项所述的生产钒铁的方法，其特征在于生产Vle分别为 55. 50 74. 99wt%,20. 50 40. 50wt%的半高钒铁时，含钒原料以钒计、铁红粉以铁计的重量配比为1 0. M 0. 26,配铝系数为1. 06 1. 08，配CaO系数为0. 38 0. 40。
9.根据权利要求8所述的生产钒铁的方法，其特征在于c步骤入炉冶炼所用炉为电弧炉时，球团完全加入电弧炉并熔融后，继续通电并保持熔融4 6min，混合物料即反应完全。
10.根据权利要求1 7任一项所述的生产钒铁的方法，其特征在于生产V、Fe分别为75. 00 85. OOwt%,10. 58 20. 58wt%的高钒铁时，含钒原料以钒计、铁红粉以铁计的重量配比为1 0. 16 0. 18，配铝系数为1. 05 1. 15，配CaO系数为0. 35 0. 47。
11.根据权利要求10所述的生产钒铁的方法，其特征在于c步骤入炉冶炼所用炉为电弧炉时，球团完全加入电弧炉并熔融后，继续通电并保持熔融2 ％iin，混合物料即反应完全。
全文摘要
本发明涉及生产钒铁的方法，属于冶金技术领域。本发明所解决的技术问题是提供了一种生产成本较低的生产钒铁的方法。本发明生产钒铁的方法包括如下步骤a、配料将含钒原料、铁红粉、铝粉、CaO混匀得到混合物料；其中，所述的含钒原料为多钒酸铵、偏钒酸铵中至少一种；含钒原料以钒计、铁红粉以铁计的重量配比为1∶0.16～0.26；配铝系数为1.05～1.15；配CaO系数为0.35～0.47；b、造球所得混合物料造球，球团干燥；c、入炉冶炼干燥后的球团入炉冶炼至混合物料反应完全；d、出炉，得到钒铁。
文档编号C21B15/02GK102206754SQ20111009951
公开日2011年10月5日 申请日期2011年4月20日 优先权日2011年4月20日
发明者姜德泉, 彭再立, 方民宪, 邓本山 申请人:攀枝花学院