专利名称：一种冶炼钒铁的方法
技术领域：
本发明涉及一种冶炼金属的方法，具体地，涉及一种冶炼钒铁的方法。
背景技术：
钒铁是钒和铁组成的铁合金，主要在炼钢中用作合金添加剂，高钒钒铁还用作有色合金的添加剂。常用的钒铁有含钒40质量％、60质量％和80质量％三种。
冶炼钒铁的方法包括在电弧炉中，将生石灰、钒氧化物、铁和铝作为原料，经还原和精炼两个阶段炼得到钒铁；其中，在还原阶段中，在高生石灰炉渣下，钒氧化物和铝发生铝热反应，将钒还原出来。当还原阶段进行到炉渣中的总钒含量不高于0.2重量％时，放出还原炉渣。然后，再加入钒氧化物和石灰，进行精炼阶段，以脱除钒铁合金液中的铝，钒铁合金液成分达到预期要求后，放出精炼炉渣，得到钒铁合金产品。精炼炉渣含有3重量％以上的总f凡，称为富洛。
富渣的产生降低了钒的回收率，S卩，上述冶炼钒铁的方法存在钒的回收率较低的缺陷。发明内容
本发明的目的是为了克服冶炼钒铁的方法存在钒的回收率较低的缺陷，提供一种钒回收率较高的冶炼钒铁方法。
本发明的发明人发现，可以在精炼阶段使用含有铁氧化物和生石灰且不含有钒氧化物的调渣料进行调渣，从而不产生含有3重量％以上的总钒的富渣并提高了钒的回收率，由此得到了本发明。
本发明提供了一种冶炼钒铁的方法，该方法包括如下步骤
(I)将包括生石灰、铁和钒氧化物的原料和铝在第一铝热反应条件下接触，得到第一合金液和第一炉渣；相对于所述钒氧化物中每摩尔的氧元素，铝的用量为O. 75-0. 9摩尔；所述第一铝热反应条件使得第一炉渣中总钒的含量不高于O. 5重量％ ；
(2)将所述第一合金液与含有铁氧化物和生石灰且不含有钒氧化物的调渣料在第二铝热反应条件下接触，得到第二合金液和第二炉渣；所述第二铝热反应条件使得所述第二合金液中铝元素的含量不高于1. 5重量％，且所述第二炉渣中总钒的含量不高于O. 8重量％。
通过上述方法，本发明的提供的冶炼钒铁的技术方案避免了富渣的产生，因而有效地简化了工艺、降低了能耗、提高了钒的回收率。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式
部分予以详细说明。具体实施 方式
以下对本发明的具体实施方式
进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式
仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种冶炼钒铁的方法，该方法包括如下步骤
(I)将包括生石灰、铁和钒氧化物的原料和铝在第一铝热反应条件下接触，得到第一合金液和第一炉渣；相对于所述钒氧化物中每摩尔的氧元素，铝的用量为O. 75-0. 9摩尔；所述第一铝热反应条件使得第一炉渣中总钒的含量不高于O. 5重量％ ；
(2)将所述第一合金液与含有铁氧化物和生石灰且不含有钒氧化物的调渣料在第二铝热反应条件下接触，得到第二合金液和第二炉渣；所述第二铝热反应条件使得所述第二合金液中铝元素的含量不高于1. 5重量％，且所述第二炉渣中总钒的含量不高于O. 8重量％。
其中，本发明的方法可以通过常规的冶炼钒铁的装置，例如倾翻式电弧炉进行。
本发明中，步骤(I)中，所述包括生石灰、铁、钒氧化物的原料以及含有铁氧化物和生石灰且不含有钒氧化物的调渣料并不是指必须将其中的成分进行混合后得到所述原料或调料渣，只是为了方便说明，把生石灰、铁、钒氧化物等成分一起称为原料，将铁氧化物和生石灰等成分一起成为调料渣，其中，所述包括生石灰、铁、钒氧化物的原料和铝可以是预先混合的，其中，各物料的形态可以各自为粉末或颗粒。各物料可以在加热前一次性全部加入，也可以分多批，在第一批物料加热开始后再一次性或分多批加入剩余的物料继续加热。
其中，如本领域公知的是，步骤(I)中，生石灰用于造渣，铁为合金成分，用于提供钒铁中的铁元素，钒氧化物用作钒源和氧化剂，铝为还原剂。其中，所述铁可以是低碳钢片和/或铁粒。所述钒氧化物可以为三价钒氧化物、四价钒氧化物和五价钒氧化物中的至少一种，例如可以为五氧化二钒和/或三氧化二钒。
其中，步骤(I)中，生石灰、铁和钒氧化物的含量没有特别地要求，可以为本领域公知的选择，例如，生石灰与铝的重量比可以为1: 1.7-2。所述生石灰中氧化钙含量优选为不低于80重量％。
铁与钒氧化物之间的重量比可以根据所制备的钒铁的品位要求调整，例如相对于 I重量份的铁，以钒元素计，所述钒氧化物的用量为0.6-4重量份；特别是对于80品位的钒铁，可以使铁与钒氧化物(以钒元素重量计)之间的重量比为约1: 4。
其中，步骤(I)中，铝的用量相对于形成氧化铝的理论量(铝元素氧元素的理论摩尔比值为2 3)为过量，具体地，相对于所述钒氧化物中每摩尔的氧元素，铝的用量为 O. 75-0. 9 摩尔。
根据本发明提供的方法，其中，步骤(I)中，为了降低第一炉渣(即还原阶段的炉渣)中的总钒含量，并且有利于降低钒铁产品中铝的含量，优选情况下，步骤(I)中，相对于所述钒氧化物中每摩尔的氧元素，铝的用量为O. 79-0. 86摩尔。
根据本发明提供的方法，其中，步骤(I)中，所述第一铝热反应条件没有特别的限制，可以为常规的条件，只要能使得第一炉渣中总钒的含量不高于O. 5重量％即可，例如， 所述第一铝热反应条件包括温度可以为1800-2000°C，优选为1850-1950°C。达到上述温度的方法可以通过在倾翻式电弧炉中通电引弧的方式进行，铝热反应的放热可以有助于温度的提高和维持。
根据本发明提供的方法，其中，为了使钒氧化物充分地转化为钒，并且降低耗电量，优选情况下，步骤(I)中，所述第一铝热反应条件还包括时间为15-40分钟。
根据本发明提供的方法，其中，在步骤⑴进行的过程中，可以在不同的时间点对炉渣中的总钒含量进行检测，当炉渣中总钒的含量不高于O. 5重量％时，认为已达到还原阶段的目的，即可结束步骤(I)，此时得到的炉渣即为第一炉渣，得到的合金液即为第一合金液。步骤(I)结束后，可以将所述第一炉渣与所述第一合金液分离，由于第一炉渣浮于第一合金液的液面上，分离的方法可以通过倾倒的方式进行。
根据本发明提供的方法，其中，步骤(2)中主要进行的是精炼阶段，以通过调渣料脱除过量的铝，为了避免引入形成富渣的钒，所述调渣料不含有钒氧化物，但能够氧化过量的铝，本发明中，所述调渣料为含有铁氧化物和生石灰且不含有钒氧化物的调渣料，铁氧化物和生石灰用于与第一合金液中的铝反应，以使过量的铝进入第二炉渣中，铁氧化物被还原后进入第二合金液中。所述调渣料可以在进行步骤(2)前一次全部加入，也可以在进行步骤(2)前和进行步骤(2)的过程中分批加入。
根据本发明提供的方法，其中，步骤(2)中，相对于所述第一合金液中每摩尔待去除的铝元素，以氧元素的量计，所述铁氧化物的用量可以为1. 495-1. 505摩尔。其中，待去除的铝元素的量是指所述第一合金液中铝元素的量与所述第二合金液中铝元素的目标量的差值。
根据本发明提供的方法，其中，步骤(2)中，所述第二铝热反应条件包括温度可以为1900-2200°C，优选为1950-2150°C。达到上述温度的方法可以通过在倾翻式电弧炉中通电引弧的方式进行，铝热反应的放热可以有助于温度的提高和维持。
根据本发明提供的方法，其中，为了充分地去除过量的铝，并且降低耗电量，优选情况下，步骤(2)中，所述第二铝热反应条件还包括时间为5-15分钟。
根据本发明提供的方法，其中，优选情况下，步骤(2)中，相对于所述第一合金液中I重量份的待去除的铝元素，所述调渣料中，生石灰的用量为O. 5-0. 6重量份，进一步优选为0. 53-0. 57重量份。
根据本发明提供的方法，其中，所述铁氧化物可以为三氧化二铁、四氧化三铁和氧化亚铁中的至少一种，优选为三氧化二铁。所述铁氧化物可以以炼钢转炉烟尘、铁精矿和热轧铁鳞中的至少一种的形式加入。
除了含有铁氧化物和生石灰，所述调料渣也可以含有其它成分，例如萤石。
根据本发明提供的方法，其中，在步骤⑵进行的过程中，可以在不同的时间点对炉渣中的钒含量进行检测，当炉渣中钒的含量不高于O. 8重量％时，认为已达到精炼阶段的目的，即可结束步骤(2)，此时得到的炉渣即为第二炉渣，得到的合金液即为第二合金液， 该第二合金液即为液态fL铁，该液态fL铁经铸锭冷却后即得fL铁产品。步骤(2)结束后,可以将所述第二炉渣与所述第二合金液分离，分离的方法可以通过将所述第二炉渣与所述第二合金液一起倾倒于锭模内，而后除去炉渣层的方式进行。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变化，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式
中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，例如，步骤(I)中，所述第一铝热反应条件包括温度为1800-2000°C，时间为15-40分钟。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
以下通过实施例进一步详细说明本发明。其中，钒的回收率是指钒铁产品中的钒在投料的总I凡中百分含量。
实施例1
本实施例用于说明本发明提供的方法。
将五氧化二钒、生石灰(CaO含量为85重量％，下同)、铁和铝混合均匀后得到炉料，其中，相对于五氧化二钒中每摩尔的氧元素，铝的用量为O. 804摩尔，生石灰与铝的重量比为1: 1.85;相对于I重量份的铁，以钒元素计，五氧化二钒的用量为4重量份；S卩，五氧化二钒、铝、生石灰和铁的重量比为36. 4 21.708 11.73 5.1。
将2. 93吨的上述炉料装入公称容量20吨的倾翻式电弧炉内后，通电在15min 内将上述炉料加热至1850°C，并在1850-1950°C的温度范围内维持30min，然后根据GB/T 8704. 5-2007中规定的硫酸亚铁铵滴定法，测得此时的炉渣中总钒含量为O. 15重量％，该炉渣即为第一炉渣，从倾翻式电弧炉的出渣口倒出所述第一炉渣，剩余的合金液即为第一合金液。所述第一合金液中，按投料量减去第一炉渣中铝的量计算(下同)，铝的含量为20 千克/吨合金液。
在所述第一合金液中(此时，倾翻炉内共有约I吨的第一合金液)，加入调渣料 (炼钢转炉烟尘(含20. 8千克的三氧化二铁)和3. 85千克的生石灰混合得到)。然后在 1950-2150°C的温度范围内维持lOmin，然后根据GB/T8704. 8-2009中的铬天青S分光光度法，测得此时的合金液中铝的含量为1. 3重量％，该合金液即为第二合金液，该合金液液面上的炉渣即为第二炉渣，所述第二炉渣中，总钒含量为O. 7重量％。将所述第二合金液和第二炉渣倒入锭模内，除去第二炉渣，冷却后即得到80品位的钒铁，其中钒的回收率为97%。
实施例2
本实施例用于说明本发明提供的方法。
将五氧化二钒、生石灰、铁和铝混合均匀后得到炉料，其中，相对于五氧化二钒中每摩尔的氧元素，铝的用量为0.824摩尔，生石灰与铝的重量比为1: 2;相对于I重量份的铁，以钒元素计，五氧化二钒的用量为4重量份；即，五氧化二钒、铝、生石灰和铁的重量比为 36. 4 22. 248 11. 124 5.1。
将2. 94吨的上述炉料装入公称容量20吨的倾翻式电弧炉内后，通电在15min 内将上述炉料加热至1820°C，并在1820-1900°C的温度范围内维持32min，然后根据GB/ T 8704. 5-2007中规定的硫酸亚铁铵滴定法中规定的方法，测得此时的炉渣中总钒含量为 O. 13重量％，该炉渣即为第一炉渣，从倾翻式电弧炉的出渣口倒出所述第一炉渣,剩余的合金液即为第一合金液。所 述第一合金液中，招的含量为22千克/吨合金液。
在所述第一合金液中(此时，倾翻炉内共有约I吨的第一合金液)，加入调渣料(精铁矿(含29.6千克的三氧化二铁)和5. 5千克的生石灰混合得到)。然后在 1950-2150°C的温度范围内维持12min，然后根据GB/T8704. 8-2009中的铬天青S分光光度法，测得此时的合金液中铝的含量为1. 2重量％，该合金液即为第二合金液，该合金液液面上的炉渣即为第二炉渣，所述第二炉渣中，总钒含量为O. 65重量％。将所述第二合金液和第二炉渣倒入锭模内，除去第二炉渣，冷却后即得到80品位的钒铁，其中钒的回收率为 97. 3%。
实施例3
本实施例用于说明本发明提供的方法。
将五氧化二钒、生石灰、铁和铝混合均匀后得到炉料，其中，相对于五氧化二钒中每摩尔的氧元素，铝的用量为0.838摩尔，生石灰与铝的重量比为1: 1.7;相对于I重量份的铁，以钒元素计，五氧化二钒的用量为4重量份；即，五氧化二钒、铝、生石灰和铁的重量比为 36. 4 22.626 13. 31 5.1。
将3. 04吨的上述炉料装入公称容量20吨的倾翻式电弧炉内后，通电在20min 内将上述炉料加热至1900°C，并在1900-2000°C的温度范围内维持25min，然后根据GB/T 8704. 5-2007中规定的硫酸亚铁铵滴定法，测得此时的炉渣中总钒含量为O. 11重量％，该炉渣即为第一炉渣，从倾翻式电弧炉的出渣口倒出所述第一炉渣，剩余的合金液即为第一合金液。所述第一合金液中，铝的含量为23千克/吨合金液。
在所述第一合金液中(此时，倾翻炉内共有约I吨的第一合金液)，加入调渣料 (热轧铁鳞(含56. 3kg的三氧化二铁)和11. 4kg的生石灰混合得到)。然后在1900-2100°C 的温度范围内维持14min，然后根据GB/T8704. 8-2009中的铬天青S分光光度法，测得此时的合金液中招的含量为O. 4重量％,该合金液即为第二合金液,该合金液液面上的炉洛即为第二炉渣，所述第二炉渣中，总钒含量为O. 6重量％。将所述第二合金液和第二炉渣倒入锭模内，除去第二炉渣，冷却后即得到80品位的钒铁，其中钒的回收率为97.6%。
实施例4
本 实施例用于说明本发明提供的方法。
将五氧化二钒、生石灰、铁和铝混合均匀后得到炉料，其中，相对于五氧化二钒中每摩尔的氧元素，招的用量为O. 858摩尔，生石灰与招的重量比为1:1. 85;相对于I重量份的铁，以钒元素计，五氧化二钒的用量为4重量份。
将2. 93吨的上述炉料装入公称容量20吨的倾翻式电弧炉内后，通电在15min 内将上述炉料加热至1850°C，并在1850-1950°C的温度范围内维持40min，然后根据GB/ T 8704. 5-2007中规定的硫酸亚铁铵滴定法中规定的方法，测得此时的炉渣中总钒含量为 O. 45重量％，该炉渣即为第一炉渣，从倾翻式电弧炉的出渣口倒出所述第一炉渣，剩余的合金液即为第一合金液。所述第一合金液中，铝的含量为20千克/吨合金液。
在所述第一合金液中(此时，倾翻炉内共有约I吨的第一合金液)，加入调渣料 (炼钢转炉烟尘(含20. 8千克的三氧化二铁)和3. 85千克的生石灰混合得到)。然后在 1950-2150°C的温度范围内维持lOmin，然后根据GB/T8704. 8-2009中的铬天青S分光光度法，测得此时的合金液中铝的含量为1. 3重量％，该合金液即为第二合金液，该合金液液面上的炉渣即为第二炉渣，所述第二炉渣中，总钒含量为O. 55重量％。将所述第二合金液和第二炉渣倒入锭模内，除去第二炉渣，冷却后即得到80品位的钒铁，其中钒的回收率为 96. 0%。
实施例5
本实施例用于说明本发明提供的方法。
将五氧化二钒、生石灰、铁和铝混合均匀后得到炉料，其中，相对于五氧化二钒中每摩尔的氧元素，招的用量为O. 89摩尔，生石灰与招的重量比为1:1. 85;相对于I重量份的铁，以钒元素计，五氧化二钒的用量为4重量份。
将2. 91吨的上述炉料装入公称容量20吨的倾翻式电弧炉内后，通电在18min 内将上述炉料加热至1850°C，并在1850-1950°C的温度范围内维持20min，然后根据GB/T 8704. 5-2007中规定的硫酸亚铁铵滴定法，测得此时的炉渣中总钒含量为O. 15重量％，该炉渣即为第一炉渣，从倾翻式电弧炉的出渣口倒出所述第一炉渣，剩余的合金液即为第一合金液。所述第一合金液中，铝的含量为30千克/吨合金液。
在所述第一合金液中，加入调渣料(炼钢转炉烟尘(含47. 4千克的三氧化二铁) 和8. 65千克生石灰混合得到)，以使相对于所述第一合金液中每摩尔的铝元素，以氧元素的量计，所述铁氧化物的用量为1. 8摩尔。然后在1950-2150°C的温度范围内维持15min， 然后根据GB/T 8704. 8-2009中的铬天青S分光光度法，测得此时的合金液中铝的含量为1. 4重量％，该合金液即为第二合金液，该合金液液面上的炉渣即为第二炉渣，所述第二炉渣中，总钒含量为O. 4重量％。将所述第二合金液和第二炉渣倒入锭模内，除去第二炉渣， 冷却后即得到80品位的钒铁，其中钒的回收率为97. 2%。
对比例1
本实施例用于说明现有的方法。
将五氧化二钒、生石灰、铁和铝混合均匀后得到炉料，其中，相对于五氧化二钒中每摩尔的氧元素，铝的用量为O. 7摩尔，生石灰与铝的重量比为1: 1.85;相对于I重量份的铁，以钒元素计，五氧化二钒的用量为4重量份。
将2. 85吨的上述炉料装入公称容量20吨的倾翻式电弧炉内后，通电在15min 内将上述炉料加热至1850°C，并在1850-1950°C的温度范围内维持30min，然后根据GB/ T 8704. 5-2007中规定的硫酸亚铁铵滴定法中规定的方法，测得此时的炉渣中总钒含量为 O. 2重量％，该炉渣即为第一炉渣，从倾翻式电弧炉的出渣口倒出所述第一炉渣，剩余的合金液即为第一合金液。所述第一合金液中，铝的含量为30千克/吨合金液。
在所述第一合金液中，加入调渣料(100. 9千克的五氧化二钒和11. 8千克的生石灰混合得到)。然后在1950-2150°C的温度范围内维持lOmin，然后根据GB/T 8704. 8-2009 中的铬天青S分光光度法，测得此时的合金液中铝的含量为1. O重量％，该合金液即为第二合金液，该合金液液面上的炉渣即为第二炉渣，所述第二炉渣中，总钒含量为5重量％。将所述第二合金液和第二炉渣倒入锭模内，除去第二炉渣，冷却后即得到80品位的钒铁，其中钒的回收率为93.6%。
通过实施例1-5与对比例I之间的比较，可以看出，在精炼阶段使用含有铁氧化物和生石灰且不含有钒氧化物的调渣料进行调渣，从而不产生含有3重量％以上的总钒的富渣，从而提高了钒的回收率。
并且，在优选相对于所述钒氧化物中每摩尔的氧元素，铝的用量为O. 79-0. 86摩尔的情况下，能进一步降低还原阶段炉渣中钒的含量，并且节省精炼阶段的时间，从而降低了能耗，减轻了炉具的侵蚀损耗。
并且，本发明提供的方法还具有工艺和现场操作简单的优点。
权利要求
1.一种冶炼钒铁的方法，该方法包括如下步骤 (1)将包括生石灰、铁和钒氧化物的原料和铝在第一铝热反应条件下接触，得到第一合金液和第一炉渣；相对于所述钒氧化物中每摩尔的氧元素，铝的用量为O. 75-0. 9摩尔；所述第一铝热反应条件使得第一炉渣中总钒的含量不高于O. 5重量％ ； (2)将所述第一合金液与含有铁氧化物和生石灰且不含有钒氧化物的调渣料在第二铝热反应条件下接触，得到第二合金液和第二炉渣；所述第二铝热反应条件使得所述第二合金液中铝元素的含量不高于1. 5重量％，且所述第二炉渣中总钒的含量不高于O. 8重量％。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(I)中，相对于所述钒氧化物中每摩尔的氧元素，招的用量为O. 79-0. 86摩尔。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述钒氧化物为五氧化二钒和/或三氧化二 凡。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤(I)中，所述原料中，生石灰与铝的重量比为1:1. 7-2。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，步骤(I)中，相对于I重量份的铁，以钥;元素计，所述f凡氧化物的用量为O. 6-4重量份。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中，步骤(I)中，所述第一铝热反应条件包括温度为1800-2000°C，时间为15-40分钟。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(2)中，相对于所述第一合金液中每摩尔待去除的铝元素，以氧元素的量计，所述铁氧化物的用量为1. 495-1. 505摩尔。
8.根据权利要求1或7所述的方法，其中，所述铁氧化物为三氧化二铁。
9.根据权利要求1或7所述的方法，其中，步骤(2)中，相对于所述第一合金液中I重量份的待去除的铝元素，所述调渣料中，生石灰的用量为O. 5-0. 6重量份。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的方法，其中，步骤(2)中，所述第二铝热反应条件包括温度为1900-2200°C，时间为5-15分钟。
全文摘要
本发明提供了一种冶炼钒铁的方法，该方法包括如下步骤(1)将包括生石灰、铁和钒氧化物的原料和铝在第一铝热反应条件下接触，得到第一合金液和第一炉渣；相对于所述钒氧化物中每摩尔的氧元素，铝的用量为0.75-0.9摩尔；所述第一铝热反应条件使得第一炉渣中总钒的含量不高于0.2重量％；(2)将所述第一合金液与含有铁氧化物和生石灰且不含有钒氧化物的调渣料在第二铝热反应条件下接触，得到第二合金液和第二炉渣；所述第二铝热反应条件使得所述第二合金液中铝元素的含量不高于1.5重量％，且所述第二炉渣中总钒的含量不高于0.8重量％。通过上述方法，本发明的提供的冶炼钒铁的技术方案有效地提高了钒的回收率。
文档编号C22C35/00GK103031484SQ20111029364
公开日2013年4月10日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者周芳, 刘丰强, 王永钢, 戈文逊, 游本银, 杜勇, 向丽 申请人:攀钢集团有限公司, 攀钢集团攀枝花钢钒有限公司