高碳50钒铁的低成本生产方法与流程

本发明涉及一种钒铁的生产方法，尤其是一种高碳50钒铁的低成本生产方法。

背景技术：
50钒铁（FeV50）是指含钒48%～55%的钒铁合金，目前国内外普遍采用电硅热法生产，即将氧化钒、铁屑（废钢）、还原剂（硅铁、硅铝铁等）及白灰等分批次加入电弧炉中，经三到四期初炼还原、一期精炼后得到产品，其工艺流程如图1所示，其具体实施方法是：在钒铁冶炼过程中，将废钢和返炉精渣加入电弧炉后通电进入预处理期，完成预处理后分期加入氧化钒、石灰及还原剂，相继进行初炼一、二、三期冶炼，每期冶炼后出贫渣，初炼三期（或四期）完成后进入精炼期，精炼后停电出钒铁水，浇注、破碎后得到中钒铁。该方法具有过程钒损失率低、成品率高、产品质量稳定性高等优势。但随着近年国内钒产能的增加，钒铁、钒氮合金等产量逐年增加，而作为钒铁、钒氮合金主要消耗产业的钢铁行业普遍不景气，造成了钒铁等钒合金的价格偏低，迫于市场竞争压力，降低50钒铁的生产成本，成为提高其产品效益和市场占有率的主要因素。为降低生产成本，当前钒铁生产企业采取了以下措施：（1）降低含钒原料的成本：公开号为CN101104891A的专利申请提供了一种从钒的低含量溶液中制取钒铁的方法，其从钒的低含量溶液中沉淀钒酸铁，再与铝粒、石灰混合冶炼钒铁。该方法适用于从低品位含钒矿石焙烧后的中性、酸性浸出液中富集提取钒而制备中钒铁，由于采用了钒酸铁作为含钒原料，替代了原有技术中的氧化钒，而钒酸铁能够降低含钒原料的工序成本，故能起到一定降本作用。公开号为CN102477509A的专利申请提供了一种中钒铁的制备方法，其在提钒浸出液与水溶性三价铁盐接触过程中加入一定量氢氧化钙/氧化钙，经固液分离、煅烧脱水后得到钒酸铁和钒酸钙的混合物，作为含钒物料冶炼中钒铁。该方法解决了沉淀产物成分复杂，造成洗涤和过滤困难，同时杂质Cr(OH)3进入沉淀物会使钒铁冶炼过程中带入杂质铬的问题，同时适用于含钒浓度较高的溶液；本方法同样采用了低成本含钒原料，能起到一定降本作用。以上两种工艺通过使用生产成本较低、绿色环保的钒酸铁、钒酸钙代替钒氧化物作为含钒原料冶炼钒铁，避免了传统工艺氨氮及重金属离子废水处理的问题，有效的降低了生产中钒铁的原料成本。（2）优化过程工艺、资源综合利用：公开号为CN102115800A的专利申请提供了一种钒铁合金清洁生产工艺，该工艺通过将电硅热法与电铝热法两种生产工艺在同一场地实施，充分利用两种冶炼钒铁合金过程原、材料互补性，钒铁成品破碎产生的钒铁粉直接用于氮化钒铁生产，不再返回流程二次熔炼；对电铝热法工艺的炉渣、炉衬、工艺废料，回收用于电硅热法生产；对两种工艺产生的冶炼贫渣、除尘灰、工业废水进行资源化再利用。该工艺通过优化过程工艺，降低工艺流程的综合能耗，提高冶炼钒铁合金的资源利用率。上述降低含钒原料的成本、优化过程工艺、资源综合利用等措施对降低50钒铁的生产成本具有一定的效果，但总体来说目前行业基本还是采用上世纪90年代初就有的以硅铁为还原剂，硅铝铁为炉渣贫化剂（例如专利申请号90106462.9提供的一种钒铁炉渣贫化剂及其应用）电硅热法冶炼的方法，先用硅铁使炉渣还原到一定程度后，当炉渣中含钒较低（折V2O5≤2%）时，加入硅铝铁合金对炉渣进行贫化还原，使炉渣中残存钒含量V2O5≤0.35%时，即视为贫渣弃去。该方法有效的提高了铝的利用率，使铝材消耗降低34～40%，可从一定程度上降低钒铁的生产成本，目前，国内主要生产厂家均采用硅铁和硅铝铁为还原剂的方式冶炼中钒铁。该工艺生产50钒铁生产过程中发生的主要还原反应为式Ⅰ和式Ⅱ：2V2O5+5Si+5CaO==高温==4V+5CaO·SiO2Ⅰ2V2O5+20/3Al==高温==4V+10/3Al2O3Ⅱ经测算，生产每吨中钒铁，硅铁消耗500～600公斤，硅铝铁50～100公斤。无论硅铁合金还是硅铝铁合金其主要生产原料硅铁、硅铝铁、纯硅及纯铝等，都是工业电炉或采用熔融电解法得到，生产过程能耗大,不符合现在的环保要求，同时其价格昂贵，对50钒铁成本影响很大。可见，还原剂成本是影响50钒铁生产成本的重要因素，目前使用的硅铁、硅铝（铁）、纯硅及纯铝等还原剂消耗量大、价格昂贵、综合成本高。

技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种高效率的高碳50钒铁的低成本生产方法。为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：其包括初炼还原工序和精炼工序，其特征在于，所述初炼还原工序：初炼一期加入碳质还原剂1～30kg/t钒铁，替代原硅铁1～50kg/t钒铁和硅铝1～20kg/t钒铁；初炼二期、三期共可加入碳质还原剂20～160kg/t钒铁，替代原硅铁30～250kg/t钒铁和硅铝铁10～50kg/t钒铁；所述精炼工序：精炼期加入碳质还原剂10～30kg/t钒铁，替代硅铝10～30kg/t钒铁；精渣罐内加入精渣质量0～3%碳质还原剂，替代硅铁0～50kg。本发明优选的碳质还原剂为石墨粉、焦炭、焦丁、焦煤粉、石墨电极粉、炭黑、木炭、石油焦、烟煤和蓝炭中的一种或几种。更优选的，所述碳质还原剂为石墨粉、焦炭和/或焦丁。更优选的，所述碳质还原剂为块状、粉状或球状，所述块状或球状的粒度为5～40mm。本发明所述初炼还原工序和精炼工序优选的反应温度均为1500℃～2000℃。所述初炼还原工序和精炼工序更优选的反应温度均为1600℃～2000℃。进一步的，本发明所述每期碳质还原剂与该期的其他物料混合后持续加入，每期料的加料持续时间为15～35min。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：（1）用低成本的碳质还原剂替代了价格较高的硅、铝质还原剂，每吨钒铁可替代硅铁30～350kg、硅铝（铁）20～100kg，由于碳质还原剂价格低，用量少，可大幅度降低生产成本，吨钒铁成本可下降2000元以上。（2）减少固体废弃物排放，降低生产成本，并有效提高了生产中的钒收率。硅、铝质还原剂还原产物为氧化硅和氧化铝，作为固体废弃物进入渣内，碳质还原剂还原产物为气态，不会进入渣相中，因此大大减少了固体废弃物排放。冶炼贫渣中残钒量在0.35%左右，贫渣量减少，可减少贫渣中不可避免的钒损失，提高生产中整体钒收率0.2%～0.8%。（3）碳质还原剂还原过程中生成的气态物质在渣相中可起到一定的搅拌作用，能促进还原反应进行，有利于钒的沉降。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。图1是现有技术的工艺流程图；图2是本发明的工艺流程图。具体实施方式本高碳50钒铁的低成本生产方法，以电硅热法生产50钒铁，以碳质还原剂部分代替现有50钒铁生产用硅铁、硅铝（铁）等还原剂冶炼50钒铁，生产时将碳质还原剂与氧化钒、石灰及还原剂（硅铁等）混合后分期持续加入到电弧炉内，通过控制反应温度、碳质还原剂加入量等，即可得到碳含量较高的符合国家标准的高碳50钒铁；冶炼钒铁过程中的反应为式Ⅲ、式Ⅳ和式Ⅴ：2V2O5+5Si+5CaO==高温==4V+5CaO·SiO2Ⅲ2V2O5+20/3Al==高温==4V+10/3Al2O3Ⅳ2V2O5+10C==高温==4V+10COⅤ。本生产方法的工艺流程如图2所示，将废钢和返炉精渣一起加入到电弧炉内送电预处理后，碳质还原剂与其他物料（氧化钒、石灰、硅铁等）一起分期加入，并在每期冶炼后出贫渣，初炼三期出贫渣后加入氧化钒、石灰、还原剂（硅铁、硅铝铁、碳质还原剂等）进入精炼期，精炼后停电出精炼渣（先在精渣包内加入部分碳质还原剂），出钒铁水，浇铸、破碎、精整后得到高碳50钒铁。冶炼中若初炼二、三期加入的碳质还原剂替代硅铁，硅铝（铁）的质量分数超过60%以上时，可在不减少氧化钒加入量的情况下将初炼二、三期冶炼合并为一期，减少一期初炼冶炼。上述控制反应温度需保证在1500℃-2000℃，为进一步降低钒铁中的碳含量应尽量保证反应温度大于1600℃。上述控制加入时机为初炼期、精炼期及出精炼渣时均有加入。初炼一期时少量或不加入碳质还原剂，而初炼二、三期可部分或大部采用碳质还原剂还原，若贫渣困难时需加入硅铝（铁）或铝进行贫渣；精炼期先采用部分碳质还原剂精炼后再采用铝质还原剂精炼以保证钒铁含钒；而出精炼渣时则是在精渣罐内放入碳质还原剂后再倒入精渣，还原精渣中的氧化钒。上述控制加料方式为碳质还原剂与其他物料（氧化钒、石灰、硅铁等）混合后分期加入炉内，每期炉料由原来的一次性全部加入改为持续加入，每期料的加料持续时间为15～35min。上述控制碳质还原剂的加料量是每生产1t中钒铁，可加入碳质原剂30～250kg。其中初炼一期加入碳质还原剂1～30kg/t钒铁，替代原硅铁1～50kg/t钒铁和硅铝1～20kg/t钒铁；初炼二期、三期共可加入碳质还原剂20～160kg/t钒铁，替代原硅铁30～250kg/t钒铁和硅铝铁10～50kg/t钒铁；精炼期加入碳质还原剂10～30kg/t钒铁，替代硅铝10～30kg/t钒铁；精渣罐内加入精渣质量0～3%碳质还原剂，替代硅铁0～50kg。综上所述，每吨钒铁可替代硅铁30～350kg，硅铝（铁）20～100kg。上述的碳质还原剂为石墨粉、焦炭、焦丁、焦煤粉、石墨电极粉、炭黑、木炭、石油焦、烟煤、蓝炭等石油炼制、原煤焦化下游固体主产物和副产物中的一种或几种，特别是冶金行业应用较多的石墨粉、焦炭及焦丁。上述碳质还原剂是以块状、粉状或将粉料压球后的球状加入钒铁冶炼炉中,块或球的粒度在5～40mm。实施例1：本生产方法的具体工艺如下所述。电硅热法冶炼中钒铁1吨，返炉精渣中加入焦丁20kg，替代还原硅铁32kg；冶炼过程初炼一期，加入25kg焦丁并减少硅铁50kg，还原后加硅铝铁贫渣，硅铝铁减少1kg，在1500～1600℃下完成冶炼后，在初炼二、三期分别加入10kg、10kg焦丁并在二、三期减少硅铁30kg，硅铝铁10kg，在1600～1900℃下进行还原，并根据反应情况加入适量硅铝贫渣，经加入30kg焦丁替代30kg硅铝铁精炼后再用硅铝铁精炼得到合格高碳钒铁，钒收率由96.3%提高到96.5%，其主要化学成分（wt）为：V49.52%、Si0.55%、C2.81%，余量为铁和不可避免的杂质。实施例2：本生产方法的具体工艺如下所述。电硅热法冶炼中钒铁1吨，返炉精渣中不加入碳质还原剂，钒铁冶炼过程初炼一、二、三期，分别加入30kg、60kg、40kg焦炭，一期替代硅铁30kg，硅铝铁20kg，二期替代硅铁78kg，硅铝铁20kg，三期替代硅铁55kg，硅铝铁10kg，并加入10kg石墨球团替代20kg硅铝铁精炼后再加硅铝铁精炼最终得到合格高碳钒铁，钒收率由96.3%提高到96.6%，其主要化学成分为：V50.23%、Si0.91%、C3.7%，余量为铁和不可避免的杂质。实施例3：本生产方法的具体工艺如下所述。电硅热法冶炼中钒铁1吨，返炉精渣中加入石墨粉压制的球团25kg替代硅铁50kg，钒铁冶炼过程初炼一期加入13kg压球烘干石墨球团，替代硅铁25kg，硅铝铁20kg；二、三期冶炼合并为一期并加入160kg压球烘干石墨球团，可替代硅铁250kg，硅铝铁50kg，精炼期加入10kg石墨球团替代20kg硅铝铁精炼后再加硅铝铁精炼最终得到合格高碳钒铁，钒收率由96.3%提高到97.1%，其主要化学成分为：V51.31%、Si0.87%、C4.2%，余量为铁和不可避免的杂质。实施例4：本生产方法的具体工艺如下所述。电硅热法冶炼中钒铁1吨，返炉精渣中加入焦丁20kg，替代硅铁30kg，钒铁冶炼过程初炼一期加入1kg焦丁，减少硅铁kg还原后加硅铝铁贫渣，将二、三期初炼分别加入焦碳50kg，焦丁50kg并减少硅铁加入量120kg，硅铝铁35kg，精炼期加入10kg焦丁替代10kg硅铝铁精炼后再加硅铝铁精炼最终得到合格高碳钒铁，钒收率由96.3%提高到96.7%，其主要化学成分为：V50.61%、Si0.36%、C1.59%，余量为铁和不可避免的杂质。