一种喷吹CO2或石灰石脱除含钒铁水中碳的方法与流程

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种喷吹CO₂或石灰石脱除含钒铁水中碳的方法。

背景技术：
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钒是自然界中含量较多却又十分分散的金属元素，常呈分散态以混入物的方式存在于矿物中，伴生性非常明显，独立矿物少见，具有工业开采价值的矿物也少，故钒也属于稀有金属元素。世界钒资源丰富，但单独可供开采的富矿很少，通常以低品位伴生在其它的矿石中，且集中分布在中国、南非、俄罗斯等国。钒钦磁铁矿是钒的主要矿物资源，我国四川攀枝花和河北承德地区蕴藏有丰富的钒钦磁铁矿，是全球最大的钒资源集中区之一。

世界上约有80％的钒是运用在钢铁行业的。在钢铁生产中，钒主要用于冶炼微合金化钢和其它含钒合金钢。传统的冶炼含钒合金钢工艺需要先将钒氧化物冶炼成钒铁合金，然后将钒铁再加入电炉或转炉钢包中进行合金化。

目前我国钒钛磁铁矿中的钒多采用高炉炼铁-转炉双联提钒工艺提取。即将矿石熔炼成生铁，钒富集在铁水中，再氧化吹炼得到含钒的渣。生产得到的钒渣采用湿法浸出的方式将五价钒浸出到溶液中，经净化沉钒煅烧处理得到五氧化二钒。将V₂O₅作为原料，加入还原剂、石灰、硅铁等进行冶炼，得到钒铁。再将钒铁加入钢包内进行冶炼，得到钒合金钢。该工艺生产流程长，且钒铁的冶炼过程十分复杂、能耗高、环境污染大，因此，找到一种新的简洁的生产钒钢方法十分必要。

申请号为CN201410029170.2的专利提出了一种含钒铁水提钒炼钢的冶炼方法，其将含钒铁水经转炉炼钢工序、精炼工序和连铸工序进行冶炼，所述转炉炼钢工序为：提钒、回收钒渣、炼钢。该方法仍需冶炼钒铁，且回收钒渣过程中容易造成钒的损失。

传统的吹氧脱碳法，会使得含钒铁水中的V先于C被氧化进入渣中，导致钒钢的冶炼工艺复杂。针对传统的钒钢冶炼流程长、钒铁冶炼复杂、能耗高、环境污染大等不足。

技术实现要素：
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针对现有技术的不足，本发明提出了一种喷吹CO₂或石灰石脱除含钒铁水中碳的方法。该方法是将含钒铁水，不经吹氧提钒，而是直接向其吹入CO₂气体，CO₂气体或喷入石灰石粉末，氧化含钒铁水中的C，且不与含钒铁水中的V发生反应，达到降碳保钒的目的，得到的脱碳后的含钒铁水能够直接冶炼钒钢。该发明大大缩短冶炼钒钢的生产周期，提高钒的利用率，具有良好的经济效益及社会效益。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种喷吹CO₂或石灰石脱除含钒铁水中碳的方法，包括以下步骤：

(1)将含钒铁水导入到感应炉中，保证含钒铁水的温度≥1450℃；

(2)对含钒铁水进行搅拌，形成高径比为0.5～2.5的旋涡；

(3)将CO₂或石灰石粉末吹入漩涡中，喷吹过程中，持续进行步骤(2)的搅拌，得到脱碳后含钒铁水和熔渣，气体进行收集，气体为生成的CO和未反应的CO₂；其中，按摩尔比，CO₂或石灰石粉末吹入量：含钒铁水中的C元素＝(1.2～1.5)：1，CO₂或石灰石粉末喷吹时间为30～60min；

(4)CO经过后处理，生成CO₂，CO₂返回感应炉中，重新利用；含钒铁水、熔渣进行分离。

所述的步骤(1)中，含钒铁水温度为1450～1650℃，由高炉炼铁获得的炉渣，还原得到。

所述的步骤(1)中，含钒铁水中碳元素质量百分数为2.0～6.0％。

所述的步骤(1)中，含钒铁水中含钒质量分数为0.48～0.53％。

所述的步骤(1)中，感应炉包括排渣口、排铁水口和喷吹口；所述的喷吹口为底吹口或侧吹口的一种；所述的感应炉的一侧的下部设置有排铁水口，在感应炉的另一侧的上部设置有排渣口，底吹口设置在感应炉的底部，侧吹口设置在感应炉一侧的下部；

所述的感应炉设置有搅拌桨、风罩和烟气净化系统；所述的搅拌桨安装方式为：在感应炉顶部偏心安装；所述的风罩设置在感应炉的上方，所述的烟气净化系统的入口通过管道与风罩相连，烟气净化系统的出口通过管道与感应炉的喷吹口相连。

所述的步骤(1)中，保证含钒铁水的温度≥1450℃的方法为，感应炉自身加热。

所述的步骤(2)中，搅拌方式为，调整搅拌桨插入至含钒铁水液面高度的1/3～1/2处，进行偏心搅拌，其中，偏心搅拌速度为50-200r/min，偏心度为0.1～0.8。

所述的步骤(3)中，CO₂或石灰石粉末的吹入方式为，从感应炉底吹口吹入或从感应炉侧吹口吹入。

所述的步骤(3)中，脱碳后的含钒铁水中含碳质量百分数≤0.20％。

所述的步骤(3)中，脱碳后的含钒铁水中含钒质量百分数为0.48～0.53％。

所述的步骤(3)中，熔渣主要成分为CaO。

所述的步骤(4)中，感应炉中，上层为熔渣，下层为含钒铁水，将熔渣从感应炉排渣口排出，含钒铁水从感应炉排铁水口倒出。

所述的步骤(4)中，生成的CO和未反应的CO₂经由风罩去往烟气净化系统，将处理后的气体与O₂混合燃烧后重新返回利用。

脱碳原理：

CO₂+[C]＝2CO(g)

本发明的有益效果：

(1)该方法减少了传统工艺中吹钒-钒渣-湿法提钒-钒氧化物-钒铁流程，能够由高炉含钒铁水脱碳后，直接冶炼钒钢。大大减少了工序，缩短冶炼周期，有效降低能耗及提高钒的综合利用率。

(2)该方法在喷吹CO₂或石灰石粉末时，同时进行偏心搅拌，使喷入的气泡或石灰石分解产生的CO₂气体被粉碎为小气泡颗粒，将气泡微细化，大大增加了气液接触面积，加快反应速度，同时提高CO₂的利用率。

(3)CO₂气体可循环使用，产生的CO₂本身具有一定温度，无需预热，与熔体中的[C]发生反应达到脱碳效果。

(4)该方法在喷入CO₂或石灰石粉末时，采用底吹或侧吹的方式吹入含钒铁水中，可有效降低合金中碳含量，一定程度上降低磷、硅含量，符合炼钢用铁水需求。

(5)含钒铁水在脱碳的同时，可以保护铁水中的钒不被氧化，能有效避免钒的烧损，流程简单便捷，在处理含有有价金属元素的铁水时具有非常优良的作用。

附图说明：

图1为采用本发明方法的感应炉系统结构示意图；其中，1-排渣口；2-排铁水口；3-底吹口；5-风罩；6-烟气净化系统；7-搅拌桨。

图2为采用本发明方法的感应炉系统结构示意图；其中，1-排渣口；2-排铁水口；4-侧吹口；5-风罩；6-烟气净化系统；7-搅拌桨。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

本发明实施例中高炉含钒铁水，具体成分如表1所示。

表1高炉含钒铁水各元素成分含量(质量分数，％)

本实施例采用的感应炉系统结构示意图见图1。

一种喷吹CO₂或石灰石脱除含钒铁水中碳的方法，包括以下步骤：

(1)将温度为1450℃的由高炉炼铁获得的炉渣，还原得到的含钒铁水导入到感应炉中，保证含钒铁水的温度为1450℃，其中，含钒铁水中含碳质量百分数为2.0％，含钒质量分数为0.48％；

(2)调整搅拌桨7插入至含钒铁水液面高度的1/3处，对含钒铁水进行偏心搅拌，偏心度为0.1，搅拌速度为50r/min，形成高径比为0.5的旋涡；

(3)由底吹口3，将CO₂吹入漩涡中，并持续偏心搅拌，按摩尔比，CO₂吹入量：含钒铁水中的C元素＝1.2∶1，CO₂吹入时间为30min，形成脱碳后含钒铁水和熔渣；

(4)感应炉中，下层为铁水，上层为熔渣，下层铁水由排铁水口2排出，上层熔渣由排渣口1排出，其中，脱碳后的含钒铁水中含C质量百分数为0.08％，含V质量百分数为0.48％，含P质量分数为0.01％，含Si质量分数为0.196％；

(5)生成的CO和未反应的CO₂经由风罩5去往烟气净化系统6，将CO处理后的气体与O₂混合燃烧后生成CO₂，重新返回利用。

实施例2

本发明实施例中高炉含钒铁水，具体成分如表2所示。

表2 高炉含钒铁水各元素成分含量(质量分数，％)

本实施例采用的感应炉系统结构示意图见图1。

一种喷吹CO₂或石灰石脱除含钒铁水中碳的方法，包括以下步骤：

(1)将温度为1500℃的由高炉炼铁获得的炉渣，还原得到的含钒铁水导入到感应炉中，保证含钒铁水的温度为1550℃，其中，含钒铁水中含碳质量百分数为3.4％，含钒质量分数为0.51％；

(2)调整搅拌桨7插入至含钒铁水液面高度的1/3处，对含钒铁水进行偏心搅拌，偏心度为0.3，搅拌速度为100r/min，形成高径比为1.0的旋涡；

(3)由侧吹口4，将CO₂吹入漩涡中，并持续偏心搅拌，按摩尔比，CO₂吹入量：含钒铁水中的C元素＝1.5：1，CO₂吹入时间为40min，形成脱碳后含钒铁水和熔渣；

(4)感应炉中，下层为铁水，上层为熔渣，下层铁水由排铁水口2排出，上层熔渣由排渣口1排出，其中，脱碳后的含钒铁水中含C质量百分数为0.10％，含V质量百分数为0.51％，含P质量分数为0.073％，含Si质量分数为0.082％；

(5)生成的CO和未反应的CO₂经由风罩5去往烟气净化系统6，将CO处理后的气体与O₂混合燃烧后生成CO₂，重新返回利用。

实施例3

本发明实施例中高炉含钒铁水，具体成分如表1所示。

表3 高炉含钒铁水各元素成分含量(质量分数，％)

本实施例采用的感应炉系统结构示意图见图1。

一种喷吹CO₂或石灰石脱除含钒铁水中碳的方法，包括以下步骤：

(1)将温度为1650℃的由高炉炼铁获得的炉渣，还原得到的含钒铁水导入到感应炉中，保证含钒铁水的温度为1700℃，其中，含钒铁水中含碳质量百分数为4.8％，含钒质量分数为0.49％；

(2)调整搅拌桨7插入至含钒铁水液面高度的1/2处，对含钒铁水进行偏心搅拌，偏心度为0.8，搅拌速度为200r/min，形成高径比为2.5的旋涡；

(3)由底吹口3，将CO₂吹入漩涡中，并持续偏心搅拌，按摩尔比，CO₂吹入量：含钒铁水中的C元素＝1.5∶1，CO₂吹入时间为60min，形成脱碳后含钒铁水和熔渣；

(4)感应炉中，下层为铁水，上层为熔渣，下层铁水由排铁水口2排出，上层熔渣由排渣口1排出，其中，脱碳后的含钒铁水中含C质量百分数为0.11％，含V质量百分数为0.49％，含P质量分数为0.081％，含Si质量分数为0.103％；

(5)生成的CO和未反应的CO₂经由风罩5去往烟气净化系统6，将CO处理后的气体与O₂混合燃烧后生成CO₂，重新返回利用。

实施例4

本发明实施例中高炉含钒铁水，具体成分如表3所示。

表4 高炉含钒铁水各元素成分含量(质量分数，％)

本实施例采用的感应炉系统结构示意图见图2。

一种喷吹CO₂或石灰石脱除含钒铁水中碳的方法，包括以下步骤：

(1)将温度为1450℃的由高炉炼铁获得的炉渣，还原得到的含钒铁水导入到感应炉中，保证含钒铁水的温度为1450℃，其中，含钒铁水中含碳质量百分数为5.2％，含钒质量分数为0.52％；

(2)调整搅拌桨7插入至含钒铁水液面高度的1/3处，对含钒铁水进行偏心搅拌，偏心度为0.6，搅拌速度为150r/min，形成高径比为0.5的旋涡；

(3)由侧吹口4，将石灰石粉末吹入漩涡中，并持续偏心搅拌，按摩尔比，石灰石粉末吹入量：含钒铁水中的C元素＝1.2∶1，石灰石粉末吹入时间为30min，形成脱碳后含钒铁水和熔渣；

(4)感应炉中，下层为铁水，上层为熔渣，下层铁水由排铁水口2排出，上层熔渣由排渣口1排出，其中，脱碳后的含钒铁水中含C质量百分数为0.14％，含V质量百分数为0.52％，含P质量分数为0.124％，含Si质量分数为0.133％；

(5)生成的CO和未反应的CO₂经由风罩5去往烟气净化系统6，将CO处理后的气体与O₂混合燃烧后生成CO₂，重新返回利用。

实施例5

本发明实施例中高炉含钒铁水，具体成分如表4所示。

表5高炉含钒铁水各元素成分含量(质量分数，％)

本实施例采用的感应炉系统结构示意图见图2。

一种喷吹CO₂或石灰石脱除含钒铁水中碳的方法，包括以下步骤：

(1)将温度为1650℃的由高炉炼铁获得的炉渣，还原得到的含钒铁水导入到感应炉中，保证含钒铁水的温度为1650℃，其中，含钒铁水中含碳质量百分数为6.0％，含钒质量分数为0.53％；

(2)调整搅拌桨7插入至含钒铁水液面高度的1/2处，对含钒铁水进行偏心搅拌，偏心度为0.8，搅拌速度为200r/min，形成高径比为1.8的旋涡；

(3)由底吹口3，将石灰石粉末吹入漩涡中，并持续偏心搅拌，按摩尔比，石灰石粉末吹入量：含钒铁水中的C元素＝1.4∶1，CO₂吹入时间为50min，形成脱碳后含钒铁水和熔渣；

(4)感应炉中，下层为铁水，上层为熔渣，下层铁水由排铁水口2排出，上层熔渣由排渣口1排出，其中，脱碳后的含钒铁水中含C质量百分数为0.20％，含V质量百分数为0.53％，含P质量分数为0.062％，含Si质量分数为0.039％；

(5)生成的CO和未反应的CO₂经由风罩5去往烟气净化系统6，将CO处理后的气体与O₂混合燃烧后生成CO₂，重新返回利用。

实施例6

本发明实施例中高炉含钒铁水，具体成分如表3所示。

表6高炉含钒铁水各元素成分含量(质量分数，％)

本实施例采用的感应炉系统结构示意图见图2。

一种喷吹CO₂或石灰石脱除含钒铁水中碳的方法，包括以下步骤：

(1)将温度为1550℃的由高炉炼铁获得的炉渣，还原得到的含钒铁水导入到感应炉中，保证含钒铁水的温度为1550℃，其中，含钒铁水中含碳质量百分数为5.5％，含钒质量分数为0.50％；

(2)调整搅拌桨7插入至含钒铁水液面高度的1/2处，对含钒铁水进行偏心搅拌，偏心度为0.6，搅拌速度为150r/min，形成高径比为2.5的旋涡；

(3)由侧吹口4，将石灰石粉末吹入漩涡中，并持续偏心搅拌，按摩尔比，石灰石粉末吹入量：含钒铁水中的C元素＝1.5∶1，石灰石粉末吹入时间为60min，形成脱碳后含钒铁水和熔渣；

(4)感应炉中，下层为铁水，上层为熔渣，下层铁水由排铁水口2排出，上层熔渣由排渣口1排出，其中，脱碳后的含钒铁水中含C质量百分数为0.18％，含V质量百分数为0.50％，含P质量分数为0.105％，含Si质量分数为0.149％；

(5)生成的CO和未反应的CO₂经由风罩5去往烟气净化系统6，将CO处理后的气体与O₂混合燃烧后生成CO₂，重新返回利用。