一种钒铁合金的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于冶金领域，具体涉及钒铁合金的制备方法。
【背景技术】
[0002] 钒铁合金被广泛应用于含钒微合金钢中，它具有细晶强化和沉淀强化的双重强化 机制，从而降低过热敏感性，提高钢材的强度以及耐磨性。广泛应用于建筑、航空航天、路桥 等行业。钒铁合金的生产主要有硅热还原法、铝热还原法及碳热还原法等热还原法。由于铝 的还原活性较强，还原过程发热量大，铝热还原应用最为广泛。当前钒铁生产企业冶炼主要 含钒原料以V 2O5为主，随着新技术及新工艺的开发，国内外少数几家企业逐渐掌握了以V 203 为原料电铝热法制备钒铁合金的方法。以钒计重量的钒氧化物为标准，采用V2O3为原料的 钒铁冶炼过程理论上比使用V 2O5降低铝耗达40%，降低产渣量40%，在大幅降低生产成本 的同时，减少了大渣量导致的钒损失。
[0003] 世界上多采用铝热一步法冶炼钒铁，将混合料加入冶炼炉中，进行高温铝热还原， 待反应完毕，出渣出铁，冷凝分层，得到沉淀合金饼和冶炼渣。虽然此方法冶炼工艺简单， 但钒收率相对偏低，产品质量完全受控于原料品质和配料精确度。随着冶炼设备大型化、 自动化，使得单炉多期加料，分次出渣成为可能，促进了两步铝热法钒铁冶炼工艺的提出与 推广。与传统工艺相比，两步法工艺第一步混料时配铝量高于理论计算值（配铝系数大于 1. 0)，能够改变铝热反应平衡，加速冶炼贫渣时间，从提高钒氧化物的还原率，得到钒含量 更低的贫渣；出掉大部分渣后，加入配铝系数较低的V 2O5混合料进行第二步精炼工艺，消耗 掉合金相中过剩的铝，从而获得合格钒铁合金产品和部分钒含量较高的富渣。
[0004] 为了能够兼顾以V2O5为原料冶炼钒铁放热量大、冶炼效率高，以及以V 203为原料冶 炼钒铁耗铝量低、产渣量少的冶炼特点，并优化上游产业链结构，采用混合钒氧化物进行多 个配铝系数条件下的两步法冶炼操作。
[0005] (1)、专利CN 101724752 A介绍了一种中钒铁的冶炼方法：将底料成分为6. 5~ 8. 5份V2O3, 3. 5~4份铝，1. 5~2份石灰，以及2. 5~3份铁混合并冶炼，反应平稳后加入 20~40份V2O5,15~40份V 2O3, 23~28份铝，10~13份石灰，4~5份萤石，30~40份 铁的主料进行精炼。该发明充分利用了反应热，简化了工艺过程，降低了炉渣粘度，钒铁冶 炼收率稳步提高达96%以上。但是该方法前期采用低价钒氧化物冶炼热量不足，导致熔渣 性能恶化；同时萤石的加入会在一定程度上加速炉衬侵蚀；
[0006] (2)、专利CNlO 1100720 A将含钒物料（偏钒酸钙、焦钒酸钙、正钒酸钙中的至少一 种，全钒品位为24%~43% ) 100份、铝粉23~28份，铁质料23~27份混合后冶炼。该 发明工艺冶炼的钒铁质量好，钒回收率高，冶炼过程中不产生废水污染，适应高经济价值、 低环境污染的新型工业需要。但由于钒酸钙全钒品位偏低，产出率不高，不利于高效节能的 冶炼目的，加大了工业化难度；
[0007] (3)、专利CN 102115821 A提供的一种钒铁冶炼方法，将15wt%~35wt%的石灰， 15wt %~35wt %的铝以及余量的V2O5和/或V 205混合后，加入预定量的铁，冶炼渣中钒含量 低于0. 2wt%时出渣，出渣量占总渣量的85%~90%，再将精炼料加入电炉进行精练操作， 该发明方法能够得到97%~99%的钒回收率，并能降低能耗。但该工艺渣中钒含量控制难 度大，并且仍然没能从根本上解决钒铁冶炼收率和配铝量之间的矛盾。
[0008] 从上述公开的技术来看，目前钒铁冶炼主要采用铝热还原法，主要涉及到钒氧化 物铝热反应的一步还原过程。本工艺以V 2O5和V 205混和钒氧化物为原料，通过多次加料， 两次出渣，调整配铝量等手段进行钒铁合金的制备，具有热利用率高，缩短单位质量冶炼时 间，并能大幅降低钒在渣中的损失，提高钒铁的冶炼收率。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于提供一种以混合钒氧化物为原料进行钒铁制备的方法。为实现 上述目的，本发明采用技术方案为一种钒铁合金的制备方法。
[0010] 该方法包括以下步骤：
[0011] 以含钒氧化物的混合物为原料，采用分三期加料和分两次出渣的方法，按各第一、 二、三期分别配制混合料，分期将配制的混合料加入到电炉中进行冶炼，第一期和第二期冶 炼完毕后分别出渣一次；所述含钒氧化物为V 2O3和V 205, ％03和V 205质量比为7:1~0:8。
[0012] 其中，上述方法中第一、二、三期加料时各期的混合料中使用含钒氧化物的质量比 为 4:3:1。
[0013] 其中，上述方法中第一、二、三期混合料中的石灰配入量与钒的氧化物质量比各为 I ~3:10〇
[0014] 其中，上述方法中第一、二、三期混合料中的铁配入量与钒的氧化物质量比各为 II ~13:20〇
[0015] 其中，上述方法中铝的配入量按如下规则：第一期和第二期混合料中的配铝系数 各为1. 05~1. 25 ;在保证三期混合料中的总配铝系数为1~1. 05的前提下，第三期混合 料的配铝系数为0~1.0。
[0016] 其中，上述方法中第一期和第二期混合料的配铝系数相同。
[0017] 其中，上述方法中当第一期和第二期混合料的配铝系数都分别为I. 05、1. 10、1. 15 或L 20时，渣中的钒含量分别控制到L 5%~2. 5%、1· 0%~L 8%、0· 4%~L 0%或 0. 1 %~0. 6%后分别进行出渣操作。
[0018] 其中，上述方法中当前两期出渣结束后，加入第三期混合料进行电弧精炼，当渣中 钒含量降低到2. 5%以下时，出炉浇铸。
[0019] 其中，上述方法中的电炉为电弧炉。优选使用倾翻电弧炉。
[0020] 进一步的，本发明方法包括以下步骤：
[0021] a、将按配比要求称量好的合格钒氧化物与铝、铁、石灰于混料罐中按冶炼期次分 别进行混料，混料后按加料顺序分罐运至冶炼区；
[0022] b、第一期和第二期电弧冶炼：将第一期冶炼混合料加入倾翻电炉，通电引弧，待反 应完全，渣中钒含量达到控制标准时，第一次出渣；
[0023] 出渣结束后加入第二期冶炼混合料，当钒含量降低到预定目标值时，第二次出渣。
[0024] c、第二期出渣操作结束后，加入第三期混合料进行精炼操作，当渣中钒含量降低 到一定水平且稳定不变时倾翻炉体，渣铁同出。
[0025] d、出炉浇铸，待合金和精炼渣冷凝分层后，得成分合格的钒铁锭。
[0026] 本发明有益效果在于：
[0027] (1)通过改变钒氧化物原料配比，可以兼顾V2O5冶炼钒铁放热量大、冶炼效率高， V2O3冶炼钒铁耗铝量低、产渣量少的特点；
[0028] (2)冶炼前期提高配错量，能够改善冶炼动力学和热力学条件，在加快错热反 应的同时，促进反应平衡向合金生成物方向移动，降低钒在渣中的损失；钒冶炼收率可达 98. 26%，有效的提高了钒的收率。
[0029] (3)多期冶炼、两次出渣的冶炼方式能够提高的设备热利用率和单位产品的生产 效率。
【具体实施方式】
[0030] 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。
[0031] 本发明方法具体可按以下方法实施：
[0032] a、将称量好的合格钒氧化物与铝、铁、石灰于混料罐中按冶炼期次进行混料，混料 后按加料顺序分罐运至冶炼区；
[0033] b、第一期和第二期电弧冶炼：将第一期冶炼混合料加入倾翻电炉，通电引弧，待反 应完全，渣中钒含量达到控制标准时，第一次出渣；出渣结束后加入第二期冶炼混合料，当 钒含量降低到预定目标值时，第二次出渣；
[0034] c、第二期出渣操作结束后，加入第三期混合料进行精炼操作，当渣中钒含量降低 到一定水平且稳定不变时倾翻炉体，渣铁同出；
[0035] d、出炉浇铸，待合金和精炼渣冷凝分层后，得成分合格的钒铁锭。
[0036] 即是采用混合钒氧化物（V2O5或者￥20 3与￥205的混合物）为原料，采用多期加料和 多次出渣的方法，分三期将混合料加入到倾翻电弧炉中进行冶炼，每期氧化钒的质量比为 4:3:1