CN102094097A - 一种电铝热法冶炼钒铁合金的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于铁合金冶炼技术领域，具体涉及一种电铝热法冶炼钒铁合金的生产工艺，重点改进是提供一种廉价的、易控制的、对炉衬无侵蚀的调渣步骤，生产工艺为：A、配料；B、还原冶炼；C、调渣；D、按常规方法浇铸、破碎成型即可；改进之处是：步骤C中加入铁氧化物调渣，铁氧化物的添加量为铝重量的15～20％；铁氧化物熔化后，当冶炼至炉温达1600～1900℃，钒铁合金液中铝含量低于0.5％时，钒铁合金液和炉渣一并出炉。加入铁氧化物利于残余铝脱除，降低合金中的铝含量至0.2％～0.5％之间，同时可调整渣态，降低炉渣的熔点，使冶炼顺利进行、渣中金属沉降到合金溶液里，且钒收率高达97％～99％，从而降低钒铁冶炼成本，提高产品质量，增加企业效益和资源利用率。

Description

一种电铝热法冶炼钒铁合金的生产工艺

技术领域

本发明属于铁合金冶炼技术领域，具体涉及一种电铝热法冶炼钒铁合金的生产工艺，重点改进在其调渣步骤。

背景技术

钒铁合金(以下简称为钒铁)是重要的炼钢合金添加剂，常见的有电硅热法、电铝热法等。采用V₂O₅电硅热法冶炼工艺，该法生产工艺成熟，装备水平先进，产品质量稳定。国外采用电硅热法的钒回收率为95％以上，但国内采用V₂O₅电硅热法工艺生产的钒铁产品质量和钒回收率与国外先进水平尚有一定差距。

国内通常企业常采用电铝热法制备钒铁，与电硅热法相比其冶炼时间短，炉况容易控制，工人劳动强度低，产品质量稳定，环境污染小，综合成本低。电铝热法一般是将V₂O₃或V₂O₅及铁粒、铝粉等材料装入电炉内，通电加热，促进反应进行。用电铝热法冶炼高钒铁能使钒的回收率也能到95％以上，为了达到更高的技术经济指标，各钒铁生产商又作了进一步的技术改进。如卢森堡的CASA厂和攀钢北海特种铁合金有限公司就在电铝热法的基础上，增加了一套喷吹设备，通过该设备使熔渣中的残钒从2％降低到1.2％以下，从而使钒回收率提高到97％以上。电铝热法冶炼钒铁的经典工艺路线如图1所示。

在实际生产中为了将钒氧化物充分还原，一般都加入过量的铝粉，这就会造成合金中铝含量较高，炉渣熔点高、冶炼温度较高不利于冶炼顺利进行，以及渣中夹铁等问题。通常为了将钒铁合金液中的铝脱除，一般采用V₂O₅作为氧化剂将铝氧化；同时，为了降低渣的熔点和流动性，常采用CaF₂为调渣剂；这种方法不仅增加了成本，造成渣中钒含量较高，需要将富钒渣返回炉中使用，增加了冶炼操作难度，并且加入CaF₂后炉渣会对炉衬造成侵蚀。

目前，针对钒铁冶炼的调渣工艺不多，已见的报道均为电硅热法，主要调渣工艺有2种，即：采用大剂量的石灰和镁砂作熔剂调渣和采用铝、硅、铁为炉渣还原贫化剂主要元素，钒回收收率在91％～95％之间。而钒铁冶炼的调渣工艺专利文献也较少，如CN1197846公开了用高钒铁炉渣冶炼高硅低钒铁及其工艺，该工艺采用大剂量的石灰和镁砂作熔剂调渣，用硅铁作还原剂，经备料、引弧调渣、还原贫渣等步聚还原提取高钒铁炉渣中的钒元素，制得高硅低钒铁产品，可用作生产冶炼钒铁的一期炉料，是利用高钒铁炉渣为生产钒铁提供重要的钒资源。

在此应用背景下，发明人欲提供一种廉价的、易控制的、无侵蚀的调渣剂对现有电铝热法冶炼钒铁的生产工艺进行改进。

发明内容

本发明所解决的技术问题是针对电铝热法冶炼钒铁合金的生产工艺，尤其是提供一种廉价的、易控制的、无侵蚀的调渣步骤。本发明调渣步骤的关键点在于将铁氧化物作为调渣剂应用于电铝热法冶炼钒铁的生产工艺。在现有电铝热法冶炼钒铁合金的生产工艺的基础上，加入铁氧化物利于脱除残余铝，降低钒铁合金中的铝含量，同时可调整渣态，降低炉渣的熔点，使冶炼顺利进行、渣中金属沉降到合金溶液里。

具体的，本发明生产工艺可由如下步骤完成：

A、配料；

B、还原冶炼；

C、调渣；

D、按常规方法浇铸、破碎成型即可；

其特征在于：步骤C所述的调渣是加入铁氧化物调渣，铁氧化物的添加量为铝重量的15～20％；铁氧化物熔化后，当冶炼至炉温达1600～1900℃，钒铁合金液中铝含量低于0.5％时，钒铁合金液和炉渣一并出炉。加入铁氧化物不仅利于降低钒铁中的铝含量，因其可调整渣态，降低炉渣的熔点，调渣后的炉温(1600～1900℃)可比现有工艺低200～500℃。

其中，铁氧化物可采用Fe₂O₃、FeO或Fe₃O₄之一或其混合，如氧化铁皮、铁黑、铁红等含铁氧化物的材料。

进一步的，本发明冶炼工艺中步骤A中配料的原料为石灰、铝、铁、V₂O₃，或采用石灰、铝、铁、V₂O₅。通常钒铁型号为FeV₅₀(50钒铁)或FeV₈₀(80钒铁)，将各原料按照钒铁合金成分要求配制各原料用量，以制成炉料。为了便于添加，本领域通常分别以铝粉和铁粒的形式添加铝和铁。

进一步的，步骤B所述还原冶炼为：送电快速熔化炉料；炉料熔化后，在炉内通过铝将V₂O₃或V₂O₅还原，还原至炉温达1800～2100℃，且炉渣中全钒(TV)含量为0.1％-0.2％。还原时间通常为30～70min。

进一步的，步骤C所述调渣中：铁氧化物熔化至炉温达1600～1900℃时，通常冶炼时间为30～60min。当符合炉温达1600～1900℃，钒铁合金液中铝含量低于0.5％时，再将钒铁合金液和炉渣一并倒入铁水包内进行后续的、常规的浇铸、破碎成型步骤即得钒铁。

进一步的，步骤D中浇铸是指：钒铁合金液出完到铁水包后，吊出铁水包，并将铁水包的钒铁合金液浇铸到锭模内。步骤D中破碎成型是指：待钒铁合金液冷却至室温后，脱模并将钒铁锭破碎至要求，得到钒铁成品。

本发明生产工艺的有益效果：本发明应用氧化铁皮、铁黑等铁氧化作为调渣剂，在电铝热法冶炼钒铁的过程中进行调渣处理。通过上述改进本发明生产工艺可将钒铁中的铝含量降到0.2％～0.5％之间，比现行铝热法生产的合金铝含量低0.3～0.6个百分点，同时使V₂O₃或V₂O₅的有价元素-钒得到充分的提取和回收，钒收率高达97％～99％，比于现行钒铁生产方法的钒收率(91％～95％)提高2～8个百分点，从而降低钒铁冶炼成本，提高产品质量，增加企业效益和资源利用率。

附图说明

图1为现有V₂O₃电铝热法冶炼钒铁的生产工艺。

图2为本发明电铝热法冶炼钒铁的生产工艺。

具体实施方式

以下通过对本发明具体实施方式的描述说明但不限制本发明。

本发明电铝热法冶炼钒铁的生产工艺流程可见图2，其步骤如下：

A、配料；

B、还原冶炼；

C、调渣；加入铁氧化物调渣，铁氧化物的添加量为铝重量的15～20％；铁氧化物熔化后，当冶炼至炉温达1600～1900℃，钒铁合金液中铝含量低于0.5％时，钒铁合金液和炉渣一并出炉；

D、按常规方法浇铸、破碎成型即可。

步骤C为关键改进点，加入铁氧化物调渣利于残余铝脱除，降低合金中的铝含量，同时可调整渣态，降低炉渣的熔点，使冶炼顺利进行、渣中金属沉降到合金溶液里。

同时，本发明生产工艺除了采用铁氧化物作为调渣剂外，在对炉渣的处理也有相应变化。现有铝热法制备钒铁合金时采用双渣操作，即在步骤B时将炉渣先倒出一部分(称为贫渣)，然后加入V₂O₃或V₂O₅氧化合金液中的铝，冶炼完成倒出炉渣后(称为富渣)再倒出合金液，由于富渣含钒较高，一般返回下一次冶炼过程中使用。本发明不仅能将原生产中途倒渣步骤省略了，而且最后的炉渣含钒低则无需返回使用，就不再需要中途倒渣，简化了冶炼的操作，节约了成本。

以下为本发明实施例以说明本发明生产工艺的有益效果。

实施例1

实践中，将石灰、铝粉，V₂O₅按重量比3∶5∶10配料18t，经混合均匀后，装入公称容量50t的电炉内，同时加入1t铁粒。加料毕后，送电快速熔化炉料。炉料熔化后，在炉内通过铝将V₂O₅还原，还原时间30min，待炉温达2000℃，且炉渣中TV含量为0.1％时，加入氧化铁皮1t调渣，继续冶炼时间40min。待炉温达1900℃，且钒铁合金液中铝含量低于0.5％时，将钒铁合金液和炉渣一并出入铁水包内。得到钒铁合金5.5t，产品为FeV₈₀，合金中铝含量为0.42％，钒收率99％，成份符合80钒铁成品的国家标准，炉衬无侵蚀。

实施例2

实践中，将石灰、铝粉，V₂O₃按重量比3∶4∶8配料15t，经混合均匀后，装入公称容量30t的电炉内，同时加入0.5t铁粒。加料毕后，送电快速熔化炉料。炉料熔化后，在炉内通过铝将V₂O₃还原，还原时间45min，待炉温达1800℃，且炉渣中TV含量为0.1％时，加入氧化铁皮0.8t调渣，继续冶炼50min。待炉温达1600℃，且钒铁合金液中铝含量低于0.5％时，将钒铁合金液和炉渣一并出入铁水包内。得到钒铁合金2.8t，产品为FeV₈₀，合金中铝含量为0.41％，钒收率98.5％，成份符合80钒铁成品的国家标准，炉衬无侵蚀。

实施例3

实践中，将石灰、铝粉，V₂O₃按重量比3∶4∶8配料3t，经混合均匀后，装入公称容量10t的电炉内，同时加入0.2t铁粒。加料毕后，送电快速熔化炉料。炉料熔化后，在炉内通过铝将V₂O₃还原，冶炼时间50min，待炉温达1900℃，且炉渣中TV含量为0.12％时，加入铁红0.12t进行调渣，继续冶炼时间35min。待炉温达1850℃，且钒铁合金液中铝含量低于0.5％时，将钒铁合金液和炉渣一并出入铁水包内得到钒铁合金0.5t，产品为FeV₅₀，合金中铝含量为0.35％，钒收率99％，成份符合50钒铁成品的国家标准，炉衬无侵蚀。

实施例4

实践中，将石灰、铝粉，V₂O₅按重量比3∶5∶10配料9t，经混合均匀后，装入公称容量20t的电炉内，同时加入1.25t铁粒。加料毕后，送电快速熔化炉料。炉料熔化后，在炉内通过铝将V₂O₅还原，冶炼时间30min，待炉温达1850℃，且炉渣中TV含量为0.15％时，加入铁黑0.4t进行调渣，继续冶炼时间32min。待炉温达1800℃，且钒铁合金液中铝含量低于0.5％时，将钒铁合金液和炉渣一并出入铁水包内。得到钒铁合金2.8t，产品为FeV₅₀，合金中铝含量为0.33％，钒收率98％，成份符合50钒铁成品的国家标准，炉衬无侵蚀。

由上述实例可见，每炉冶炼可得到完全符合国家标准的钒铁合金0.5～5.5t，钒铁合金为FeV₅₀(50钒铁)或FeV₈₀(80钒铁)。采用本发明生产工艺后，熔清还原的炉温1800～2100℃，调渣后的炉温1600～1900℃，调渣后的炉温比现有工艺低200～500℃。钒铁合金中铝含量在0.2％～0.5％之间，比现行铝热法生产的合金铝含量低0.3～0.6个百分点；钒回收率达97％～99％，比现行工艺高2～8个百分点，同时钒铁合金完全符合国家标准。

综上，本发明工艺简单易行，可行性强，调渣处理后，合金中的铝含量少，提高了合金品质；炉渣中含钒量低，提高了有价钒元素的利用率；降低了炉渣熔点，进而降低了冶炼温度；应用前景广。

Claims (9)

1.电铝热法冶炼钒铁合金的生产工艺，其特征在于：它是由如下步骤完成：

A、配料；

B、还原冶炼；

C、调渣；

D、按常规方法浇铸、破碎成型即可；

其特征在于：步骤C所述的调渣是加入铁氧化物调渣，铁氧化物的添加量为铝重量的15～20％；铁氧化物熔化后，当冶炼至炉温达1600～1900℃，钒铁合金液中铝含量低于0.5％时，钒铁合金液和炉渣一并出炉。

2.根据权利要求1所述的电铝热法冶炼钒铁合金的生产工艺，其特征在于：所述的铁氧化物为Fe₂O₃、FeO或Fe₃O₄之一或其混合。

3.根据权利要求1所述的电铝热法冶炼钒铁合金的生产工艺，其特征在于：步骤A所述的配料为取石灰、铝、铁、V₂O₃或石灰、铝、铁、V₂O₅按钒铁合金成分要求配成炉料。

4.根据权利要求3所述的电铝热法冶炼钒铁合金的生产工艺，其特征在于：所述铝采用铝粉；所述铁采用铁粒。

5.根据权利要求1-4任一项所述的电铝热法冶炼钒铁合金的生产工艺，其特征在于：步骤B所述的还原冶炼为：送电快速熔化炉料；炉料熔化后，在炉内通过铝将V₂O₃或V₂O₅还原，还原至炉温达1800～2100℃，且炉渣中全钒含量在0.1～0.2％间。

6.根据权利要求1-4任一项所述的电铝热法冶炼钒铁合金的生产工艺，其特征在于：步骤D所述的浇铸为：钒铁合金液出完到铁水包后，吊出铁水包，并将铁水包的钒铁合金液浇铸到锭模内。

7.根据权利要求1-4任一项所述的电铝热法冶炼钒铁合金的生产工艺，其特征在于：步骤D所述的破碎成型为：待钒铁合金液冷却至室温后，脱模并将钒铁锭破碎至要求，得到钒铁合金成品。

8.铁氧化物在电铝热法冶炼钒铁合金的生产工艺中作为调渣剂的应用。

9.根据权利要求所述的应用，其特征在于：所述的铁氧化物为Fe₂O₃、FeO或Fe₃O₄之一或其混合。

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