CN104694691A - 含钒铬铁水提取铬钒及降低氧气消耗的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢铁冶炼领域，具体涉及一种含钒铬铁水提取铬钒及降低氧气消耗的方法。本发明提供一种含钒铬铁水提取铬钒及降低氧气消耗的方法，具体为：将含钒铬铁水兑入到转炉，然后对含钒铬铁水进行吹氧，吹氧量控制在15～35Nm³/tFe，吹氧过程中加入冷却剂来控制含钒铬铁水的温度在1320～1390℃之间；并且吹炼过程中炉底采用CO₂与N₂交替供气，其中，非吹炼阶段底吹氮气，其流量控制在0.002m³/(min·tFe)以下，吹炼至吹炼结束前1～1.5min采用0.12～0.60m³/(min·tFe)的强度底吹CO₂气体，吹炼结束前1～1.5min内将底吹气体切换为氮气至下一炉吹炼开始。本发明与能够保证较高的钒氧化率，同时克服碳铬转换温度低的困难，保证铬的氧化率，降低碳氧化率，有利于钒铬资源的综合利用。

Description

含钒铬铁水提取铬钒及降低氧气消耗的方法

技术领域

本发明属于钢铁冶炼领域，具体涉及一种含钒铬铁水提取铬钒及降低氧气消耗的方法。

背景技术

我国是钒钛磁铁矿大国，主要分布在四川攀西、河北承德等地区；按照Cr₂O₃含量的高低，钒钛磁铁矿又分为普通型钒钛磁铁矿和高铬型钒钛磁铁矿(简称高铬钒钛磁铁矿)。高铬型钒钛磁铁矿作为一种特殊的钒钛磁铁矿资源，除含有铁、钒、钛之外还伴生有珍贵的铬资源，攀枝花地区的红格钒钛磁铁矿是我国最大的铬矿资源，储量36亿吨，含有Cr₂O₃高达1800万吨，是全国其他地区已探明储量的近两倍。

高铬型红格钒钛磁铁矿不仅是攀西四大矿区之最，也是国内目前最大的钒钛磁铁矿矿床。矿床赋存于海西早期形成的巨大层状—似层状中碱性—基性—超基性分异杂岩体中，岩浆分异作用好，属晚期岩浆结晶分异矿床。矿体形成相对独立的8个大中型矿区，其中路枯矿区岩体厚度大，各类含矿层齐全，矿体规模大，研究程度最高，该区即所称“红格矿区”，又分为“南矿区”和“北矿区”。与周边的攀枝花矿、白马矿等资源不同，红格矿除富含铁、钒、钛等金属外，还共伴生铬、镍、钴等金属，是我国为数不多的特大型多元素共生矿，具有很高的综合利用价值。以伴生的铬元素为例，红格南矿区Cr₂O₃品位达0.34％，铬资源储量十分可观。我国是世界第一大不锈钢生产国，国内铬矿远远满足不了消费需求，每年都需从国外进口高品位的铬铁矿和铬铁合金。我国的铬冶金和铬盐工业对国外铬铁矿具有很高的依赖度。因此，对于我国这样一个铬资源短缺的国家而言，实现高铬型钒钛磁铁矿中铬资源的规模化回收具有十分重要的经济价值和战略意义。

攀枝花高格型钒钛磁铁矿矿物种类多，矿石结构复杂，选冶分离矿石中的铁、钒、钛、铬、镍、钴等金属技术难度大，是一项待攻克的世界性技术难题。通常情况下，钒钛矿物中钒以V³⁺的形态固溶于磁铁矿晶格内，形成钒铁尖晶石；钛主要以氧化物TiO₂的形式存在于钛铁晶石和钛铁矿中。Cr³⁺与Fe³⁺离子半径近似，三价铬置换钛磁铁矿中三价铁离子，呈内质同象。铬与钒一样，与铁共生在一起，矿物为FeO·(V,Cr)₂O₃尖晶石。在选矿过程中铬与钒80％以上富集在铁精矿中，为通过冶金方法共同提取钒铬奠定了较好的原料基础。许多科研院所及高校已经对红格矿从采选、冶炼、提取及后续钒铬分离都做了大量的工作，奠定了一定的理论和实践基础。目前已攻克多个技术难题，但距产业化还有不少的关键技术瓶颈，工艺技术尚不成熟。

目前公开的关于高铬型钒钛磁铁矿提取钒铬方法的报道有：

原地矿部矿产综合利用研究所采用选矿→回转窑预还原—电炉炼铁→试验转炉吹高铬型钒渣→从高铬型钒渣提取V₂O₅和Cr₂O₃，再经传统的焙烧—浸出—沉淀法得到了两种产品，五氧化二钒品位和三氧化二铬品位分别大于90％和98％，从原矿至产品的综合收得率：铁65％、钒40％～52％、铬40％～55％。(张建廷.红格铁矿铬的赋存、分布与回收利用[J].四川有色金属，2005，(1):1-5.)。

攀研院向铁矿粉中直接加苏打和芒硝的混合料氧化焙烧先提取钒铬、浸出后精矿用竖炉气体还原—磁选分离、简单沉淀法从溶液中提取钒、铬沉淀，并研究了各种杂质对钒铬沉淀及产品质量的影响规律，最终得到了品位都大于98％的V₂O₅和Cr₂O₃产品。(张建廷,陈碧.攀西钒钛磁铁矿主要元素赋存状态及回收利用[J].矿产保护与利用，2008，(5):38-41.)

从上述已有技术看，采用氧气转炉进行提钒铬还未见报导，尚属先例。

发明内容

本发明是为了解决高铬型含钒铬铁水的钒、铬提取难度大的问题，提供了一种新的含钒铬铁水提取铬钒同时降低氧气消耗的方法。

本发明的技术方案：

本发明提供一种含钒铬铁水提取铬钒及降低氧气消耗的方法，具体为：将含钒铬铁水兑入到转炉，然后对含钒铬铁水进行吹氧，吹氧量控制在15～35Nm³/tFe，吹氧过程中加入冷却剂来控制含钒铬铁水的温度在1320～1390℃之间；并且吹炼过程中炉底采用CO₂与N₂交替供气，其中，非吹炼阶段底吹氮气，其流量控制在0.002m³/(min·tFe)以下，吹炼至吹炼结束前1～1.5min采用0.12～0.60m³/(min·tFe)的强度底吹CO₂气体，吹炼结束前1～1.5min内将底吹气体切换为氮气至下一炉吹炼开始。

所述含钒铬铁水的成分为：[V]+[Cr]的总量为0.5％～1.0％，碳含量为4.0％～5.0％。

优选的，上述方法中，吹氧过程中，转炉的氧气压力控制在0.65～1.0MPa，氧气流量控制在8000～24000Nm³/h，吹氧时间控制在6～12min。

优选的，上述方法中，所述冷却剂为铁氧化物或含铁氧化物，冷却剂的加入量为20～60kg/tFe。

进一步，上述方法中，采用氧枪吹氧。

进一步，冷却剂的加入时机为：氧枪下降到位、成功点火后开始加入冷却剂。

更进一步的，冷却剂分三次加入，氧枪下降到位、成功点火后加入10％～30％的冷却剂，吹炼1～3min(优选1.5min)后再加入20％～50％冷却剂，剩余的冷却剂在停止吹炼前至少2min时加入。

优选的，上述方法中采用氧气底吹转炉。

进一步，上述方法中，含钒铬铁水转炉提取钒铬后得到半钢及钒铬渣，所得半钢运至炼钢转炉进行炼钢。

本发明的有益效果：

本发明与能够保证较高的钒氧化率，同时克服碳铬转换温度低的困难，保证铬的氧化率，有利于资源的综合利用。此外，本发明工艺简单，仅仅采用吹氧和加入冷却剂、底吹CO₂与N₂的方式即可实现含钒铬铁水提取钒铬过程中降低碳氧化率的目的，具有预料不到的技术效果。

具体实施方式

本发明提供一种含钒铬铁水提取铬钒及降低氧气消耗，具体为：将含钒铬铁水兑入到转炉，然后对含钒铬铁水进行吹氧，吹氧量控制在15～35Nm³/tFe，吹氧过程中加入冷却剂来控制含钒铬铁水的温度在1320～1390℃之间；并且炉底采用CO₂与N₂交替供气，其中，非吹炼阶段底吹氮气，其流量控制在0.002m³/(min·tFe)以下，吹炼至吹炼结束前1～1.5min采用0.12～0.60m³/(min·tFe)的强度底吹CO₂气体，吹炼结束前1～1.5min内将底吹气体切换为氮气至下一炉吹炼开始。本发明中，吹炼过程即为吹氧过程。

所述含钒铬铁水的成分为：[V]+[Cr]的总量为0.5％～1.0％，碳含量为4.0％～5.0％，其余成分无特殊要求。本发明中，含钒铬铁水采用现有工艺制得，如采用工艺为：高铬钒钛磁铁矿—高炉或电炉冶炼—含钒铬铁水。本发明中，[V]+[Cr]表示钒元素和铬元素的总含量。

本发明中，如果吹氧量过大则会造成碳的大量烧损，不利于后续炼钢的热源保证，如果吹氧量不够则会造成钒、铬的氧化率低、提取率低。

本发明中，炉底采用CO₂与N₂交替供气的原因是在非吹炼阶段采用氮气可以减少炉内温度损失，吹炼阶段底吹CO₂可以更好控制炉温、减少碳氧化，同时非吹炼阶段氮气底吹强度低主要是在保证底吹通气的前提下减少氮气消耗。底吹CO₂的作用，一是CO₂可以参与钒、铬的氧化，二是CO₂加入后会提高炉内CO₂分压，抑制铁水碳氧化；但若强度不够底吹搅拌功能发挥不了作用，若强度过高则炉温下降快，不利于反应的控制。

优选的，上述方法中，吹氧过程中，转炉的氧气压力控制在0.65～1.0MPa，氧气流量控制在8000～24000Nm³/h，吹氧时间控制在6～12min。

优选的，上述方法中，所述冷却剂为铁氧化物或含铁氧化物，冷却剂的加入量为20～60kg/tFe。

更进一步的，冷却剂分三次加入，氧枪下降到位、成功点火后加入10％～30％的冷却剂，吹炼1～3min(优选1.5min)后再加入20％～50％冷却剂，剩余的冷却剂在停止吹炼前至少2min时加入。本发明中，冷却剂分三次加入的好处在于：由于铬的氧化与碳的氧化存在转折温度，即超过转折温度后Cr₂O₃会被铁水中的碳所还原，而钒铬铁水中碳铬转换温度一般在1320～1340℃之间，因此点火成功后加入冷却剂是将铁水温度控制在1320℃以下，该温度下可以有效提高铬的氧化率；随着氧化的进行温度升高后再加入20％～50％冷却剂控制温度在1320～1350℃；到吹炼结束前为了保证半钢温度在1320～1390℃之间，加入剩余冷却剂。

本发明适用于含钒铬铁水进行钒铬渣制取过程：采用氧气底吹转炉进行铁水提钒铬，即铁水兑入到转炉后，通过吹氧、加冷却剂、炉底透气砖采用CO₂与N₂交替供气进行炉温控制和钒、铬氧化；具体步骤包括：

(1)氧枪下降到位、成功点火后加入10％～30％的冷却剂，冷却剂为铁氧化物或含铁氧化物的冷却剂，吹炼1.5min后再加入20％～50％冷却剂，最后剩余的冷却剂在停止吹炼前的2min时加入，冷却剂用量控制在20～60kg/tFe之间；

(2)根据转炉的容量氧气压力0.65～1.0MPa、流量控制在8000～24000Nm³/h，氧气用量为15～35Nm³/tFe，吹氧时间控制在6～12min；

(3)非吹炼阶段底吹氮气气体流量控制在0.002m³/(min·tFe)以下，吹炼至吹炼结束前1～1.5min采用0.12～0.60m³/(min·tFe)的强度底吹CO₂气体，吹炼结束前1～1.5min将底吹气体切换为氮气至下一炉开始。

本发明是为了解决高铬型含钒铬铁水的钒、铬提取难度大的问题，提供了一种转炉提钒铬降低氧气消耗的方法。本发明适用于采用含钒铬铁水进行提钒、提铬的企业，在炼钢之前采用氧气加冷却剂进行提钒铬，铁水兑入到转炉后，采用氧枪供氧，炉底透气砖采用CO₂与N₂交替供气；氧枪下降到位、成功点火后加入10％～30％的冷却剂，冷却剂为铁氧化物或含铁氧化物的冷却剂，吹炼1.5min后再加入20％～50％冷却剂，最后剩余的冷却剂在停止吹炼前的2min时加入，吹氧时间控制在6～12min；根据转炉的容量氧气压力0.65～1.0MPa、流量控制在8000～24000Nm³/h，氧气用量为15～35Nm³/tFe；冷却剂用量控制在20～60kg/tFe之间；非吹炼阶段底吹氮气气体流量控制在0.002m³/(min·tFe)以下，吹炼至吹炼结束前1～1.5min采用0.12～0.60m³/(min·tFe)的强度底吹CO₂气体，吹炼结束前1～1.5min将底吹气体切换为氮气至下一炉开始；冶炼结束后分别出半钢及钒铬渣，所得半钢运至炼钢转炉进行炼钢。

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。

实施例1

在80t转炉兑铁结束后，氧枪下降到位、成功点火后加入30％的冷却剂，冷却剂为铁氧化物或含铁氧化物的冷却剂，吹炼1.5min后再加入20％冷却剂，最后50％的冷却剂在停止吹炼前的2min时加入，吹氧时间控制在9min；转炉的氧气压力0.65MPa、流量控制在8000Nm³/h，氧气用量为15Nm³/tFe；冷却剂用量控制在30kg/tFe；非吹炼阶段底吹氮气气体流量控制在0.002m³/(min·tFe)以下，吹炼至吹炼结束前1.5min采用0.12m³/(min·tFe)的强度底吹CO₂气体，吹炼结束前1.5min将底吹气体切换为氮气至下一炉开始；冶炼结束后分别出半钢及钒铬渣，所得半钢运至炼钢转炉进行炼钢。铁水钒从0.160％降到0.036％，铬从0.225％降到0.112％，碳氧化率为5.1％。

实施例2

在200t转炉兑铁结束后，氧枪下降到位、成功点火后加入10％的冷却剂，冷却剂为铁氧化物或含铁氧化物的冷却剂，吹炼1.5min后再加入50％冷却剂，最后40％的冷却剂在停止吹炼前的2min时加入，吹氧时间控制在12min；转炉的氧气压力1.0MPa、流量控制在24000Nm³/h，氧气用量为35Nm³/tFe；冷却剂用量控制在60kg/tFe；非吹炼阶段底吹氮气气体流量控制在0.002m³/(min·tFe)以下，吹炼至吹炼结束前1min采用0.60m³/(min·tFe)的强度底吹CO₂气体，吹炼结束前1min将底吹气体切换为氮气至下一炉开始；冶炼结束后分别出半钢及钒铬渣，所得半钢运至炼钢转炉进行炼钢。铁水钒从0.339％降到0.055％，铬从0.551％降到0.174％，碳氧化率为5.9％。

实施例3

在140t兑铁结束后，氧枪下降到位、成功点火后加入20％的冷却剂，冷却剂为铁氧化物或含铁氧化物的冷却剂，吹炼1.5min后再加入40％冷却剂，最后40％的冷却剂在停止吹炼前的2min时加入，吹氧时间控制在10min；根据转炉的容量氧气压力0.85MPa、流量控制在16000Nm³/h，氧气用量为20Nm³/tFe；冷却剂用量控制在45kg/tFe；非吹炼阶段底吹氮气气体流量控制在0.002m³/(min·tFe)以下，吹炼至吹炼结束前1.5min采用0.40m³/(min·tFe)的强度底吹CO₂气体，吹炼结束前1.5min将底吹气体切换为氮气至下一炉开始；冶炼结束后分别出半钢及钒铬渣，所得半钢运至炼钢转炉进行炼钢。铁水钒从0.268％降到0.045％，铬从0.621％降到0.252％，碳氧化率为4.6％。

Claims (10)

1.含钒铬铁水提取铬钒及降低氧气消耗的方法，其特征在于：将含钒铬铁水兑入到转炉，然后对含钒铬铁水进行吹氧，吹氧量控制在15～35Nm³/tFe，吹氧过程中加入冷却剂来控制含钒铬铁水的温度在1320～1390℃之间；并且吹炼过程中炉底采用CO₂与N₂交替供气，其中，非吹炼阶段底吹氮气，其流量控制在0.002m³/(min·tFe)以下，吹炼至吹炼结束前1～1.5min采用0.12～0.60m³/(min·tFe)的强度底吹CO₂气体，吹炼结束前1～1.5min内将底吹气体切换为氮气至下一炉吹炼开始。

2.根据权利要求1所述的含钒铬铁水提取铬钒及降低氧气消耗的方法，其特征在于：所述含钒铬铁水的成分为：[V]+[Cr]的总量为0.5％～1.0％，碳含量为4.0％～5.0％。

3.根据权利要求1或2所述的含钒铬铁水提取铬钒及降低氧气消耗的方法，其特征在于：吹氧过程中，转炉的氧气压力控制在0.65～1.0MPa，氧气流量控制在8000～24000Nm³/h，吹氧时间控制在6～12min。

4.根据权利要求1～3任一项所述的含钒铬铁水提取铬钒及降低氧气消耗的方法，其特征在于：所述冷却剂为铁氧化物或含铁氧化物，冷却剂的加入量为20～60kg/tFe。

5.根据权利要求4所述的含钒铬铁水提取铬钒及降低氧气消耗的方法，其特征在于：所述冷却剂为铁矿粉、氧化铁皮或铁红中一种或几种的组合物。

6.根据权利要求1～5任一项所述的含钒铬铁水提取铬钒及降低氧气消耗的方法，其特征在于：所述含钒铬铁水转炉提取钒铬及降低氧气消耗的方法中采用氧气底吹转炉。

7.根据权利要求1～6任一项所述的含钒铬铁水提取铬钒及降低氧气消耗的方法，其特征在于：采用氧枪吹氧。

8.根据权利要求7所述的含钒铬铁水提取铬钒及降低氧气消耗的方法，其特征在于：冷却剂的加入时机为：氧枪下降到位、成功点火后加入冷却剂。

9.根据权利要求8所述的含钒铬铁水提取铬钒及降低氧气消耗的方法，其特征在于：冷却剂分三次加入，氧枪下降到位、成功点火后加入10％～30％的冷却剂，吹炼1～3min后再加入20％～50％的冷却剂，剩余的冷却剂在停止吹炼前至少2min时加入。

10.根据权利要求1～9任一项所述的含钒铬铁水提取铬钒及降低氧气消耗的方法，其特征在于：含钒铬铁水转炉提取钒铬后得到半钢及钒铬渣，所得半钢运至炼钢转炉进行炼钢。