CN108913894A - 钒铁合金冶炼的自搅拌工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钒铁合金冶炼的自搅拌工艺，属于钢铁冶炼技术领域。本发明提供了一种操作简单、炉衬寿命长、合金收得率高的钒铁冶炼自搅拌方法。该方法通过铝热还原自发反应后，向熔池添加球状自搅拌剂，通过自搅拌剂放热、改善熔渣特性以及产生气体等手段实现熔池的充分搅拌，促进物料的深度还原，一次自搅拌结束后，将熔融渣金倾倒于浇铸砂模中进行渣金混熔，实现二次自搅拌操作。本发明方法通过钒铁合金冶炼过程中的自搅拌操作，可显著降低渣中钒含量，大幅度提高电炉寿命。

Description

钒铁合金冶炼的自搅拌工艺
技术领域
本发明属于钢铁冶炼技术领域，具体涉及一种钒铁合金冶炼的自搅拌工艺。
背景技术
钒铁合金是钢铁工业应用最为广泛的钒微合金化中间合金。含钒钢被广泛应用于机械制造、航空航天、建筑路桥等行业，因钒的加入钢材的力学性能会得到显著提高。产业化的钒铁合金的制备原理主要是利用还原剂对含钒氧化物及其他含钒原料进行还原，并在高温熔融状态下与铁质熔体互相固溶而得。
目前世界范围内大多企业通过采用以钒的氧化物(V2O5/V2O3)为原料，配加适量的还原剂(Al/Si)和铁质料进行热还原反应进行钒铁合金生产，并辅以电加热以保障热量需求。而生产工艺也分别有直筒炉一步法工艺和倾翻炉多期法工艺，最终均能得到质量合格的合金产品。热还原法制备钒铁合金主要利用还原剂的强还原性促进钒氧化物的还原，从而达到贫渣的效果。
CN102115821A提供了一种以金属铝为还原剂的两步法冶炼钒铁的方法，通过第一步冶炼的初还原出掉部分渣，然后对初级合金加入部分精炼料进行精炼，得到钒铁合金产品。CN201510002957.4提供一种利用大型倾翻炉电铝热法生产钒铁的方法，采用多期冶炼和阶梯配铝相结合的技术，具有操作方便，节约铝耗，提高钒铁的收率的特点。CN201710611520.X公开了一种用于电铝热法钒钛冶炼炉的喷气搅拌***，能协助冶炼熔池的冶炼原料进行有效混合。CN201710610957.1公开了一种降低钒铁冶炼炉渣残钒的冶炼工艺，在相应冶炼原料添加完成并完全形成熔池后再喷入气体在搅拌的条件完成熔池冶炼工作。
从上述公开的技术看，目前钒铁合金制备主要以钒氧化物为原料，Al、Si(硅铁)为还原剂，辅以电加热的方式进行钒铁合金的生产，为提高钒铁冶炼效率，主要采用机械喷吹等操作来实现熔池的搅拌；但是这些方法一方面可能因搅拌和喷吹不均匀使得贫渣效果不好，另一方面易导致搅拌过程熔渣飞溅，冶炼时间延长，从而降低综合收率和冶炼效率。本发明方法提出采用以片钒(V2O5)为含钒原料，以金属铝为还原剂，并在钒铁冶炼过程添加自搅拌剂，促进了冶炼熔池的搅拌，改善了熔渣特性，有利于钒收率的提高和冶炼炉的寿命。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供了一种钒铁合金冶炼的自搅拌工艺，该工艺包括以下步骤：
A、将片钒、铝粒、铁粒和石灰的混合料加入到电炉中，点火进行自热反应；
B、自热反应结束后，加入自搅拌剂，进行熔池的自搅拌操作，并持续给电，维持体系温度；
C、然后将熔融渣金倾翻到砂模中，冷却得钒铁合金饼和低钒冶炼渣。
其中，上述所述的钒铁合金冶炼的自搅拌工艺中，步骤A中，所述片钒、铝粒、铁粒和石灰的质量比为100：50：14～50：5～15。
其中，上述所述的钒铁合金冶炼的自搅拌工艺中，步骤A中，所述自热反应的时间为10～30min。
其中，上述所述的钒铁合金冶炼的自搅拌工艺中，步骤B中，所述自搅拌剂由以下方法制备得到：将1质量份石灰、0～1质量份碳酸钙和0～1.5质量份球磨铁粒混合，进行造球干燥，即得。
优选的，上述所述的钒铁合金冶炼的自搅拌工艺中，自搅拌剂中石灰、碳酸钙和球磨铁粒的质量比为1：0.5～1：0～1.5。
其中，上述所述的钒铁合金冶炼的自搅拌工艺中，步骤B中，所述球磨铁粒的直径≤3mm。
其中，上述所述的钒铁合金冶炼的自搅拌工艺中，步骤B中，所述自搅拌剂的粒径为5～20mm，密度为3.0～5.0kg/m3。
其中，上述所述的钒铁合金冶炼的自搅拌工艺中，步骤B中，所述自搅拌剂的加入量为片钒质量的5％～15％。
其中，上述所述的钒铁合金冶炼的自搅拌工艺中，步骤B中，所述自搅拌剂通过钟摆式加料方式加入，并控制加料高度与渣层高度比为1.5～2.5：1。
其中，上述所述的钒铁合金冶炼的自搅拌工艺中，步骤B中，所述持续给电的时间为15～25min。
其中，上述所述的钒铁合金冶炼的自搅拌工艺中，步骤B中，所述体系温度为1900～2100℃。
其中，上述所述的钒铁合金冶炼的自搅拌工艺中，步骤C中，所述熔融渣金倾翻到砂模中的倾翻角度为30°～45°，并控制倾翻高度与渣金厚度比为1～1.5：1。
本发明的有益效果：
本发明方法在冶炼过程加入自搅拌剂，通过自搅拌剂分解放热或分解产生气体产物，促进熔池内熔渣流动及渣金界面接触，实现熔池的充分搅拌，促进物料的深度还原，并实现冶炼体系熔渣成分的优化，降低熔渣中铝、镁比例，实现渣系熔点及熔渣黏度等熔渣特性的优化；然后又在熔融渣金倾翻出炉至砂模的过程中，因渣金不互熔及密度差异，实现二次自搅拌操作。通过钒铁合金冶炼过程中的自搅拌操作，可显著降低渣中钒含量，从而达到降低渣中钒损的目的，并且大幅度提高电炉寿命。
具体实施方式
具体的，钒铁合金冶炼的自搅拌工艺，该工艺包括以下步骤：
A、将片钒、铝粒、铁粒和石灰的混合料加入到电炉中，点火进行自热反应；
B、自热反应结束后，加入自搅拌剂，进行熔池的自搅拌操作，并持续给电，维持体系温度；
C、然后将熔融渣金倾翻到砂模中，冷却得钒铁合金饼和低钒冶炼渣。
本发明工艺以片钒为含钒原料，以金属铝粒为还原剂，通过在冶炼过程将造球后的自搅拌剂加入到冶炼炉中，进行造渣和熔池自搅拌。电极加热冶炼时，实现了第一次自搅拌操作：通过加入自搅拌剂，一方面实现自搅拌剂在添加到冶炼体系后发生分解反应，借助自搅拌剂分解放热或分解产生气体产物，促进熔池内熔渣流动及渣金界面接触，实现熔池的充分搅拌，促进物料的深度还原；另一方面实现冶炼体系熔渣成分的优化，降低熔渣中铝、镁比例，实现渣系熔点及熔渣黏度等熔渣特性的优化。
给电冶炼结束后，通过将反应结束后的熔融渣金倾翻出炉至砂模中，实现二次自搅拌操作：在整个倾倒过程中因熔融渣金的重力势能及密度差异，发生明显渣金混熔，然后于砂模中逐渐实现渣金二次分离，并且该过程是一次强烈的搅拌操作，加大了体系渣金接触面积。经二次自搅拌操作，冷却后，得钒铁合金和低钒含冶炼渣。通过钒铁合金冶炼过程中的自搅拌操作，可显著降低渣中钒含量，从而达到降低渣中钒损的目的，并且大幅度提高电炉寿命。
本发明方法步骤A中，混合料中片钒、铝粒、铁粒和石灰的质量比为100：50：14～50：5～15，各物料的粒度一般要求≤0.2mm。点火后，体系进行自热反应，自热反应过程温度不用控制，自热反应一般在10～30min后结束。
本发明方法所使用的自搅拌剂由以下方法制备得到：将1质量份石灰、0～1质量份碳酸钙和0～1.5质量份球磨铁粒混合，进行造球干燥，即得。
自搅拌剂中石灰石主要用于造渣，而碳酸钙除了造渣之外还能够产生气体，球磨铁粒的主要目的是增加料球密度，利于加入后提高搅拌强度；自搅拌剂是以石灰石为基准，逐渐添加碳酸钙，然后再添加球磨铁粒，效果逐渐递增；因此，优选的，自搅拌剂中石灰、碳酸钙和球磨铁粒的质量比为1：0.5～1：0～1.5。
为了达到最优的反应动力学效果，并保证自搅拌剂密度介于合金和熔渣之间，实现自搅拌的顺利加入和搅拌效果，本发明控制自搅拌剂的粒径为5～20mm，密度为3.0～5.0kg/m3。采用直径≤3mm的球磨铁粒，有利于造球时，控制控制自搅拌剂的粒径。
其中，上述所述的钒铁合金冶炼的自搅拌工艺中，步骤B中，所述自搅拌剂的加入量为片钒质量的5％～15％。
本发明方法步骤B中，自搅拌剂通过钟摆式加料方式加入，并控制加料高度与渣层高度比为1.5～2.5：1，过低易导致自搅拌剂下沉速度慢，过高易导致加入过程物料飞溅至炉壁，影响收率。
步骤B中，加入自搅拌剂后，持续给电15～25min，维持体系温度1900～2100℃。
本发明方法步骤C中，所述熔融渣金倾翻到砂模中的倾翻角度为30°～45°，并控制倾翻高度与渣金厚度比为1～1.5：1，合适的倾翻高度和角度，有利于浇铸渣铁同出过程的渣金混熔，避免熔融渣金飞溅和降低热量损失。
优选的，钒铁合金冶炼的自搅拌工艺，该工艺包括以下步骤：
A、将片钒、铝粒、铁粒和石灰的混合料加入到电炉中，点火进行自热反应10～30min；所述片钒、铝粒、铁粒和石灰的质量比为100：50：14～50：5～15；
B、自热反应结束后，进行电极加热至1900～2100℃，维持体系温度，给电一定时间后，加入自搅拌剂，进行熔池的自搅拌操作，并持续给电15～25min，维持体系温度为1900～2100℃；所述自搅拌剂的粒径为5～20mm，密度为3.0～5.0kg/m3；所述自搅拌剂通过钟摆式加料方式加入，并控制加料高度与渣层高度比为1.5～2.5：1；所述自搅拌剂由以下方法制备得到：将1质量份石灰、0.5～1质量份碳酸钙和0～1.5质量份球磨铁粒混合，进行造球干燥，即得；
C、然后将熔融渣金按倾翻角度为30°～45°倾翻到砂模中，并控制倾翻高度与渣金厚度比为1～1.5：1，冷却得钒铁合金饼和低钒冶炼渣。
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此将本发明保护范围限制在所述的实施例范围之中。
对比例
将片钒100质量份，铝粉50质量份、铁粉14质量份、石灰10质量份的混合料装于电炉中点火引弧，自热反应30min后，通电维持体系温度2000℃，15min后将熔融渣金倾翻到砂模中，冷却分离后得钒铁合金饼和冶炼渣。所得冶炼渣中Al2O3、MgO、CaO含量分别为73％、11％和13％，渣中钒含量为1.9％，电炉寿命为180炉。
实施例1
自搅拌剂制备：将石灰通过圆盘造球机进行造球干燥，得自搅拌剂，其平均粒径为8mm，密度为3.6kg/m3。
钒铁合金冶炼：将片钒100质量份，铝粉50质量份、铁粉14质量份、石灰7质量份的混合料装于电炉中点火引弧，自热反应30min后，通过钟摆加料器在倾翻高度与渣金厚度比为1.5：1的条件下，加入球形自搅拌剂5质量份，通过料球的下沉及熔化，促进渣金搅拌并形成低熔点渣系，继续通电保持体系温度约2000℃，15min后，在倾翻角度为30°、倾翻高度与渣金厚度比为1：1的条件下，将熔融渣金倾翻到砂模中，实现浇铸倾翻过程的渣金混熔及二次自搅拌操作，冷却得钒铁合金饼和低钒冶炼渣。
所得低钒冶炼渣中Al2O3、MgO、CaO含量分别为72％、10％和15％，渣中钒含量为1.7％，电炉寿命为190炉。
实施例2
自搅拌剂制备：将石灰和碳酸钙按重量比为1：0.5通过圆盘造球机进行造球干燥，得自搅拌剂，其平均粒径为10mm，密度为3.8kg/m3。
钒铁合金冶炼：将片钒100质量份，铝粉50质量份、铁粉14质量份、石灰5质量份的混合料装于电炉中，点火引弧，自热反应30min后，通过钟摆加料器在倾翻高度与渣金厚度比为1.5：1的条件下，加入球形自搅拌剂10质量份，通过料球的下沉、熔化，同时产生气体，促进渣金搅拌并形成低熔点渣系，继续通电保持体系温度约2000℃，15min后，在倾翻角度为45°、倾翻高度与渣金厚度比为1.5：1的条件下，将熔融渣金倾翻到砂模中，实现浇铸倾翻过程的渣金混熔及二次自搅拌操作，冷却得钒铁合金饼和低钒冶炼渣。
所得低钒冶炼渣中Al2O3、MgO、CaO含量分别为71％、9％和17％，渣中钒含量为1.4％，电炉寿命为265炉。
实施例3
自搅拌剂制备：将石灰和碳酸钙按重量比为1：1通过圆盘造球机进行造球干燥，得自搅拌剂，其平均粒径为10mm，密度为4.0kg/m3。
钒铁合金冶炼：将片钒100质量份，铝粉50质量份、铁粉14质量份、石灰5质量份的混合料装于电炉中，点火引弧，自热反应30min后，通过钟摆加料器在倾翻高度与渣金厚度比为1.5：1的条件下，加入球形自搅拌剂10质量份，通过料球的下沉、熔化，同时产生气体，促进渣金搅拌并形成低熔点渣系，继续通电保持体系温度约2000℃，25min后在倾翻角度为45°、倾翻高度与渣金厚度比为1.5：1的条件下，将熔融渣金倾翻到砂模中，实现浇铸倾翻过程的渣金混熔及二次自搅拌操作，冷却得钒铁合金饼和低钒冶炼渣。
所得低钒冶炼渣中Al2O3、MgO、CaO含量分别为70％、8％和18％，渣中钒含量为1.3％，电炉寿命为282炉。
实施例4
自搅拌剂制备：将石灰、碳酸钙和球磨铁粒按重量比为1：1：1通过圆盘造球机进行造球干燥，得自搅拌剂，其平均粒径为10mm，密度为4.2kg/m3。
钒铁合金冶炼：将片钒100质量份，铝粉50质量份、铁粉10质量份、石灰5质量份混合料装于电炉中，点火引弧，自热反应30min后，通过钟摆加料器在倾翻高度与渣金厚度比为1.5：1的条件下，加入球形自搅拌剂15质量份，通过料球的下沉、熔化，同时产生气体，促进渣金搅拌并形成低熔点渣系，继续通电保持体系温度约2000℃，20min后在倾翻角度为30°、倾翻高度与渣金厚度比为1：1的条件下，将熔融渣金倾翻到砂模中，实现浇铸倾翻过程的渣金混熔及二次自搅拌操作，冷却得钒铁合金饼和低钒冶炼渣。
所得低钒冶炼渣中Al2O3、MgO、CaO含量分别为71％、8％和18％，渣中钒含量为1.1％，电炉寿命为285炉。
实施例5
自搅拌剂制备：将石灰、碳酸钙和球磨铁粒按重量比为1：1：1.5通过圆盘造球机进行造球干燥，得自搅拌剂，其平均粒径为10mm，密度为4.5kg/m3。
钒铁合金冶炼：将片钒100质量份，铝粉50质量份、铁粉10质量份、石灰5质量份混合料装于电炉中，点火引弧，自热反应30min后，通过钟摆加料器在倾翻高度与渣金厚度比为1.5：1的条件下，加入球形自搅拌剂15质量份，通过料球的下沉、熔化，同时产生气体，促进渣金搅拌并形成低熔点渣系，继续通电保持体系温度约2000℃，25min后在倾翻角度为45°、倾翻高度与渣金厚度比为1.5：1的条件下，将熔融渣金倾翻到砂模中，实现浇铸倾翻过程的渣金混熔及二次自搅拌操作，冷却得钒铁合金饼和低钒冶炼渣。
所得低钒冶炼渣中Al2O3、MgO、CaO含量分别为70％、8％和18％，渣中钒含量为1.0％，电炉寿命为296炉。

Claims (10)

1.钒铁合金冶炼的自搅拌工艺，其特征在于：包括以下步骤：
A、将片钒、铝粒、铁粒和石灰的混合料加入到电炉中，点火进行自热反应；
B、自热反应结束后，加入自搅拌剂，进行熔池的自搅拌操作，并持续给电，维持体系温度；
C、然后将熔融渣金倾翻到砂模中，冷却得钒铁合金饼和低钒冶炼渣。
2.根据权利要求1所述的钒铁合金冶炼的自搅拌工艺，其特征在于：步骤A中，所述片钒、铝粒、铁粒和石灰的质量比为100：50：14～50：5～15。
3.根据权利要求1所述的钒铁合金冶炼的自搅拌工艺，其特征在于：步骤A中，所述自热反应的时间为10～30min。
4.根据权利要求1所述的钒铁合金冶炼的自搅拌工艺，其特征在于：步骤B中，所述自搅拌剂由以下方法制备得到：将1质量份石灰、0～1质量份碳酸钙和0～1.5质量份球磨铁粒混合，进行造球干燥，即得。
5.根据权利要求4所述的钒铁合金冶炼的自搅拌工艺，其特征在于：自搅拌剂中石灰、碳酸钙和球磨铁粒的质量比为1：0.5～1：0～1.5；其中，所述球磨铁粒的直径≤3mm。
6.根据权利要求1～5任一项所述的钒铁合金冶炼的自搅拌工艺，其特征在于：步骤B中，所述自搅拌剂的粒径为5～20mm，密度为3.0～5.0kg/m3。
7.根据权利要求1～5任一项所述的钒铁合金冶炼的自搅拌工艺，其特征在于：步骤B中，所述自搅拌剂的加入量为片钒质量的5％～15％。
8.根据权利要求1所述的钒铁合金冶炼的自搅拌工艺，其特征在于：步骤B中，所述自搅拌剂通过钟摆式加料方式加入，并控制加料高度与渣层高度比为1.5～2.5：1。
9.根据权利要求1所述的钒铁合金冶炼的自搅拌工艺，其特征在于：步骤B中，所述持续给电的时间为15～25min；步骤B中，所述体系温度为1900～2100℃。
10.根据权利要求1所述的钒铁合金冶炼的自搅拌工艺，其特征在于：步骤C中，所述熔融渣金倾翻到砂模中的倾翻角度为30°～45°，并控制倾翻高度与渣金厚度比为1～1.5：1。
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