傾翻爐電鋁熱法制備釩鐵的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于冶金領域，涉及一種傾翻爐電鋁熱法制備釩鐵的方法。
【背景技術】
[0002]全球釩產量的80%以上用于鋼鐵工業，并且多以釩鐵合金的形式加入到鋼鐵中。釩能與鋼中的碳和氮發生反應，生成小而硬的難熔金屬碳化物和氮化物，這些化合物能起到細化劑和沉淀強化劑的作用，細化鋼的組織和晶粒，提高晶粒的粗化溫度，從而降低過熱敏感性，提高鋼材制品的韌性、強度以及耐磨性。含釩鋼因具有強度高，韌性、耐磨性、耐腐蝕性好的特點而廣泛用于機器制造、建筑、航空航天、鐵路、橋梁等行業。釩鐵作為合金添加劑在鋼鐵中的應用途徑主要有三個方面:碳素合金鋼，工具鋼和不銹鋼，高強度低合金鋼(HSLA鋼)。使用何種品位的釩鐵很大程度上取決于其終端用途，某些鋼種比如高合金的工具鋼和不銹鋼不僅需要較高的釩含量(有時候高達3% -5%),同時也對原料帶入的殘留雜質含量要求很嚴格，這個時候常常使用的是高品位的FeVSO ;相反的，如果是應用于普通碳素鋼的合金化(釩含量不超過1% )，那么一般會使用品位較低的FeV50。
[0003]目前國內大多數釩鐵廠家采用的是一步法電鋁熱冶煉工藝，將配制好的爐料在電爐內通電引弧發生反應生成金屬釩和氧化鋁并放出熱量，氧化鋁與爐料中加入的造渣劑結合形成低熔點、低密度的爐澄，爐料中配入的鐵粒熔化后與釩形成無限固熔體；配入的造渣劑可以降低熔渣熔點和提高熔體堿度，有利于合金沉降。因合金與爐渣密度差異較大，爐渣與釩鐵合金在熔融狀態下自動分層，經充分冷凝后渣鐵分離而獲得釩鐵合金。為了更徹底地將釩還原到合金中，傳統電爐冶煉過程中，配鋁量一般是理論計算值的1.04?1.05倍，渣中釩含量為2 %，釩收率在95 %左右。如果進一步提高配鋁量，過量的鋁將進入合金造成產品質量不達標；合金中的鋁含量不易控制，客戶需要低鋁釩鐵時，只能以犧牲釩的收率來滿足，釩鐵中鋁的成分和收率之間存在難以解決的矛盾。
[0004]專利CN101100720A將釩酸鈣、鋁粉、鐵質料按一定重量配比冶煉得到釩鐵:釩酸鈣:100份，銷粉:23?28份，鐵質料:23?27份；其中，所述的釩酸鈣為偏釩酸鈣、焦釩酸鈣、正釩酸鈣中的至少一種，其含釩品位為24%?43%。該發明工藝冶煉的釩鐵質量好，釩回收率高，冶煉過程中不產生廢水污染，適應高經濟價值、低環境污染的新型工業需要。
[0005]專利CN101148733A公開了一種釩鐵噴粉精煉工藝，主要步驟為在電鋁熱法冶煉釩鐵過程中，當爐料充分完成鋁熱反應，熔渣與合金實現分離后，停止電極加熱，隨即向熔渣層插入噴槍并噴吹還原粉料，同時旋轉爐體，還原粉料在噴吹氣流沖擊和爐體旋轉攪拌雙重作用下與熔渣充分混和，然后再插入電極繼續加熱熔煉20?25分鐘，讓熔渣中殘留的釩進一步還原生成釩鐵。該發明能使精煉爐料的反應動力學條件得到有效改善，最佳組份配比和噴吹量可使精煉爐料反應更充分，實現提高釩鐵冶煉的釩回收率，降低生產成本。
[0006]從上述已經公開的技術看，之前釩鐵冶煉的專利都聚焦在原料和還原劑的選擇以及如何有效地提高釩的回收率上，專利的重心都集中在釩鐵的還原過程，而對于節約鋁耗以及提高釩鐵的冶煉收率方面沒有進行改進。
【發明內容】
[0007]為了解決上述技術問題，本發明提供了一種傾翻爐電鋁熱法制備釩鐵的方法，包括以下操作:
[0008]將滿足生產要求的原料氧化釩、鋁、鐵、石灰混勻后加入到可傾翻式電弧爐中，采用多期冶煉和階梯配鋁相結合的方法，當渣中釩含量降至一定水平后除去大部分渣，之后進行多期加料和出渣的反復操作，最后一期冶煉時渣鐵同出，澆鑄到錠模中，冷卻后即可得到釩鐵合金。
[0009]上述傾翻爐電鋁熱法制備釩鐵的方法中，所述傾翻爐的容納釩鐵合金液重量為8?10t，出渣時的傾翻角度彡20°，渣鐵同出時的傾翻角度彡45°。
[0010]上述傾翻爐電鋁熱法制備釩鐵的方法中，所述的氧化釩為V2O3或V 205中的至少一種。
[0011]上述傾翻爐電鋁熱法制備釩鐵的方法中，所述的采用多期冶煉和階梯配鋁相結合的方法為:將多期冶煉分為3期，每期氧化釩的加料重量比例分別為2: I: I;每期的配鋁量為該期單位重量氧化釩理論計算值的1.4?0.2倍，并呈階梯遞減狀，倍數比例A (第I期):B(第2期):C(第3期)=1.4?1.25:1.0?0.7:0.8?0.2，具體取值以(A*4+B*2+C*2)/8 = I 為準。
[0012]上述傾翻爐電鋁熱法制備釩鐵的方法中，所述當渣中釩含量降至一定水平后除去大部分渣是指:當第I期渣中釩含量降低至0.1%?0.3%時，通過傾翻的方式除去80%以上的貧渣；當第2期渣中釩含量降低至0.3%?0.5%時，通過傾翻的方式除去80%以上的貧渣；當第3期渣中釩含量降低至1.5%?2%時，渣鐵同出，澆鑄到錠模中，冷卻后即可得到釩鐵合金。
[0013]本發明提供的傾翻爐電鋁熱法制備釩鐵的方法，操作方便，減少單爐鋁消耗量的同時，降低渣中釩含量，經濟效益明顯，同時提高了釩鐵的冶煉收率，且得到的釩鐵產品鋁含量較低。
【具體實施方式】
[0014]傾翻爐電鋁熱法制備釩鐵的方法，包括以下操作步驟:
[0015]a、將滿足生產要求的原料氧化釩、鋁、鐵、石灰混勻后加入到可傾翻式電弧爐中，第I期冶煉時加入氧化釩2份，配鋁量為氧化釩理論計算值的1.4?1.25倍；第I期冶煉至渣中釩含量降低至0.1%?0.3%時，通過傾翻的方式除去80%以上的貧渣；
[0016]b、第2期冶煉時加入氧化釩I份，配鋁量為氧化釩理論計算值的1.0?0.7倍；第2期冶煉至渣中釩含量降低至0.3%?0.5%時，通過傾翻的方式除去80%以上的貧渣；
[0017]c、第3期冶煉時加入氧化釩I份，配鋁量為氧化釩理論計算值的0.8?0.2倍；第2期冶煉至渣中釩含量降低至1.5%?2%時，渣鐵同出，澆鑄到錠模中，冷卻后即可得到釩鐵合金。
[0018]上述傾翻爐電鋁熱法制備釩鐵的方法中，所述傾翻爐的容納釩鐵合金液重量為8?10t，出渣時的傾翻角度彡20°，渣鐵同出時的傾翻角度彡45°。
[0019]上述傾翻爐電鋁熱法制備釩鐵的方法中，所述的氧化釩為V2O3或V 205中的至少一種。
[0020]其中，上述傾翻爐電鋁熱法制備釩鐵的方法中，每期的配鋁量為該期單位重量氧化釩理論計算值的1.4?0.2倍，并呈階梯遞減狀，倍數比例A: B: C = 1.4?1.25:
1.0 ?0.7: 0.8 ?0.2，具體取值以(A*4+B*2+C*2)/8 = I 為準。
[0021]其中，將冶煉期數定為3期，每期氧化釩的加料重量比例定為2: I: I主要是考慮到熔池容積的大小以及實際操作方便的原因，第I期原料重量是后續兩期的2倍，待爐料熔清后有利于填充滿整個熔池，方便后續出渣工序出夠足夠數量的渣。
[0022]階梯遞減的配鋁方式，將3期配鋁倍數比例A: B: C的范圍定為1.4?1.25:
1.0?0.7: 0.8?0.2，主要是保證前兩期渣中釩含量降到0.1%?0.5%的水平，同時第3期的渣中釩含量能夠快速地降到1.5%?2.0%的水平，這樣3期爐渣的平均含釩量由傳統方法的2%降低至0.6?0.9%的水平，能減少渣中的釩損失，提高釩鐵冶煉收率2.2?
2.8個百分點。配鋁倍數具體取值以(A*4+B*2+C*2)/8 = I為準是為了保證整個冶煉過程的平均配鋁量為理論計算的I倍，而傳統平均配鋁方式的平均配鋁量為理論計算的1.4?
1.5倍，這樣每爐可節約120?150kg金屬鋁，經濟效益明顯。
[0023]每次出渣量在80%以上是為了盡量將渣倒出，減薄爐內渣層厚度，方便后續爐料的添加以及反應。錠模冷卻后得到的釩鐵產品鋁含量較低，一般在0.5%以下。
[0024]實施例1
[0025]將滿足生產要求的原料氧化釩、鋁、鐵、石灰混勻后加入到可傾翻式電弧爐中分3期進行冶煉，配鋁倍數比例A:B:C = 1.4:0.7:0.5，(A*4+B*2+C*2)/8 = 1，第I期原料:片釩(V2O5質量含量 98.0% ) 1000kg，V 2033000kg(含釩 64.1% ),配鋁 2446kg，鐵 2276kg，石灰600kg。將料混合均勻后加入爐內，二次電壓190V通電引弧，爐料化清后二次電壓選用135V。冶煉通電90min后，快速分析渣中殘釩為0.12 %，爐內理論渣量4400kg，出渣3550kg ；之后加入第2期原料:V2032000kg(含釩64.5% )，配鋁588kg，鐵1138k