制备钒铁合金的方法技术

本发明专利技术公开了一种制备钒铁合金的方法，该方法包括：(1)将钒渣与还原煤和添加剂进行混合造球，以便得到混合球团；(2)将所述混合球团供给至还原焙烧装置中进行还原焙烧处理，以便得到金属化球团；(3)将所述金属化球团与五氧化二钒、铝粒和石灰混合后供给至电弧炉中进行冶炼处理，以便得到钒铁合金。该方法综合利用了钒渣中的铁替代钢屑冶炼钒铁，与现有钒铁冶炼工艺相比，综合能耗节约20％以上，铝粒消耗降低70％以上，钢屑消耗降低100％。

【技术实现步骤摘要】
制备钒铁合金的方法
本专利技术属于铁合金领域，具体而言，本专利技术涉及制备钒铁合金的方法。
技术介绍
世界上的钒约80％用于钢铁工业，主要用于生产微合金钢和低合金钢。钒对合金钢有着重要的作用，当钢中加入钒时，钢的综合性能会显著改善。钒在钢液中会与碳及氮元素形成碳化物和氮化物，以细小的第二相析出对钢起到强化作用。钒作为合金元素加入钢中能使钢的强度提高，钢的晶粒细化，消除钢的过热倾向，并可改善钢的赤热硬性、耐磨及焊接性能。钒作为合金元素常以钒铁形式加入钢中，含钒钢被广泛应用于机械制造、航空航天、建筑路桥等行业。世界上约有60％的钒是从钒渣中提取的。钒渣是指含钒铁水经转炉吹炼氧化成为富含钒氧化物以及铁氧化物的一种炉渣。钒渣是由MFe、FeO、SiO2、V2O3、TiO2、CaO、Al2O3、MgO、Cr2O3等组分构成的，其中，TFe质量含量20～45％，V质量含量以V2O5计14～25％。目前利用钒渣生产钒铁合金的流程主要分为两步：(1)五氧化二钒的生产。首先将钒渣氧化焙烧得到可溶性的钒酸盐，钒酸盐通过湿法浸出的手段可以使钒从渣相进入液相并形成含钒溶液，对含钒溶液进行沉钒和煅烧可以获得品位不低于90％的五氧化二钒。(2)冶炼钒铁。根据还原剂的不同其制备方法主要有电硅热法和铝热法，电硅热法将五氧化二钒作为原料，添加石灰、钢屑、硅铁和铝粒为原料在矿热炉内进行冶炼；而铝热法添加石灰、钢屑和铝粒为原料在电炉内进行冶炼。由此可见，现有的利用钒渣生产钒铁的冶炼工艺冗长，在降低能耗和成本方面还有很大空间可以挖掘。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种制备钒铁合金的方法，该方法综合利用了钒渣中的铁替代钢屑冶炼钒铁，与现有钒铁冶炼工艺相比，综合能耗节约20％以上，铝粒消耗降低70％以上，钢屑消耗降低100％。本申请是基于专利技术人下列发现完成的：钒作为合金元素常以钒铁形式加入钢中，由于钒的加入，可提高钢的强度，细化钢的晶粒，消除钢的过热倾向，同时可改善钢的赤热硬性、耐磨及焊接性能，因此含钒钢被广泛应用于机械制造、航空航天、建筑路桥等行业。目前世界上的钒主要从钒渣中提取，而现有利用钒渣生产钒铁合金的工艺主要是先将钒渣通过氧化焙烧、湿法浸出、沉钒和煅烧制得品位不低于90％的五氧化二钒，然后根据还原剂的不同选择电硅热法或铝热法等制得钒铁合金。也即现有钒铁冶炼工艺首先从钒渣中提钒得到V2O5产品，这个过程V的价态从三价上升到五价，然后将V2O5在电炉内直接还原到单质V，用的还原剂是昂贵的硅或者铝，这个过程V的价态从五价下降到零价，从V的价态变化可以看出，这一升一降存在大量的能量浪费。所以，现有制备钒铁合金的整个工艺过程较冗长，能耗和成本均较高。鉴于此，本申请的专利技术人通过对现有的制备钒铁合金的技术进行积极探索，旨在解决现有技术中的缺陷，以期得到工艺简单、能耗和成本较低的制备钒铁合金的工艺。为此，在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种制备钒铁合金的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：(1)将钒渣与还原煤和添加剂进行混合造球，以便得到混合球团；(2)将所述混合球团供给至还原焙烧装置中进行还原焙烧处理，以便得到金属化球团；(3)将所述金属化球团与五氧化二钒、铝粒和石灰混合后供给至电弧炉中进行冶炼处理，以便得到钒铁合金。由此，根据本专利技术实施例的制备钒铁合金的方法通过将钒渣与还原煤和添加剂进行混合造球，有利于增加钒渣与还原煤和添加剂三者之间的接触面积，使得钒渣与还原煤和添加剂三者充分接触，从而提高后续还原焙烧处理的效率。在还原焙烧装置中，钒渣中的主要成分之一钒铁尖晶石与还原煤直接发生还原反应，生成低价钒氧化物和金属铁，而钒渣中的另一主要成分铁橄榄石在添加剂的作用下与还原煤发生还原反应，生成金属铁，其中，添加剂可与铁橄榄石中的二氧化硅结合，提高铁橄榄石中氧化亚铁的活性，有利于铁的还原。在电弧炉中，经还原焙烧处理得到的金属化球团的主要成分是CaO·SiO2、Fe和V2O3，可以将其作为钒和铁的原料，根据冶炼目标的钒铁牌号，在金属化球团中加入五氧化二钒、铝粒和石灰，在电弧炉中进行冶炼处理生成钒铁合金，其中，石灰中的CaO可与铝粒中的Al2O3结合形成xCaO·yAl2O3，由此可降低Al2O3的活性，有利于金属化球团中的钒的氧化物与铝发生还原反应，生成单质钒。综上，该制备钒铁合金的方法直接将钒渣用还原煤进行预还原，得到含有低价钒氧化物和金属铁的金属化球团，这种金属化球团可以作为钒铁原料，利用现有工艺将该金属化球团与五氧化二钒、铝粒和石灰混合后在电弧炉内还原，如此不仅能节约大量的电弧炉能耗和昂贵的五氧化二钒及铝粒的消耗，而且使钒渣中的铁也得到科学利用，是一种节能减排冶炼钒铁合金的新方法。另外，根据本专利技术上述实施例的制备钒铁合金的方法还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述还原煤中的灰分不高于10wt％。由此，有利于提高钒铁合金的品位。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述添加剂为选自石灰和石灰石中的至少一种。由此，有利于铁的还原，从而进一步提高钒铁合金的品位。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，将所述钒渣与所述还原煤和所述添加剂按照质量比为100：(8～15)：(10～30)进行混合造球。由此，可进一步提高钒铁合金的品位。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(2)中，所述还原焙烧装置为回转窑、多膛炉、隧道窑或转底炉。由此，可显著提高还原焙烧处理的效率。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(2)中，所述金属化球团的金属化率不低于80％。由此，有利于减少后续冶炼处理时铝粒的用量和电弧炉的能耗。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(2)中，所述还原焙烧处理的温度为1000-1300摄氏度。由此，可进一步提高钒铁合金的品位。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(3)中，将所述金属化球团与所述五氧化二钒、所述铝粒、所述石灰按质量比100：(35～300)：(25～155)：(3～20)进行混合。由此，可进一步提高钒铁合金的品位。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(3)中，所述钒铁合金为FeV40、FeV50、FeV60或FeV80。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本专利技术一个实施例的制备钒铁合金的方法流程示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种制备钒铁合金的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：(1)将钒渣与还原煤和添加剂进行混合造球，以便得到混合球团；(2)将所述混合球团供给至还原焙烧装置中进行还原焙烧处理，以便得到金属化球团；(3)将所述金属化球团与五氧化二钒、铝粒和石灰混合后供给至电弧炉中进行冶炼处理，以便得到钒铁合金。专利技术人通过大量实验意外发现，通过将钒渣与还原本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备钒铁合金的方法，其特征在于，包括：(1)将钒渣与还原煤和添加剂进行混合造球，以便得到混合球团；(2)将所述混合球团供给至还原焙烧装置中进行还原焙烧处理，以便得到金属化球团；(3)将所述金属化球团与五氧化二钒、铝粒和石灰混合后供给至电弧炉中进行冶炼处理，以便得到钒铁合金。

【技术特征摘要】
1.一种制备钒铁合金的方法，其特征在于，包括：(1)将钒渣与还原煤和添加剂进行混合造球，以便得到混合球团；(2)将所述混合球团供给至还原焙烧装置中进行还原焙烧处理，以便得到金属化球团；(3)将所述金属化球团与五氧化二钒、铝粒和石灰混合后供给至电弧炉中进行冶炼处理，以便得到钒铁合金。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述还原煤中的灰分不高于10wt％。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述添加剂为选自石灰和石灰石中的至少一种。4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，将所述钒渣与所述还原煤和所述添加剂按照质量比为100：(8～15)：(10～30)进行混合造球。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋文臣，王静静，李红科，曹志成，薛逊，吴道洪，
申请(专利权)人：江苏省冶金设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32