一种真空还原制备钒铁的方法技术

本发明专利技术提供了一种真空还原制备钒铁的方法，所述方法包括以下步骤：(1)将钒的氧化物、碳质还原剂和铁源混合均匀后，加入粘结剂，混料造球，干燥得到球团；(2)制得的球团置于真空炉中进行还原反应；(3)经过还原反应得到的球团经熔化和铸模处理后，在惰性气体保护下进行冷却，得到钒铁产品。本发明专利技术通过对所用原料组成的调整，以钒的氧化物作为原料，采用真空还原法，在一定温度和压力下生产的钒铁合金，大大提高了钒的回收率；并且容易实现机械化生产，可以节约铝、硅铁和石灰等辅助材料，降低了生产成本。

A vacuum reduction method for preparing vanadium iron

The invention provides a vacuum reduction method produced, the method comprises the following steps: (1) the vanadium oxide, iron source and carbonaceous reducing agent are mixed evenly, adding adhesive, pelletizing, drying pellet; (2) the reduction of pellets prepared in vacuum furnace; (3) after reduction reaction obtained by melting and casting pellets after cooling under the protection of inert gas, get ferrovanadium. The present invention of the raw material composition adjustment to vanadium oxide as raw materials, using vacuum reduction, ferrovanadium production under certain temperature and pressure, greatly improve the recovery rate of vanadium; and to realize mechanization production, can save aluminum, ferrosilicon and lime as auxiliary materials, reduce production cost.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于钒冶金领域，涉及一种钒铁的制备方法，尤其涉及一种真空还原制备钒铁的方法。
技术介绍
钒铁是一种重要的合金添加剂，可改变钢材的物理特性，提高钢的强度、韧性、延展性和耐热性等，用途广泛。钒铁按牌号一般分为FeV40、FeV50和FeV80。目前，国内外生产高钒铁的方法主要有硅热法、碳热法及铝热还原法。碳热法成本较低，但产品含碳高，许多钢种无法使用。硅热法的生产成本虽然低，但难以生产高品位钒铁；并且，冶炼周期约为5～6h，相对冶炼周期较长。铝热还原法可生产高品位微碳的钒铁，按其使用原料的不同，可分为V2O5铝热还原法和V2O3电铝热还原法，冶炼周期约为1.5h，但是前者反应发热量过大，耗铝多，成本较高，且反应过程中易出现喷溅现象，严重影响钒的回收率，回收率一般约为94％。相比之下，以V2O3为原料进行铝热还原反应所消耗的铝量相应降低。理论上使用V2O3冶炼钒铁比V2O5冶炼钒铁可节约40％的铝，使成本有较大降低，这也是V2O3冶炼钒铁的最大优势，其钒回收率一般约为95％左右。专利技术人在应用过程中发现，V2O3电铝热还原法由于反应热远小于自发反应所需的热量，必须外加热源才能使该反应进行下去，整个冶炼过程都需要外界供电来补充热量，必须边通电边加料，故V2O3冶炼钒铁工艺与V2O5冶炼钒铁工艺存在明显不同。同时，专利技术人在研究过程中还发现，由于V2O3密度较小，采用粉状V2O3冶炼时挥发较严重，影响钒冶炼直收率，而且由于通电冶炼时间较长，须严格控制生产工艺条件，否则冶炼获得的高钒铁碳含量容易超标，影响钒铁的质量。CN1343794公开了一种V2O3电铝热法冶炼FeV50的方法，其原料由V2O3、铝粉、铁粒及石灰构成，工艺过程为：将V2O3、铝粉、铁粒及石灰混料后放入电炉冶炼；然后将冶炼出的合金混合物出炉分离出炉渣后进行水淬，最后进行砸铁、破碎、筛分和包装处理。该FeV50的冶炼工艺降低了产品成本，工艺过程相对简单，成品钒回收率为94.5％以上。可见，该专利也存在钒回收率不高的不足。CN101100720A公开了一种用钒酸钙冶炼钒铁的工艺，其方法是将钒酸钙、铝粉和铁质料按照一定的比例加入，通电冶炼制得钒铁合金。所述方法省去了氧化钒的生产环节，避免了氧化钒生产带来的酸性铵盐废水的问题，熔渣流动性好，但是这种方法废渣排放量大，而且需要另外加入铁粉，生产过程控制复杂。因此，研究一种钒回收率高，容易实现机械化生产，可以节约铝、硅铁、石灰等辅助材料，降低生产成本，生产过程中没有废渣产生的钒铁制备方法具有十分重要的意义。
技术实现思路
针对现在制备钒铁工艺中存在的碳含量容易超标，钒回收率低，生产过程中废渣排放量大，流程繁琐，生产成本高等问题，本专利技术提供了一种真空还原制备钒铁的方法。本专利技术通过对所用原料组成的调整，以钒的氧化物作为原料，采用真空还原法，在一定温度和压力下生产的钒铁合金，大大提高了钒的回收率；并且容易实现机械化生产，可以节约铝、硅铁和石灰等辅助材料，降低了生产成本。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供了一种真空还原制备钒铁的方法，所述方法包括以下步骤：(1)将钒的氧化物、碳质还原剂和铁源混合均匀后，加入粘结剂，混料造球，干燥得到球团；(2)步骤(1)中制得的球团置于真空炉中进行还原反应；(3)将步骤(2)中经过还原反应得到的球团经熔化和铸模处理后，在惰性气体保护下进行冷却，得到钒铁产品。以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)中所述钒的氧化物为含钒氧化物的混合物。优选地，步骤(1)中所述钒的氧化物为一氧化钒、二氧化钒、三氧化二钒、四氧化二钒或五氧化二钒中至少两种的混合物，所述组合典型但非限制性实例有：一氧化钒和二氧化钒的组合，二氧化钒和三氧化二钒的组合，四氧化二钒和五氧化二钒的组合，一氧化钒、二氧化钒和三氧化二钒的组合，三氧化二钒、四氧化二钒和五氧化二钒的组合等，进一步优选为三氧化二钒和五氧化二钒的混合物。优选地，所述三氧化二钒和五氧化二钒的混合物中三氧化二钒和五氧化二钒的质量比为1:1。本专利技术中，以含钒氧化物的混合物作为原料制备钒铁，其具有节省还原剂并且减少还原气体的作用，有利于保持真空度。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)中所述碳质还原剂为石墨、炭黑、活性炭、焦炭、石油焦、沥青、有机碳、淀粉、石蜡或糖中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：石墨和炭黑的组合，活性炭和焦炭的组合，石油焦和沥青的组合，有机碳、淀粉、石蜡和糖的组合，石墨、炭黑、活性炭和焦炭的组合，焦炭、石油焦、沥青、有机碳、淀粉、石蜡和糖的组合等，进一步优选为石墨。优选地，步骤(1)中铁源为金属铁和/或氧化铁。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)中钒的氧化物、碳质还原剂和铁源的质量比为1:(0.06～0.9):(0.1～1.0)，例如1:0.06:0.1、1:0.1:0.2、1:0.2:0.3、1:0.3:0.4、1:0.4:0.5、1:0.5:0.6、1:0.6:0.7、1:0.7:0.8、1:0.8:0.9或1:0.9:1.0等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，进一步优选为，特别优选为1:0.07:0.6。本专利技术中，所述原料配比需要根据钒的氧化物的综合价态来确定。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)中所述粘结剂为聚乙烯醇和/或淀粉胶，进一步优选为淀粉胶。优选地，步骤(1)中所述粘结剂的用量为氧化钒质量的3～6wt％，例如3wt％、3.5wt％、4wt％、4.5wt％、5wt％、5.5wt％或6wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)中将球团置于真空炉前将真空炉抽真空至真空度为8～27Pa，例如8Pa、10Pa、13Pa、15Pa、17Pa、20Pa、23Pa、25Pa或27Pa等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，步骤(2)中所述还原反应的真空度为0.03～0.05MPa，例如0.03MPa、0.035MPa、0.04MPa、0.045MPa或0.05MPa等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，进一步优选为0.04MPa。优选地，步骤(2)中所述还原反应的反应温度为1500～1700℃，例如1500℃、1550℃、1600℃、1650℃或1700℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，进一步优选为，特别优选为1600℃。本专利技术中，所述还原反应的反应温度需要控制在一个合理的范围内，若反应温度低于1500℃，会使反应速度缓慢，反应时间长，反应不完全；若反应温度高于1700℃，会使反应加剧，瞬间产生大量还原气体，钒损增加，不利于保持真空度。优选地，步骤(2)中所述还原反应的反应时间为4～6h，例如4h、4.5h、5h、5.5h或6h等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，进一步优选为5h。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(3)中所述惰性气体为氦气和/或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种真空还原制备钒铁的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将钒的氧化物、碳质还原剂和铁源混合均匀后，加入粘结剂，混料造球，干燥得到球团；(2)步骤(1)中制得的球团置于真空炉中进行还原反应；(3)将步骤(2)中经过还原反应得到的球团经熔化和铸模处理后，在惰性气体保护下进行冷却，得到钒铁产品。

【技术特征摘要】
1.一种真空还原制备钒铁的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将钒的氧化物、碳质还原剂和铁源混合均匀后，加入粘结剂，混料造球，干燥得到球团；(2)步骤(1)中制得的球团置于真空炉中进行还原反应；(3)将步骤(2)中经过还原反应得到的球团经熔化和铸模处理后，在惰性气体保护下进行冷却，得到钒铁产品。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述钒的氧化物为含钒氧化物的混合物；优选地，步骤(1)中所述钒的氧化物为一氧化钒、二氧化钒、三氧化二钒、四氧化二钒或五氧化二钒中至少两种的混合物，进一步优选为三氧化二钒和五氧化二钒的混合物；优选地，所述三氧化二钒和五氧化二钒的混合物中三氧化二钒和五氧化二钒的质量比为1:1。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述碳质还原剂为石墨、炭黑、活性炭、焦炭、石油焦、沥青、有机碳、淀粉、石蜡或糖中任意一种或至少两种的组合，进一步优选为石墨；优选地，步骤(1)中铁源为金属铁和/或氧化铁。4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中钒的氧化物、碳质还原剂和铁源的质量比为1:(0.06～0.9):(0.1～1.0)，进一步优选为，特别优选为1:0.07:0.6。5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述粘结剂为聚乙烯醇和/或淀粉胶，进一步优选为淀粉胶；优选地，步骤(1)中所述粘结剂的用量为氧化钒质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兰杰，李九江，周冰晶，陈东辉，白瑞国，杨丽丽，
申请(专利权)人：河钢股份有限公司承德分公司，
类型：发明
国别省市：河北;13