缩短冶炼钒铁时间的方法

摘要

本发明涉及缩短冶炼钒铁时间的方法，属于钒冶金技术领域。本发明。本发明冶炼钒铁的方法将三氧化二钒、含钒尘泥、石灰按照一定配比进行混合制备成混合料；加水制备成湿物料，经成型制备成湿团粒；对湿团粒进行干燥，获得冷固结熔剂型含钒球团；将干燥后的冷固结熔剂型含钒球团与片钒、铝粒、铁屑、石灰加入钒铁炉内进行通电冶炼获得钒铁合金。本发明在不改变后续常规搅拌方法的前提下，可达到缩短冶炼时间的目的，而且产品质量不受影响，而且减少了加料过程和冶炼过程现场环境中的扬尘的效果。

权利要求

1.缩短冶炼钒铁时间的方法，其特征在于包括如下步骤：a、将三氧化二钒、含钒尘泥、石灰按照一定配比进行混合制备成混合料；所述三氧化二钒、含钒尘泥、石灰的质量比为2～104：22～56：5～15；所述三氧化二钒比表面积为1000～

2 2 2

4000cm/g；含钒尘泥比表面积为500～3000cm/g；石灰比表面积为1000～5000cm/g；

b、对步骤a中所得混合料加水制备成湿物料，经成型制备成湿团粒；

c、对步骤b中所得湿团粒进行干燥，获得冷固结熔剂型含钒球团；所述冷固结熔剂型含3

钒球团残余水分小于0.05％，密度为3.1～3.4g/cm；

d、将干燥后的冷固结熔剂型含钒球团与片钒、铝粒、铁屑、石灰加入钒铁炉内进行通电冶炼；

e、冶炼结束后静置冷却，渣金分离获得钒铁合金和炉渣。

2.根据权利要求1所述的缩短冶炼钒铁时间的方法，其特征在于：以重量分数计步骤d所述冷固结熔剂型球团占其余基准物料总量的2～20％。

3.根据权利要求1所述的缩短冶炼钒铁时间的方法，其特征在于：步骤b所述加水量为混合料总量的4～7％；湿团粒粒度控制在0.5～25mm。

4.根据权利要求1所述的缩短冶炼钒铁时间的方法，其特征在于：步骤c烘干温度为100～300℃，干燥时间2～8h。

5.根据权利要求1所述的缩短冶炼钒铁时间的方法，其特征在于：步骤d按照质量比进行配料，片钒：铝粒：铁屑：石灰＝800～1000：386～502：83～103：69～95。

6.根据权利要求1所述的缩短冶炼钒铁时间的方法，其特征在于：步骤d中所述石灰的粒度控制在5～40mm。

7.根据权利要求1所述的缩短冶炼钒铁时间的方法，其特征在于：步骤d中所述冷固结熔剂型含钒球团的入炉冶炼方式为单独作为铺底料加入、随基准物料一起加入但是不与其混合或与基准物料混合后一起加入。

说明书

缩短冶炼钒铁时间的方法

技术领域

[0001] 本发明属于钒冶金技术领域，具体涉及缩短冶炼钒铁时间的方法。

背景技术

[0002] 钒铁合金充当合金添加剂来改善钢铁产品的质量，主要用于含钒合金钢、铸铁的生产制造。钒铁的制备原理为：利用还原剂对含钒氧化物实施还原，在高温熔化状态下与铁
质原料互相固溶得到，一般在电弧炉中进行冶炼。根据还原剂的不同分为电铝热法和电硅
热法，电炉起到提供反应所需额外能量的作用，其中电铝热法由于冶炼周期短，能够得到含
钒品位高的钒铁而得到越来越广泛的应用

[0003] 冶炼钒铁的钒氧化物主要有片钒和粉钒。粉钒尽管钒含量较高，但是三氧化二钒的熔点很高，粉末粒度很细，堆密度小，冶炼过程还原效果不稳定、不够彻底，无搅拌装置的
钒铁炉内物料的传质动力学条件更差，容易造成渣中钒损高，需要延长通电时间才能达到
结束冶炼的目标残钒值。而且粉末状物料容易产生无组织排放的扬尘，洒料、漏料也很常
见，对现场环境不友好。虽然当前已有钒铁冶炼厂家采用将含钒物料进行物理造块然后加
入钒铁冶炼炉进行冶炼，但是这种物理造块制备的团粒状含钒物料主要组成是三氧化二
钒，熔点较高，干燥后的团粒加入炉内后首先吸收热量然后从边缘向中部逐渐熔化、溶解、
还原，需要延长通电时间才能获得良好的冶炼指标。

[0004] 随着国家对环保和循环经济的重视程度越来越高，根据原料特性、冶炼需求来改造炉料状态、优化炉料结构一直是推动冶炼技术进步的一个重要的发展方向之一。然而目
前的钒铁冶炼依然存在冶炼过程中粉状物料飞扬及漂浮在炉渣表层，从而无法实现无粉料
或者少粉料的高效冶炼。

发明内容

[0005] 为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供冶炼钒铁的方法，包括如下步骤：

[0006] a、将三氧化二钒、含钒尘泥、石灰按照一定配比进行混合制备成混合料；

[0007] b、对步骤a中所得混合料加水制备成湿物料，经成型制备成湿团粒；

[0008] c、对步骤b中所得湿团粒进行干燥，获得冷固结熔剂型含钒球团；

[0009] d、将干燥后的冷固结熔剂型含钒球团与片钒、铝粒、铁屑、石灰加入钒铁炉内进行通电冶炼；

[0010] e、冶炼结束后静置冷却，渣金分离获得钒铁合金和炉渣。

[0011] 其中，步骤a中三氧化二钒、含钒尘泥、石灰的质量比为2～104:22～56:5～15。其中，以重量分数计步骤d冷固结熔剂型球团占其余基准物料总量的2～20％。

[0012] 其中，步骤a中三氧化二钒比表面积为1000～4000cm2/g。

[0013] 其中，步骤a中含钒尘泥比表面积为500～3000cm2/g。

[0014] 其中，步骤a中石灰比表面积为1000～5000cm2/g。

[0015] 其中，步骤b加水量为混合料总量的4～7％

[0016] 其中，步骤b中湿团粒粒粒度制在0.5～25mm。

[0017] 其中，步骤c中冷固结熔剂型含钒球团残余水分小于0.05％，密度为3.1～3.4g/3
cm。

[0018] 具体的，步骤c烘干温度为100～300℃，干燥时间2～8h。

[0019] 其中，步骤d按照质量比进行配料，片钒：铝粒：铁粒：石灰＝800～1000：386～502：83～103：69～95。

[0020] 其中，步骤d中冷固结熔剂型含钒球团的入炉冶炼方式为单独作为铺底料加入、随基准物料一起加入但是不与其混合或与基准物料混合后一起加入。

[0021] 本发明的有益效果：

[0022] (1)本发明在以片钒和粉钒为原料钒铁冶炼的过程中，将粉钒、含钒尘泥、石灰制成冷固结熔剂型含钒球团，球团加入炉内后能快速熔化，加速还原和造渣，在不改变后续常
规搅拌方法的前提下，可达到缩短冶炼时间的目的，而且产品质量不受影响，减少了加料过
程和冶炼过程现场环境中的扬尘的效果；

[0023] (2)本发明可对多钒酸铵生产氧化钒过程和钒铁冶炼过程除尘装置回收的含钒尘泥进行回收利用，与三氧化钒和石灰进行配料、混合、造球，具有很高的环保价值和经济价
值，可以实现环境污染最小化，钒资源利用最大化；

[0024] (3)冶炼过程片钒还原初期放热量巨大，本发明冷固结熔剂型含钒球团可以作为一种冷却剂，起到吸收炉内富余热量的效果，减少物料中片钒融化后的钒氧化物的挥发损
失，钒收率能提高0.1～0.5个百分点；

[0025] (4)本发明能实现不同粒度大小的石灰的分级利用，即细颗粒的石灰用于制备熔剂型球团，粗颗粒石灰作为造渣剂直接入炉，对熔剂实现分步添加有助于改善造渣效果，能
灵活地调整渣系成分，同时也降低了细粒级石灰在加料时进入空气形成颗粒物污染的可能
性。

具体实施方式

[0026] 当前改善炉内反应动力学条件手段主要集中于在熔池形成后的惰性气体喷吹搅拌、渣金同出卷混自搅拌，本发明提出一种全新的改造炉料状态、优化炉料结构的方法，通
过对高熔点初始入炉物料的熔化、溶解进程的控制来实现。本发明入炉前先制备冷固结熔
剂型含钒球团，再与其他原料入炉冶炼，可使含钒物料更加快速地熔化和参与铝热反应。本
发明将这种新的炉料结构赋予一定的冶金功能，在保留其他优势的同时，可进一步缩短冶
炼时间，提高冶炼效率。

[0027] 具体的，本发明提供冶炼钒铁的方法，包括如下步骤：

[0028] a、将三氧化二钒、含钒尘泥、石灰按照一定配比进行混合制备成混合料；

[0029] b、对步骤a中所得混合料加水制备成湿物料，经成型制备成湿团粒；

[0030] c、对步骤b中所得湿团粒进行干燥，获得冷固结熔剂型含钒球团；

[0031] d、将干燥后的冷固结熔剂型含钒球团与片钒、铝粒、铁屑、石灰加入钒铁炉内进行通电冶炼；

[0032] e、冶炼结束后静置冷却，渣金分离获得钒铁合金和炉渣。

[0033] 本发明优化了团粒状含钒物料的成分，添加了氧化钙，起到了助熔效果，同时根据物料的冷态基础性质、脱模效果和球团强度多方面的综合考虑，通过大量实验，优选地，步
骤a中三氧化二钒：含钒尘泥：石灰质量比为2～104:22～56:5～15。

[0034] 冷固结熔剂型含钒球团的用量可根据实际生产需求进行调整，本发明通过大量实验发现，冷固结熔剂型球团占其余基准物料总量的2～20％均能取得较好的效果。

[0035] 作为一种具体的实施方式，本发明采用粉状三氧化二钒，比表面积可为1000～2
4000cm/g，其成分以重量分数计V2O3含量80～90％，V2O5含量10～20％。

[0036] 本发明含钒尘泥是指钒工业生产过程通过干法或者湿法获得的细颗粒粉尘回收料。作为一种具体的实施方式，本发明含钒尘泥可为氧化钒生产过程产生的除尘灰或钒铁
2
冶炼所得除尘灰中的一种或两者的混合料，比表面积可为500～3000cm /g，成分以重量分
数计V元素含量5～50％，其余组分为CaO、Al2O3、MgO等杂质。

[0037] 步骤b制备湿物料时保证手抓一把物料后紧握能保持团状，轻微搅动就能散开。作为优选的，加水量为混合料总量的4～7％。

[0038] 步骤b的成型设备可以考虑压缩成型、挤出成型和滚动成型三大类，由于物料本身具有一定粘性，通常通过滚动、挤出、压缩等手段使得物料具有一定形状和强度，采用的设
备由于模具和成型方式不同，获得的物料形状也有不同，可以为圆柱型、飞碟状、椭球型、球
型等等。通常情况下，湿团粒控制筛后粒度在0.5cm之下的粉状筛下物料占比仅为0～5％，
粘附于设备未能聚集成型的物料质量百分比为总物料的1～10％，即符合要求。作为优选
的，步骤b湿团粒粒度控制在0.5～25mm。

[0039] 步骤c中干燥方式可在锭模烘烤过程一起进行烘干脱除水分，具体的，烘干温度为100～300℃，干燥时间2～8h。具体可以将湿球团随着炉衬一起烘烤干燥，冷固结熔剂型含
钒球团在干燥过程中还能继续提高强度，一方面是水分的蒸发带来毛细管的收缩和球团的
紧密，另一方面是烘干过程煤气燃烧产物CO2与球团表层物料中游离的CaO反应形成少量网
状碳酸钙晶须，这种自然矿化过程有利于球团固结，烘干温度小于碳酸钙分解温度(约530
℃)，因此选择在炉衬烘烤过程中高CO2含量环境下进行干燥。

[0040] 冶炼过程中为了减少喷溅、放炮、扬尘等现象，希望入炉物料中水分越低越好，密度越高越好。因此，考虑干燥限度和压球强度限度，优选地，冷固结熔剂型含钒球团残余水
3
分小于0.05％，密度为3.1～3.4g/cm。

[0041] 本发明片钒、铝粒、铁屑、石灰等入炉前按照钒铁牌号化学成分约束和渣系成分约束的要求进行配料，配料后得到混合料并进行混匀。作为优选的，按照质量比进行配料，片
钒：铝粒：铁粒：石灰＝800～1000：386～502：83～103：69～95。

[0042] 本发明关于石灰的选用，细颗粒的石灰用于制备熔剂型球团，粗颗粒石灰作为造渣剂直接入炉。步骤d优选粗颗粒石灰，石灰的粒度以5～40mm为宜，活性度为310～380mL，
活性石灰表面大量孔洞及裂纹的存在，有利于熔渣向石灰内部的渗透，降低还原产物Al2O3
的活度，有助于反应向右进行。

[0043] 以下通过实施例对本发明作进一步的解释和说明。

[0044] 实施例1

[0045] 将含钒粉料(粉状三氧化二钒、含钒尘泥等)、石灰按照一定配比进行混合制备成2
混合料，其中含钒尘泥为钒铁所得除尘灰，比表面积为500～3000cm/g，成分为V元素含量
5％，其余组分为CaO、Al2O3、MgO等杂质。根据质量比按照三氧化二钒：含钒尘泥：石灰＝2:
22:5进行配料，通过挤出成型的方式获得圆柱状湿团粒，经过筛分检验发现粒度在0.5cm之
下的粉状筛下物料占比仅为2.5％，粘附于设备未能聚集成型的物料质量百分比为总物料
的5.5％。烘干温度为100～300℃，干燥时间2h，球团块因脱水而失重5％，干燥后的球团块
3
中残余水分小于0.05％，球团块密度约3.1g/cm。

[0046] 优选基准物料即片钒800kg，铝粒386kg，铁粒83kg，石灰69kg，在基准物料的基础上，外加冷固结熔剂型球团267.6kg，在加料过程中加入作为冷却剂，能缩短冶炼时间
10min，获得的合金产品质量合格，减少了现场扬尘。同时，钒收率能提高0.1个百分点。

[0047] 实施例2

[0048] 将含钒粉料(粉状三氧化二钒、含钒尘泥等)、石灰按照一定配比进行混合制备成2
混合料，其中含钒尘泥为多钒酸铵还原过程产生的除尘灰，比表面积为500～3000cm/g，成
分为V元素含量50％，其余组分为CaO、Al2O3、MgO等杂质。根据质量比按照三氧化二钒：含钒
尘泥：石灰＝104:56:15进行配料，通过滚动成型的方式获得球型湿团粒，经过筛分检验发
现粒度在0.5cm之下的粉状筛下物料占比仅为5％，粘附于设备未能聚集成型的物料质量百
分比为总物料的10％。烘干温度为100～300℃，干燥时间5h，球团块因脱水而失重10％，干
3
燥后的球团块中残余水分小于0.05％，球团块密度约3.4g/cm。

[0049] 优选基准物料即片钒1000kg，铝粒(粉)502kg，铁粒103kg，石灰95kg，在基准物料的基础上，外加冷固结熔剂型球团170kg，在加料过程中加入作为冷却剂，能缩短冶炼时间
15min，获得的合金产品质量合格，减少了现场扬尘。同时，钒收率能提高0.5个百分点。

[0050] 实施例3

[0051] 将含钒粉料(粉状三氧化二钒、含钒尘泥等)、石灰按照一定配比进行混合制备成混合料，其中含钒尘泥为多钒酸铵还原过程产生的除尘灰与钒铁所得除尘灰的混合物，比
2
表面积为500～3000cm/g，成分为V元素含量27.5％，其余组分为CaO、Al2O3、MgO等杂质。根
据质量比按照三氧化二钒：含钒尘泥：石灰＝52:39:10进行配料，通过滚动成型的方式获得
球型湿团粒，经过筛分检验发现粒度在0.5cm之下的粉状筛下物料占比仅为2.5％，粘附于
设备未能聚集成型的物料质量百分比为总物料的1％。烘干温度为100～300℃，干燥时间
5h，球团块因脱水而失重10％，干燥后的球团块中残余水分小于0.05％，球团快密度约
3
3.1g/cm。

[0052] 优选基准物料即片钒900kg，铝粒444kg，铁粒93kg，石灰82kg，在基准物料的基础上，外加冷固结熔剂型球团151.9kg，在加料过程中加入作为冷却剂，能缩短冶炼时间
15min，获得的合金产品质量合格，减少了现场扬尘。同时，钒收率能提高0.1个百分点。

[0053] 本发明在实验室进行了含钒物料、含钒球团的冷态基础特性(粒度、比表面积、亲水性)、热态基础特性(熔点、流动性)，并进行了氧化钙与钒氧化物的扩散偶实验和干燥混
合料的热重分析，发现冷固结熔剂型球团的熔点要比不加CaO的非熔剂型含钒球团要低50
～500℃，流动性也更好，结合扩散实验、相图等辅助手段可为上述实施例提供基础支撑。

[0054] 以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这
些简单变型均属于本发明的保护范围。

[0055] 另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可
能的组合方式不再另行说明。

[0056] 此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。