中钒铁的冶炼方法 【技术领域】
本发明属于冶金领域，具体涉及中钒铁的冶炼方法。
背景技术
钒以钒铁、钒化合物及金属钒地形式广泛应用于冶金、宇航、化工等行业，钒铁是钢铁工业重要的合金添加剂，可提高钢的强度、韧性、延展性和耐热性。
目前，国内外生产中钒铁的方法主要有电硅热法及铝热还原法。
电硅热法冶炼中钒铁反应初期以FeSi75为还原剂还原钒氧化物，在精炼期以硅铝铁合金为精炼剂精炼还原，冶炼周期约为4-6h，钒冶炼回收率在96％以上，目前是中钒铁冶炼的主要方法，但该方法生产工艺复杂，冶炼周期过长，难以生产高品质钒铁。比较而然，铝热还原法冶炼周期约为1.5h，冶炼时间大大缩短，可生产高品质微碳的钒铁，但生产成本略高。
按其使用原料的不同，铝热还原法冶炼钒铁可分为V2O5铝热还原法和V2O3电铝热还原法，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。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。发明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。发明人还发现由于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，否则冶炼获得的中钒铁碳含量容易超标，影响钒铁的质量。
故采用铝热法生产中钒铁的两种方法，一种能量过剩，一种能量不足，同时熔渣的熔点较高，必须通过后续的精炼工序降低渣中的钒含量，提高钒的回收率，使工艺愈发复杂，制约了中钒铁产量的增加。因此，有必要研究一种冶炼周期短、工艺过程简单、钒冶炼回收率高的电铝热法冶炼中钒铁的方法。
【发明内容】
本发明所解决的技术问题是提供一种钒冶炼回收率高的电铝热法冶炼中钒铁的方法。具体地，采用V2O5和V2O3混合物料为原料，以电铝热法冶炼中钒铁，步骤如下：
A、配制底料和主料；
B、冶炼初期，首先加入底料进行冶炼；
C、当底料反应平稳后，再加入主料；
D、精炼。
其中，底料为铝、V2O5、铁、石灰；主料为V2O3、铝、V2O5、铁、石灰、莹石。
配制底料既要满足反应快速充分，又要维持较高的反应热，保证形成熔池。底料重量配比为：V2O5 6.5-8.5份，铝3.5-4份，石灰1.5-2份，铁2.5-3.5份。
按照金属热还原反应的理论用量以及反应热大小来确定主料间的重量配比关系：V2O520-40份、V2O3 15-40份、铝23-28份、石灰10-13份、萤石4-5份、铁30-40份。
冶炼结束后出炉，倒模，冷却，水淬合金，再经砸铁、破碎、筛分等常规处理工艺即得中钒铁成品。
本发明中钒铁的冶炼方法，先以铝粒、V2O5为底料，该反应剧烈，很快在炉膛底部形成熔池，当反应平稳后，即向炉内连续加入V2O5和V2O3为主的混合物料，如此既充分利用了反应热，无需外界供热冶炼，又简化了工艺过程，简化了工艺过程，冶炼时间缩短为1h以内，降低了炉渣的粘度，冶炼综合成本低且钒冶炼回收率高，回收率稳步提高达96％以上。
【具体实施方式】
以下通过对本发明具体实施方式的描述说明但不限制本发明。
本发明中钒铁的冶炼方法是采用V2O5和V2O3混合物料为原料，以电铝热法冶炼中钒铁，步骤如下：
A、配制底料和主料；
B、冶炼初期，首先加入底料进行冶炼；
C、当底料反应平稳后，再加入主料；
D、精炼。
底料为铝、V2O5、铁、石灰，重量配比为：V2O5 6.5-8.5份，铝3.5-4份，石灰(即CaO)1.5-2份，铁2.5-3.5份；优选V2O57.5份，铝3.85份，石灰1.75份，铁3份。
主料为V2O3、铝、V2O5、铁、石灰、莹石。所用铝、铁分别采用铝粒和铁粒，重量配比为：V2O5 20-40份、V2O3 15-40份、铝23-28份、石灰10-13份、萤石(即CaF2)4-5份、铁30-40份。
其中，主料中V2O5与V2O3的重量配比为V2O5 1-3份、V2O3 1-3份。
底料和主料中所用铝、铁分别采用铝粒和铁粒。底料中石灰可降低熔渣的初晶温度和粘度，铁与钒生成钒铁降低合金的熔点。
生产中最好将V2O3制成球团，如此处理可解决V2O3密度较小，采用粉状V2O3冶炼时挥发较严重，影响钒冶炼直收率的技术问题，球团粒度为：1mm～10mm，球团表面应疏松多孔，具有一定的强度，混料后不能粉化。
主料中加入萤石可降低炉渣的粘度及初晶温度，提高钒的冶炼回收率，莹石的加入量为铝量的10％-25％，粒度为5mm～40mm。
步骤B在冶炼初期，首先加入底料进行冶炼，利用铝热反应产热，使其在炉膛底部形成熔池，利于后续反应；
步骤D精炼时采用铝钙铁合金精炼，并下电极通电引弧保温。加入的铝钙铁合金即为精炼剂，铝钙铁合金化学成分按重量百分比计：Al 45％～60％、Ca 15％～35％、余量为铁和杂质；杂质含量控制为：C≤0.05％、Si≤0.1％、P≤0.02％、S≤0.02％、Mn≤0.2％，杂质粒度为1-3mm。铝钙铁合金粒度控制为1mm-40mm，若粒度过大，反应速度较慢，若粒度过小，烧损较大，优选其平均粒度为5-30mm的铝钙铁合金较佳。同时铝钙铁合金的用量过多会造成浪费，易增加生产成本，用量过少，则影响钒的冶炼回收率，一般铝钙铁的加入量为铝粒加入量的2％-6％；
冶炼结束后出炉，倒模，冷却，水淬合金，再经砸铁、破碎、筛分等常规处理工艺即得中钒铁成品，钒冶炼回收率高达96％以上。
实施例1
1、底料配比：75Kg V2O5、38.5Kg Al、17.5KgCaO、30KgFe，底料合计161Kg。
2、主料配比：400Kg V2O5、175Kg V2O3、265Kg铝粒、125Kg CaO、50Kg CaF2、363Kg铁粒、10Kg精炼剂铝钙铁。
其中，铝钙铁合金的化学成分按重量比为Al 55，Ca 25％，余量为铁和杂质。铝钙铁的杂质含量控制为：C≤0.05％，Si≤0.1％，P≤0.02％，S≤0.02％，Mn≤0.2％，粒度1-3mm。
3、工艺过程：首先将V2O3制团，然后以铝粒、V2O5和V2O3球团、铁、石灰、莹石为原料，采用电铝热法冶炼中钒铁。
A、冶炼初期，加入底料，用镁屑点燃或通电引弧，采用铝热反应制取中钒铁，该反应剧烈，很快在炉膛底部形成熔池，当反应平稳后，即向炉内连续加入V2O5和V2O3球团为主的主料，调整下料速度，保证炉内反应靠自热平稳进行。
B、炉料加完后，下降电极并通电引弧，加入铝钙铁合金精炼，同时通电保温约20min，提中钒铁的冶炼回收率。
C、冶炼结束后将熔渣与合金同时出炉倒入锭模，锭模冷却约30min后注水冷却，水淬合金，再经砸铁、破碎、筛分、包装获得成品。
上述炉料经冶炼后，得到品位为49.6％的FeV50合金745Kg，合金碳含量0.15％，贫渣残钒0.71％，钒冶炼回收率97.4％。
实施例2
1、底料配比：75Kg V2O5、38.5Kg Al、17.5Kg CaO、30Kg Fe，底料合计161Kg。
2、主料配比：300Kg V2O5、300Kg V2O3、260Kg铝粒、123Kg CaO、50Kg CaF2、375Kg铁粒、10Kg精炼剂铝钙铁。
其中，铝钙铁合金的化学成分按重量比为Al55％，Ca 22％，余量为铁和杂质。铝钙铁的杂质含量控制为：C≤0.05％，Si≤0.1％，P≤0.02％，S≤0.02％，Mn≤0.2％，粒度1-3mm。
3、工艺过程基本同实施例1，不同的是，在向炉内连续加入V2O5和V2O3球团混合物料时，若自热不足，需下降电极在低功率下通电引弧补充热量。炉料加完后，增大引弧电压，并加入铝钙铁合金精炼，通电保温约25min。
上述炉料经冶炼后，得到品位为50.4％的FeV50合金766Kg，合金碳含量0.16％，贫渣残钒0.81％，钒冶炼回收率96.9％。
实施例3
1、底料配比：V2O5 75Kg，Al 38.5Kg，CaO 17.5Kg，Fe 30Kg。底料合计161Kg。
2、主料配比：240Kg V2O5、360Kg V2O3、230Kg铝粒、110Kg CaO、45KgCaF2、370Kg铁粒、10Kg精炼剂铝钙铁。
其中，铝钙铁合金的化学成分按重量比为Al 50％，Ca 28％，余量为铁和杂质。铝钙铁的杂质含量控制为：C≤0.05％，Si≤0.1％，P≤0.02％，S≤0.02％，Mn≤0.2％，粒度1-3mm。
3、工艺过程基本同实施例2，同样，在向炉内连续加入V2O5和V2O3球团混合物料时，若自热不足，需下降电极在低功率下通电引弧补充热量。炉料加完后，增大引弧电压，并加入铝钙铁合金精炼，通电保温约25min。
上述炉料经冶炼后，得到品位为50.1％的FeV80合金776Kg，合金碳含量0.18％，贫渣残钒0.76％，钒冶炼回收率96.8％。
本发明技术简单易行，现场工艺流程改造方便，可行性强，应用前景广。