本發(fā)明屬于鐵合金領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及制備釩鐵合金的方法。
背景技術(shù)：
世界上的釩約80％用于鋼鐵工業(yè)，主要用于生產(chǎn)微合金鋼和低合金鋼。釩對合金鋼有著重要的作用，當(dāng)鋼中加入釩時，鋼的綜合性能會顯著改善。釩在鋼液中會與碳及氮元素形成碳化物和氮化物，以細(xì)小的第二相析出對鋼起到強(qiáng)化作用。釩作為合金元素加入鋼中能使鋼的強(qiáng)度提高，鋼的晶粒細(xì)化，消除鋼的過熱傾向，并可改善鋼的赤熱硬性、耐磨及焊接性能。釩作為合金元素常以釩鐵形式加入鋼中，含釩鋼被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、航空航天、建筑路橋等行業(yè)。
目前生產(chǎn)釩鐵合金的方法根據(jù)還原劑的不同其制備方法主要分為電硅熱法、鋁熱法和電鋁熱法。電硅熱法主要以五氧化二釩添加石灰、鋼屑、硅鐵和鋁粒為原料進(jìn)行冶煉，鋁熱法和電鋁熱法主要以五氧化二釩添加石灰、鋼屑和鋁粒為原料進(jìn)行冶煉。硅的還原性能較金屬鋁差，對含釩原料、渣系組成以及產(chǎn)品牌號有一定的要求，同時釩收率相對較低，其應(yīng)用范圍遠(yuǎn)不如鋁熱還原工藝。鋁熱還原具有還原能力強(qiáng)、釩收率高等特點(diǎn)，但由于金屬鋁的價格相對較高，且釩鐵產(chǎn)品市場價格波動較大，導(dǎo)致鋁熱法冶煉釩鐵的經(jīng)濟(jì)效益得不到有效地保障。
由此，現(xiàn)有的釩鐵冶煉技術(shù)在降低能耗和成本方面還有很大空間可以挖掘。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種制備釩鐵合金的方法。該方法將五氧化二釩進(jìn)行分級還原，再利用現(xiàn)有工藝在電石爐中冶煉，與現(xiàn)有釩鐵冶煉工藝相比，綜合能耗節(jié)約12％以上，鋁粒消耗降低70％以上。
本申請是基于發(fā)明人下列發(fā)現(xiàn)完成的：釩作為合金元素常以釩鐵形式加入鋼中，由于釩的加入，可提高鋼的強(qiáng)度，細(xì)化鋼的晶粒，消除鋼的過熱傾向，同時可改善鋼的赤熱硬性、耐磨及焊接性能，因此含釩鋼被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、航空航天、建筑路橋等行業(yè)。目前生產(chǎn)釩鐵合金的方法根據(jù)還原劑的不同有電硅熱法、鋁熱法和電鋁熱法。電硅熱法因硅的還原性能較金屬鋁差，同時釩收率相對較低等因素，其應(yīng)用范圍遠(yuǎn)不如鋁熱法和電鋁熱法。鋁熱法和電鋁熱法主要以五氧化二釩添加石灰、鋼屑和鋁粒為原料進(jìn)行冶煉，具有還原能力強(qiáng)、釩收率高等特點(diǎn)，但由于金屬鋁的價格相對較高，且釩鐵產(chǎn)品市場價格波動較大，導(dǎo)致鋁熱法冶煉釩鐵的經(jīng)濟(jì)效益得不到有效地保障。鑒于此，本申請的發(fā)明人通過對現(xiàn)有的制備釩鐵合金的技術(shù)進(jìn)行積極探索，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，以期得到工藝簡單、能耗和成本較低的制備釩鐵合金的工藝。
為此，在本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提出了一種制備釩鐵合金的方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該方法包括：(1)將五氧化二釩與中低階煤進(jìn)行混合造球，以便得到混合球團(tuán)；(2)將所述混合球團(tuán)供給至還原焙燒裝置中進(jìn)行還原焙燒處理，以便得到含有低價釩氧化物的混合物；(3)將所述含有低價釩氧化物的混合物與鋼屑、鋁粒和石灰混合后供給至電石爐中進(jìn)行冶煉處理，以便得到釩鐵合金。
由此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制備釩鐵合金的方法通過將五氧化二釩與中低階煤進(jìn)行混合造球，有利于增加五氧化二釩和中低階煤的接觸面積，使得五氧化二釩與中低階煤接觸充分，從而提高后續(xù)混合球團(tuán)的還原焙燒處理效率，降低還原焙燒處理的能耗。混合球團(tuán)在還原焙燒裝置中進(jìn)行還原焙燒處理，利用廉價的中低階煤在低溫還原五氧化二釩中絕大多數(shù)的氧，得到低價釩氧化物的混合物(主要為一氧化釩、三氧化二釩和二氧化釩的混合物)，有利于減少后續(xù)電石爐冶煉過程中大量的鋁粒原料投入，降低生產(chǎn)成本。同時，通過對五氧化二釩進(jìn)行預(yù)還原，有利于降低后續(xù)電石爐的能耗。
另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的制備釩鐵合金的方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征：
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在步驟(1)中，所述中低階煤中的灰分不高于10wt％。由此，有利于提高釩鐵合金的品位。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在步驟(1)中，將所述五氧化二釩與所述中低階煤按照質(zhì)量比為100：(7～20)進(jìn)行混合造球。由此，可進(jìn)一步提高釩鐵合金的品位。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在步驟(2)中，所述還原焙燒裝置為回轉(zhuǎn)窯、多膛爐、隧道窯或轉(zhuǎn)底爐。由此，可顯著提高還原焙燒處理的效率。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在步驟(2)中，所述還原焙燒處理的溫度為600-650攝氏度。由此，可進(jìn)一步提高釩鐵合金的品位。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在步驟(3)中，將所述含有低價釩氧化物的混合物與所述鋼屑、所述鋁粒、所述石灰按質(zhì)量比100：(10～100)：(55～90)：(7～12)進(jìn)行混合。由此，可進(jìn)一步提高釩鐵合金的品位。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在步驟(3)中，所述釩鐵合金為FeV40、FeV50、FeV60或FeV80。
本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
附圖說明
本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：
圖1是是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的制備釩鐵合金的方法流程示意圖。
具體實(shí)施方式
下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
在本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提出了一種制備釩鐵合金的方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該方法包括：(1)將五氧化二釩與中低階煤進(jìn)行混合造球，以便得到混合球團(tuán)；(2)將混合球團(tuán)供給至還原焙燒裝置中進(jìn)行還原焙燒處理，以便得到含有低價釩氧化物的混合物；(3)將含有低價釩氧化物的混合物與鋼屑、鋁粒和石灰混合后供給至電石爐中進(jìn)行冶煉處理，以便得到釩鐵合金。發(fā)明人通過大量實(shí)驗(yàn)意外發(fā)現(xiàn)，通過將五氧化二釩與中低階煤進(jìn)行混合造球，有利于增加五氧化二釩和中低階煤的接觸面積，使得五氧化二釩與中低階煤接觸充分，從而提高后續(xù)混合球團(tuán)的還原焙燒處理效率，降低還原焙燒處理的能耗?；旌锨驁F(tuán)在還原焙燒裝置中進(jìn)行還原焙燒處理，利用廉價的中低階煤在低溫還原五氧化二釩中絕大多數(shù)的氧，得到低價釩氧化物的混合物(主要為一氧化釩、三氧化二釩和二氧化釩的混合物)，有利于減少后續(xù)電石爐冶煉過程中大量的鋁粒原料投入，降低生產(chǎn)成本。同時，通過對五氧化二釩進(jìn)行預(yù)還原，有利于降低后續(xù)電石爐的能耗。
下面參考圖1對本發(fā)明實(shí)施例的制備釩鐵合金的方法進(jìn)行詳細(xì)描述。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該方法包括：
S100：將五氧化二釩與中低階煤進(jìn)行混合造球
該步驟中，將五氧化二釩與中低階煤進(jìn)行混合造球，以便得到混合球團(tuán)。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過將五氧化二釩與中低階煤進(jìn)行混合造球，有利于增加五氧化二釩和中低階煤的接觸面積，使得五氧化二釩與中低階煤接觸充分，從而提高后續(xù)混合球團(tuán)的還原焙燒處理效率，降低還原焙燒處理的能耗。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，中低階煤中的灰分并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的一個具體實(shí)施例，中低階煤中的灰分可以不高于10wt％。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，灰分過高會導(dǎo)致最終所得釩鐵合金中的雜質(zhì)含量過高，從而影響釩鐵合金的品位。
根據(jù)本發(fā)明的再一個實(shí)施例，五氧化二釩與中低階煤的質(zhì)量比并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的一個具體實(shí)施例，五氧化二釩與中低階煤可以按照質(zhì)量比為100：(7～20)進(jìn)行混合造球。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)中低階煤用量過低時，會導(dǎo)致后續(xù)冶煉處理中五氧化二釩還原不充分，且在后續(xù)冶煉處理時電石爐將消耗更多的鋁粒和電能，不利于節(jié)能和節(jié)約成本；當(dāng)中低階煤用量過高時，在冶煉處理過程中會產(chǎn)生過剩碳，導(dǎo)致最終釩鐵合金中碳含量過高，從而影響釩鐵合金的品位。
S200：將混合球團(tuán)供給至還原焙燒裝置中進(jìn)行還原焙燒處理
該步驟中，將混合球團(tuán)供給至還原焙燒裝置中進(jìn)行還原焙燒處理，以便得到含有低價釩氧化物的混合物。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，混合球團(tuán)在還原焙燒裝置中進(jìn)行還原焙燒處理，利用廉價的中低階煤在低溫還原五氧化二釩中絕大多數(shù)的氧，得到低價釩氧化物的混合物(主要為一氧化釩、三氧化二釩和二氧化釩的混合物)，有利于減少后續(xù)電石爐冶煉過程中大量的鋁粒原料投入，降低生產(chǎn)成本。同時，通過對五氧化二釩進(jìn)行預(yù)還原，有利于降低后續(xù)電石爐的能耗。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，還原焙燒裝置并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的一個具體實(shí)施例，還原焙燒裝置可以為回轉(zhuǎn)窯、多膛爐、隧道窯或轉(zhuǎn)底爐。由此，可顯著提高還原焙燒處理的效率。
根據(jù)本發(fā)明的再一個實(shí)施例，還原焙燒處理的溫度并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的一個具體實(shí)施例，還原焙燒處理的溫度可以為600-650攝氏度。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，還原焙燒處理的溫度過低時還原效果差，而溫度過高時五氧化二釩出現(xiàn)熔化，會影響還原反應(yīng)的動力學(xué)條件，不利于還原焙燒裝置中還原反應(yīng)的進(jìn)行。
S300：將含有低價釩氧化物的混合物與鋼屑、鋁粒和石灰混合后供給至電石爐中進(jìn)行冶煉處理
該步驟中，將含有低價釩氧化物的混合物與鋼屑、鋁粒和石灰混合后供給至電石爐中進(jìn)行冶煉處理，以便得到釩鐵合金。由此，有利于降低綜合電石爐能耗和鋁粒消耗。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，含有低價釩氧化物的混合物與鋼屑、鋁粒、石灰的質(zhì)量比并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的一個具體實(shí)施例，含有低價釩氧化物的混合物與鋼屑、鋁粒、石灰可以按質(zhì)量比100：(10～100)：(55～90)：(7～12)進(jìn)行混合。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，鋼屑的質(zhì)量多少要參考最終目標(biāo)產(chǎn)品釩鐵合金的牌號來定，例如冶煉FeV80所需外配的鋼屑的質(zhì)量最多，而冶煉FeV40所需的鋼屑的質(zhì)量最少。鋁粒和石灰的質(zhì)量也隨著鋼屑的配入量正比例變化。
根據(jù)本發(fā)明的再一個實(shí)施例，釩鐵合金可以為FeV40、FeV50、FeV60或FeV80。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制備釩鐵合金的方法通過將五氧化二釩與中低階煤進(jìn)行混合造球，有利于增加五氧化二釩和中低階煤的接觸面積，使得五氧化二釩與中低階煤接觸充分，從而提高后續(xù)混合球團(tuán)的還原焙燒處理效率，降低還原焙燒處理的能耗?；旌锨驁F(tuán)在還原焙燒裝置中進(jìn)行還原焙燒處理，利用廉價的中低階煤在低溫還原五氧化二釩中絕大多數(shù)的氧，得到低價釩氧化物的混合物(主要為一氧化釩、三氧化二釩和二氧化釩的混合物)，有利于減少后續(xù)電石爐冶煉過程中大量的鋁粒原料投入，降低生產(chǎn)成本。同時，通過對五氧化二釩進(jìn)行預(yù)還原，有利于降低后續(xù)電石爐的能耗。
下面參考具體實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行描述，需要說明的是，這些實(shí)施例僅僅是描述性的，而不以任何方式限制本發(fā)明。
實(shí)施例1
將五氧化二釩(V2O5品位95％)與中低階煤(褐煤，灰分小于10％)按照質(zhì)量比100：7進(jìn)行配料、混合和造球，得到混合球團(tuán)；將上述混合球團(tuán)供給至還原焙燒裝置(轉(zhuǎn)底爐)中進(jìn)行還原焙燒處理，還原焙燒處理的溫度為600攝氏度，得到含有低價釩氧化物的混合物，物相分析得出該含有低價釩氧化物的混合物主要為一氧化釩、三氧化二釩和二氧化釩的混合物；將上述含有低價釩氧化物的混合物與鋼屑、鋁粒和石灰按質(zhì)量比100：10：55：7進(jìn)行配料混合，混合后供給至電石爐中進(jìn)行冶煉處理，得到釩鐵合金。
經(jīng)檢測，所得釩鐵合金中V的質(zhì)量百分含量為82.43wt％，雜質(zhì)Al的質(zhì)量百分含量為1.94wt％，雜質(zhì)C的質(zhì)量百分含量為0.14wt％，雜質(zhì)Si的質(zhì)量百分含量為1.24wt％，符合FeV80的牌號要求。與現(xiàn)有釩鐵冶煉工藝相比，綜合能耗節(jié)約15％，鋁粒消耗降低70％。
實(shí)施例2
將五氧化二釩(V2O5品位95％)與中低階煤(煙煤，灰分小于10％)按照質(zhì)量比100：11進(jìn)行配料、混合和造球，得到混合球團(tuán)；將上述混合球團(tuán)供給至還原焙燒裝置(回轉(zhuǎn)窯)中進(jìn)行還原焙燒處理，還原焙燒處理的溫度為620攝氏度，得到含有低價釩氧化物的混合物，物相分析得出該含有低價釩氧化物的混合物主要為一氧化釩、三氧化二釩和二氧化釩的混合物；將上述含有低價釩氧化物的混合物與鋼屑、鋁粒和石灰按質(zhì)量比100：100：70：9進(jìn)行配料混合，混合后供給至電石爐中進(jìn)行冶煉處理，得到釩鐵合金。
經(jīng)檢測，所得釩鐵合金中V的質(zhì)量百分含量為42.47wt％，雜質(zhì)Al的質(zhì)量百分含量為1.5wt％，雜質(zhì)C的質(zhì)量百分含量為0.55wt％，雜質(zhì)Si的質(zhì)量百分含量為1.54wt％，符合FeV40的牌號要求。與現(xiàn)有釩鐵冶煉工藝相比，綜合能耗節(jié)約12％，鋁粒消耗降低75％。
實(shí)施例3
將五氧化二釩(V2O5品位95％)與中低階煤(褐煤，灰分小于10％)按照質(zhì)量比100：7進(jìn)行配料、混合和造球，得到混合球團(tuán)；將上述混合球團(tuán)供給至還原焙燒裝置(隧道窯)中進(jìn)行還原焙燒處理，還原焙燒處理的溫度為630攝氏度，得到含有低價釩氧化物的混合物，物相分析得出該含有低價釩氧化物的混合物主要為一氧化釩、三氧化二釩和二氧化釩的混合物；將上述含有低價釩氧化物的混合物與鋼屑、鋁粒和石灰按質(zhì)量比100：70：90：10進(jìn)行配料混合，混合后供給至電石爐中進(jìn)行冶煉處理，得到釩鐵合金。
經(jīng)檢測，所得釩鐵合金中V的質(zhì)量百分含量為51.78wt％，雜質(zhì)Al的質(zhì)量百分含量為1.34wt％，雜質(zhì)C的質(zhì)量百分含量為0.54wt％，雜質(zhì)Si的質(zhì)量百分含量為1.44wt％，符合FeV50的牌號要求。與現(xiàn)有釩鐵冶煉工藝相比，綜合能耗節(jié)約17％，鋁粒消耗降低80％。
實(shí)施例4
將五氧化二釩(V2O5品位95％)與中低階煤(煙煤，灰分小于10％)按照質(zhì)量比100：20進(jìn)行配料、混合和造球，得到混合球團(tuán)；將上述混合球團(tuán)供給至還原焙燒裝置(轉(zhuǎn)底爐)中進(jìn)行還原焙燒處理，還原焙燒處理的溫度為650攝氏度，得到含有低價釩氧化物的混合物，物相分析得出該含有低價釩氧化物的混合物主要為一氧化釩、三氧化二釩和二氧化釩的混合物；將上述含有低價釩氧化物的混合物與鋼屑、鋁粒和石灰按質(zhì)量比100：80：90：12進(jìn)行配料混合，混合后供給至電石爐中進(jìn)行冶煉處理，得到釩鐵合金。
經(jīng)檢測，所得釩鐵合金中V的質(zhì)量百分含量為62.61wt％，雜質(zhì)Al的質(zhì)量百分含量為1.86wt％，雜質(zhì)C的質(zhì)量百分含量為0.59wt％，雜質(zhì)Si的質(zhì)量百分含量為1.38wt％，符合FeV60的牌號要求。與現(xiàn)有釩鐵冶煉工藝相比，綜合能耗節(jié)約20％，鋁粒消耗降低82％。
在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個或多個實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。
盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。