阅读说明：本技术 生产钒系合金的全流程工艺方法 (Full-flow process method for producing vanadium series alloy ) 是由 吕韬 李秦灿 于洪翔 于 2020-05-21 设计创作，主要内容包括：本发明涉及资源回收及利用领域,涉及一种生产钒系合金全流程工艺方法,包括：以含钒钢渣、钒粉矿和烧结冷返矿为原料制备烧结矿；将所述烧结矿破碎、筛分后,与钒钛磁铁块矿、焦炭、硅石混料,送入矿热炉内进行冶炼,制得含钒铁水；将所述含钒铁水热兑入第一AOD炉,加入冷却剂后进行顶吹氧提钒,将钒富集到渣中得到富钒渣；将提钒后的铁水倒入第二AOD炉,加入造渣剂造渣,经脱磷、脱碳后得到低钒合金；将所述富钒渣送入电炉,加入还原剂、造渣剂生产硅钒合金；将所述硅钒合金粗破、球磨,配入粘结剂后压制成型,烘干后送入真空电阻炉内进行脱碳、渗氮,氮气气氛下冷却得到氮化硅钒。本发明的工艺方法变废为宝,具有显著的经济效益和广阔的市场前景。(The invention relates to the field of resource recovery and utilization, and relates to a full-flow process method for producing vanadium series alloy, which comprises the following steps: preparing sintered ore by using vanadium-containing steel slag, vanadium powder ore and sintered cold return ore as raw materials; crushing and screening the sintered ore, mixing the crushed and screened sintered ore with vanadium-titanium magnetite lump ore, coke and silica, and feeding the mixture into an ore smelting furnace for smelting to obtain vanadium-containing molten iron; hot blending the vanadium-containing molten iron into a first AOD furnace, adding a coolant, and then carrying out top blowing oxygen extraction to extract vanadium, so as to enrich the vanadium in slag to obtain vanadium-rich slag; pouring the molten iron after vanadium extraction into a second AOD furnace, adding a slagging agent for slagging, and carrying out dephosphorization and decarburization to obtain a low-vanadium alloy; feeding the vanadium-rich slag into an electric furnace, and adding a reducing agent and a slagging constituent to produce silicon-vanadium alloy; and roughly crushing and ball-milling the silicon-vanadium alloy, adding a binder, then performing compression molding, drying, then sending into a vacuum resistance furnace for decarburization and nitridation, and cooling in a nitrogen atmosphere to obtain silicon-vanadium nitride. The process method changes waste into valuable, and has remarkable economic benefit and wide market prospect.)

生产钒系合金的全流程工艺方法

技术领域

本发明涉及资源回收及利用领域，涉及生产钒系合金的全流程工艺方法，特别涉及含钒钢渣冶炼生产钒系合金的全流程工艺方法。

背景技术

钒有“万能合金”之称，在钢中掺入少量的钒，就能使钢的弹性、强度大增，抗磨损和抗爆裂性极好，因而在钢铁工业中得到了广泛的应用。随着国家螺纹钢新标准的出台，禁止通过“穿水”工艺生产高强度热轧钢筋，这无疑刺激了对钒合金的大量需求。

钒钛磁铁矿是钒的主要矿物资源，目前世界上的钒绝大部分是从中获取。国内主要采取以下提钒工艺：钒钛磁铁矿经选矿后送入高炉冶炼得到含钒铁水，随后进入转炉进行选择性氧化提钒，得到半钢和富钒渣，富钒渣用于湿法提钒，半钢送去转炉炼钢。由于倒半钢时会有部分钒渣随之流出等因素，半钢中含有残钒，加之个别工序处理能力的限制，会有部分铁水不经提钒而直接兑入炼钢炉中，因此最后的钢渣中仍含有不少的钒，部分钢渣V₂O₅含量高达5％。目前，这部分钢渣尚未得到有效利用，大部分被丢弃、掩埋，造成资源的严重浪费。

其中，钢渣返回法是将含钒钢渣用作烧结矿的熔剂，再次送入高炉冶炼，该方法曾应用于攀钢和马钢，不用增置新设备，但易导致磷在铁水中的循环富集，对后续的脱磷炼钢不利。至于湿法工艺，钠化焙烧会造成环境污染，同时处理高钙低钒的含钒钢渣存在困难，钙化焙烧虽避免了有害气体的产生，但存在一定的选择性，转化率低，成本偏高。因此现有的提钒技术在处理含钒钢渣上受到了限制，亟待一种经济、高效的提钒方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种生产钒系合金全流程工艺方法。

具体的，本发明的一种生产钒系合金全流程工艺方法，包括：

(1)将烧结矿破碎、筛分后，与钒钛磁铁块矿、焦炭、硅石按配比混料，送入矿热炉内进行冶炼，制得含钒铁水；

(2)将所述含钒铁水热兑入第一AOD炉内，加入冷却剂后进行顶吹氧提钒，底吹氩气或氮气强化搅拌，将钒富集到渣中得到富钒渣；

(3)将提钒后的铁水倒入第二AOD炉，加入造渣剂造渣，经脱磷、脱碳后得到低钒合金；

(4)将所述富钒渣送入电炉中，加入还原剂、造渣剂，以电硅热法生产硅钒合金；

(5)将所述硅钒合金粗破、球磨，配入粘结剂后压制成型，烘干后送入真空电阻炉内进行脱碳、渗氮，氮气气氛下冷却得到氮化硅钒。

上述的生产钒系合金全流程工艺方法，所述烧结矿的制备方法包括：以含钒钢渣、钒粉矿和烧结冷返矿为原料，混匀球磨后配入焦粉、除尘灰、膨润土，经混料、造粒后送入焙烧炉内进行烧结。

上述的生产钒系合金全流程工艺方法，还包括：将所述氮化硅钒送入中频炉进行感应重熔，得到高密度氮化硅钒。

上述的生产钒系合金全流程工艺方法，所述含钒钢渣为钒钛磁铁矿经炼钢环节最后得到的贫钒钢渣。

上述的生产钒系合金全流程工艺方法，所述第二AOD炉中进行脱磷、脱碳过程包括：顶吹氧、侧吹氩或氮与氧混合气、底吹氩或氮。

上述的生产钒系合金全流程工艺方法，所述冷却剂为烧结矿或钒钛磁铁块矿或两者的任意组合；所述还原剂为硅铁或金属硅或两者的任意组合。

上述的生产钒系合金全流程工艺方法，步骤(3)中的所述造渣剂为石灰；步骤(4)中的所述造渣剂为石灰或石灰石或两者的任意组合；所述粘结剂为水玻璃、聚乙烯醇、纤维素中的任意一种。

上述的生产钒系合金全流程工艺方法，按重量百分比计，所述低钒合金包括：Fe96.91％～97.02％、C 0.85％～0.93％、V 0.06％～0.20％、P 0.01％～0.04％。

上述的生产钒系合金全流程工艺方法，按重量百分比计，所述硅钒合金包括：Fe54.48～71.73％、Si 19.66～21.15％、V 5.63～20.34％、C＜0.50％。

上述的生产钒系合金全流程工艺方法，按重量百分比计，所述氮化硅钒包括：Fe44.15～55.38％、C 0.14～0.45％、Si 6.67～33.01％、V 5.85～23.04％、N7.60～14.54％。

本发明的技术方案具有如下的有益效果：

(1)本发明的生产钒系合金全流程工艺方法，可有效解决钢厂因产生大量脱磷钢渣带来的环境问题，为钢厂的运行与发展服务，同时回收了钢渣中的钒资源，并将之加工成国内紧缺的材料，充分体现环境友好和循环经济的特色；

(2)本发明的生产钒系合金全流程工艺方法，通过一系列火法工序，可将含钒钢渣中的钒资源提取出来，转化成附加值更高的低钒合金、硅钒合金、氮化硅钒等，变废为宝，具有显著的经济效益和广阔的市场前景。

具体实施方式

为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。

本文使用的术语“第一”、“第二”等不表示任何顺序或重要性，而是用于区别一个要素与另一要素，术语“该”“所述”“一个”和“一种”不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所提及的对象。另外，本文公开的所有范围包括端点而且可独立地组合。

具体的，本发明提供了一种生产钒系合金全流程工艺方法，包括：

(1)将烧结矿破碎、筛分后，与钒钛磁铁块矿、焦炭、硅石按配比混料，送入矿热炉内进行冶炼，制得含钒铁水；

(2)将所述含钒铁水热兑入第一AOD炉内，加入冷却剂后进行顶吹氧提钒，底吹氩气或氮气强化搅拌，将钒富集到渣中得到富钒渣；

(3)将提钒后的铁水倒入第二AOD炉，加入造渣剂造渣，经脱磷、脱碳后得到低钒合金；

(4)将所述富钒渣送入电炉中，加入还原剂、造渣剂，以电硅热法生产硅钒合金；

(5)将所述硅钒合金粗破、球磨，配入粘结剂后压制成型，烘干后送入真空电阻炉内进行脱碳、渗氮，氮气气氛下冷却得到氮化硅钒。

本发明的冶炼生产钒系合金全流程工艺方法，可有效解决钢厂因产生大量脱磷钢渣带来的环境问题，为钢厂的运行与发展服务，同时回收了钢渣中的钒资源，并将之加工成国内紧缺的材料，充分体现环境友好和循环经济的特色。

在一些优选的实施方式中，本发明的生产钒系合金全流程工艺方法，包括：

(1)将烧结矿破碎、筛分后，与钒钛磁铁块矿、焦炭、硅石按配比混料，送入矿热炉内进行冶炼，制得含钒铁水。

优选的，所述烧结矿、所述钒钛磁铁块矿、所述焦炭与所述硅石的重量比为65～90：10～35：19.64～29.12：3.35～11.15。

进一步优选的，在所述矿热炉内进行冶炼的冶炼温度为1650℃～1700℃。

其中，所述烧结矿的制备方法包括：以含钒钢渣、钒粉矿和烧结冷返矿为原料，混匀球磨后配入焦粉、除尘灰、膨润土，经混料、造粒后送入焙烧炉内进行烧结。

其中，所述含钒钢渣为钒钛磁铁矿经炼钢环节最后得到的贫钒钢渣，而不是转炉氧化提钒后得到的富钒渣，借此，不仅提高了钒的利用率，还降低了生产成本；

优选的，含钒钢渣、钒粉矿、烧结冷返矿的重量比为40～50：20～45：15～30；含钒混合粉料、除尘灰、焦粉、膨润土的重量比为100：1～3.5：1.5～3：0.5～2.5。

其中，所述烧结是指物料在焙烧炉内从头至尾水平方向依次历经干燥、预热、烧结、冷却四个区段。优选的，干燥温度为300～350℃，预热温度为1000～1150℃，烧结温度为1350～1500℃，冷却是冷却至≤200℃。

其中，所述烧结矿的组成是TFe 29.5～38.3％、CaO 18.6～33.2％、SiO₂7.5～9.4％、MgO 4.1～7.8％、Al₂O₃ 2.1～3.5％、V₂O₅ 0.9～1.8％。所述烧结矿成分稳定、粒度均匀，具有很好的冶金性能，可满足后续矿热炉冶炼要求。

本发明利用矿热炉通过碳热法冶炼含钒钢渣制得含钒生铁，该工艺流程短，原料适应性强，可有效回收钢渣中的钒资源。

(2)将所述含钒铁水热兑入第一AOD炉内，加入冷却剂后进行顶吹氧提钒，底吹氩气或氮气强化搅拌，将钒富集到渣中得到富钒渣。

所述冷却剂为烧结矿或钒钛磁铁块矿或两者的任意组合。

优选的，所述第一AOD炉中吹炼时，所述顶吹氧时氧气的压力为0.6～0.7MPa、氧气流量为所述惰性气体(氩气或氮气)的压力为0.2～0.3MPa，惰性气体的流量为

其中，所述富钒渣中V₂O₅含量为14～20％(重量)。

其中，第一AOD炉的冶炼温度为1420℃～1455℃。

所述铁水在第一AOD炉中进行第一道精炼，这道精炼主要发生钒的氧化反应，将铁水中的钒氧化入渣中，得到富钒渣；同时也会发生少部分碳损，即碳的氧化。

(3)将提钒后的铁水倒入第二AOD炉，加入造渣剂造渣，经脱磷、脱碳后得到低钒合金。

所述第二AOD炉中进行脱磷、脱碳过程包括：顶吹氧、侧吹氩或氮与氧混合气、底吹氩或氮。

优选的，所述顶吹氧时氧气的压力为0.6～0.7MPa，流量为 所述侧部吹入惰性气体(氩或氮)与氧气的混合气时，所述混合气的压力为0.6～0.7MPa，流量为

优选的，所述混合气中惰性气体(氩或氮)与氧气的体积比为(1:5)～(1:2)。

其中，所述造渣剂为石灰，可选的，也可添加少量的白云石、萤石等。

其中，按重量百分比计，所述低钒合金包括：Fe 96.91％～97.02％、C0.85％～0.93％、V 0.06％～0.20％、P 0.01％～0.04％。本发明的低钒合金中钒含量适中，碳、磷含量低，铸块精整后可直接用于下游钢铁用户。

本发明通过两道AOD炉精炼将钒富集到渣中，最终得到可用于销售的富钒渣和碳磷含量合理的低钒合金，使资源得到有效利用

(4)将所述富钒渣送入电炉中，加入还原剂、造渣剂，以电硅热法生产硅钒合金。

其中，所述还原剂为硅铁或金属硅或两者的任意组合，所述造渣剂为石灰和/或石灰石。

优选的，所述富钒渣、还原剂、造渣剂的重量比为(35.86～51.08):(5.92～22.07):(33.58～56.25)。

优选的，冶炼时，所述电炉的炉温为1650℃～1700℃。

其中，按重量百分比计，所述硅钒合金包括Fe 54.48～71.73％、Si19.66～21.15％、V 5.63～20.34％、C＜0.50％。

本发明直接通过火法冶金的方式将钒渣中的钒资源直接冶炼成下游钢铁行业所需的硅钒合金，省去了中间的湿法工序，流程简单，操作方便，成本大大降低，并且还不受钒渣原料CaO、FeO含量的限制，具有显著的经济效益。

(5)将所述硅钒合金粗破、球磨，配入粘结剂后压制成型，烘干后送入真空电阻炉内进行脱碳、渗氮，氮气气氛下冷却得到氮化硅钒。

所述粘结剂为水玻璃、聚乙烯醇、纤维素中的任意一种，占总混料的3％～6％(重量)。

优选的，所述脱碳的温度为1250～1450℃，压力为1～10Pa，保持6～10h。

优选的，所述渗氮的温度为1000～1150℃，氮气纯度为99.999％，压力为80kPa～0.1MPa，保持12～15h。

按重量百分比计，所述氮化硅钒包括：Fe 44.15～55.38％、C 0.14～0.45％、Si6.67～33.01％、V 5.85～23.04％、N 7.60～14.54％。

进一步优选的，所述生产钒系合金全流程工艺方法还包括：将所述氮化硅钒送入中频炉进行感应重熔，得到高密度氮化硅钒。

本发明通过对氮化合金重熔，可以有效提高氮化硅钒的密度和强度，降低含水率，满足下游钢铁工业用户的需求。

在一些更优选的实施方式中，本发明的生产钒系合金全流程工艺方法包括以下步骤：

(1)将含钒钢渣、钒粉矿和烧结冷返矿按重量比40～50：20～45：15～30混合均匀后球磨至一定粒度，接着按照含钒混合粉料、除尘灰、焦粉、膨润土的重量比为100：1～3.5：1.5～3：0.5～2.5的比例配入焦粉、除尘灰、膨润土，经混料、造粒后送入焙烧炉内。水平运动方向依次历经干燥300～350℃、预热1000～1150℃、烧结1350～1500℃后，冷却至≤200℃，得到烧结矿。

(2)将烧结矿进行破碎、筛分，合格成品与钒钛磁铁块矿、焦炭、硅石按重量比为65～90：10～35：19.64～29.12：3.35～11.15混料后，由胶带机转运到密闭矿热炉炉顶过渡料仓，随后落至旋转布料器加入炉顶料仓，经料管连续加入炉内，在1650℃～1700℃温度下冶炼制得含钒生铁。

(3)将含钒铁水热兑入第一AOD炉内，进行顶吹氧提钒，同时底部吹氩或氮气强化搅拌，并加入部分烧结矿来调节温度为1420℃～1455℃，使钒氧化入渣中，得到富钒渣。其中，所述顶吹氧时氧气的压力为0.6～0.7MPa、氧气流量为所述惰性气体(氩气或氮气)的压力为0.2～0.3MPa，惰性气体的流量为

(4)提钒后的铁水随后倒入第二AOD炉，加入石灰造渣，通过顶吹氧、侧吹氩(或氮)与氧混合气、底吹氩(或氮)等搅拌熔池将碳、磷脱至合理范围，得到低钒合金。其中，所述顶吹氧时氧气的压力为0.6～0.7MPa，流量为

所述侧部吹入惰性气体(氩或氮)与氧气的混合气时，所述混合气的压力为0.6～0.7MPa，流量为

(5)将富钒渣送入倾动式电炉中，按富钒渣、还原剂、造渣剂的重量比为(35.86～51.08):(5.92～22.07):(33.58～56.25)的比例加入适量的还原剂、造渣剂，通电埋弧冶炼，炉温为1650℃～1700℃，制得硅钒合金。

(6)待合金冷却后，将之破碎到20mm以下，接着球磨至-100目，随后配入3％～6％(重量)的粘结剂，混料后进行压制成型，烘干后送入真空电阻炉内，于1250～1450℃，压力为1～10Pa条件下进行真空脱碳，于1000～1150℃，氮气纯度为99.999％，压力为80kPa～0.1MPa条件下进行渗氮处理，接着在氮气气氛下冷却、出炉即可得到氮化硅钒(低密度)。

(7)最后，将该合金送入中频炉内，进行感应重熔，以提高其密度和强度。

经检测，按重量百分比计，本发明生产的所述低钒合金包括：Fe96.91％～97.02％、C 0.85％～0.93％、V 0.06％～0.20％、P 0.01％～0.04％；硅钒合金包括：Fe54.48～71.73％、Si 19.66～21.15％、V 5.63～20.34％、C＜0.50％；氮化硅钒包括：Fe44.15～55.38％、C 0.14～0.45％、Si 6.67～33.01％、V 5.85～23.04％、N 7.60～14.54％。

本发明的生产钒系合金全流程工艺方法，实现了将贫钒钢渣中的钒资源转化成附加值更高的低钒合金、硅钒合金、氮化硅钒，变废为宝，具有显著的经济效益和广阔的市场前景。

本发明在上文中已以优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本发明，而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与这些实施例等效的变化与置换，均应设为涵盖于本发明的权利要求范围内。因此，本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。