一种利用废富物料生产多晶相钒系合金的方法
阅读说明：本技术 一种利用废富物料生产多晶相钒系合金的方法 (Method for producing polycrystalline phase vanadium series alloy by utilizing waste rich material ) 是由 张国桢 于 2021-06-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种利用废富物料生产多晶相钒系合金的方法,通过利用废富物料,降低生产成本,减少污染排放,更加节能高效,主要包括以下步骤：a.准备原料,并对原辅材料化学分析、分类,控制入炉粒度；b.起弧：将钒渣以及焦粉混合均匀,取其中一部分作为打底,铺设在适配有电抗器的电弧炉中,进行起弧熔炼；c.初步冶炼：起弧完成后,加入剩下的钒渣、焦粉混合物料进行初步冶炼；d.碱度指标调节：补充石灰,调整金属液的碱度指标,营造有利于还原进行的还原环境；e.二次还原：检测初步熔炼阶段氧化铁的还原情况,再加入适量的后备还原剂；f.合金化：二次还原后的电弧炉中,铁水状况平稳、温度平稳,加入添加剂,充分精炼。g.成型、冷却。(The invention discloses a method for producing a polycrystalline phase vanadium series alloy by utilizing waste rich materials, which reduces the production cost and the pollutant discharge by utilizing the waste rich materials, is more energy-saving and efficient and mainly comprises the following steps: a. preparing raw materials, carrying out chemical analysis and classification on the raw and auxiliary materials, and controlling the grain size of the raw and auxiliary materials; b. arcing: uniformly mixing vanadium slag and coke powder, taking a part of the mixture as a bottoming, laying the bottoming in an electric arc furnace which is suitable for a reactor, and carrying out arc starting smelting; c. primary smelting: after the arcing is finished, adding the remaining vanadium slag and coke powder mixed material for primary smelting; d. alkalinity index adjustment: supplementing lime, adjusting the alkalinity index of the molten metal and creating a reduction environment which is beneficial to reduction; e. and (3) secondary reduction: detecting the reduction condition of the ferric oxide in the preliminary smelting stage, and adding a proper amount of backup reducing agent; f. alloying: in the electric arc furnace after the secondary reduction, the molten iron is stable in condition and temperature, and the additive is added and fully refined. g. And (5) molding and cooling.)
技术领域
本发明属于金属冶炼领域，具体涉及一种利用废富物料生产多晶相钒系合金的方法。
背景技术
多晶相低钒合金是重要的炼钢合金添加剂，通常采用五氧化二钒电硅热法冶炼工艺，该法的生产工艺成熟，装备水平先进，产品质量稳定，国外采用电硅热法的钒回收率为95％以上，国内采用五氧化二钒电硅热法工艺生产的钒铁产品质量和钒回收率与国外先进水平尚有一定差距，另外，国内外还有许多企业采用电铝热法制备钒铁合金，与电硅热法相比其冶炼时间短，炉况容易控制，工人劳动强度低，产品质量稳定，环境污染小，综合成本低，一般是将三氧化二钒或五氧化二钒及铁粒、铝粉等材料裝入电弧炉内，通电加热，促进反应进行，用电铝热法冶炼高钒铁也能使钒的回收率达到95％，图1示出了现有技术中的电铝热法冶炼钒铁工艺的流程图。
在现有技术中为了将钒氧化物充分还原，一般都加入过量的铝粉，这就会造成金中铝含量较高：炉渣熔点高、冶炼温度较高，不利于冶炼顺利进行；渣中夹铁等问题。目前，为了将合金治中的铝脱除，一般采用五氧化二钒作为氧化剂将铝氧化；这种方法不仅增加了成本，造成渣中钒含量较高，需要将富钒渣返回炉中使用，増加了冶炼操作难度。
申请号为201310291195.5的专利文献公开了一种电铝热法冶炼钒铁的工艺，该技术主要采用了石灰、铝、五氧化二钒等原料并配入铁、硼砂、萤石组成混合料，再通过传统的电弧炉进行冶炼，但是该技术的五氧化二钒是用片钒的形式添加，片钒的成本相对较高，抬升了整个产品的成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用废富物料生产多晶相钒系合金的方法，通过使用成本更低的废渣，有效降低了生产成本。
为实现上述目的，本申请采用技术方案：
一种利用废富物料生产多晶相钒系合金的方法，包括以下步骤：
a.准备原料，并对原辅材料化学分析、分类，控制入炉粒度；
所述原料包括：钒渣、焦粉、添加料，粒度应当控制在5㎜～50㎜；
b.起弧；
将钒渣以及焦粉混合均匀，取其中一部分作为打底，铺设在适配有电抗器的电弧炉中，进行起弧熔炼；
c.初步冶炼；
起弧完成后，加入剩下的钒渣、焦粉混合物料进行初步冶炼，平稳供电，调整电炉二次电压，该阶段采用长弧操作；
d.精炼；
控制炉温在1300℃～1700℃，将添加剂加入其中进行冶炼；
e.成型、冷却。
进一步地，所述精炼工序分为以下三个步骤：
碱度指标调节：控制炉温在1400℃左右，炉内大量物料熔化，在此过程补充石灰，调整金属液的碱度指标，营造有利于还原进行的还原环境；
二次还原：检测初步熔炼阶段氧化铁的还原情况，再加入适量的后备还原剂，温控1500℃，30--40分钟；
合金化：二次还原后的电弧炉中，铁水状况平稳、温度平稳，加入添加剂，充分精炼，时间40—50分钟，温控1500℃—1650℃。
进一步地，所述钒渣是废富物料，其中的FeO的含量为40％～70％；V2O5的含量为2.5％～8.5％。
进一步地，所述碱度指标是：CaO2/SiO2，金属液的碱度指标范围是2.0～2.5。
进一步地，所述后备还原剂包括：铝、刚玉、硅铁中的任意一种或多种。
本发明至少具有以下有益效果：
(1)直接使用钒渣作为反应原料，相比于现有技术使用片钒作为原料来说，成本显然更低，而且现有技术的片钒是需要额外进行制备的，不仅成本高，而且冶炼过程中需要消耗大量的资源，不利于绿色生产，而钒渣本就是钒钛产品冶炼中必然出现的废料，因此不需要额外制备。
(2)通过多阶段的温度控制并配合多层次的还原设计，对炉内的反应物进行有效的调节，而不是一次性加入等待反应结束，解决钒渣作为反应原料时还原不充分的问题，提高产品的品质。
(3)成本更低，主要的原料以及还原料都是废料，从源头上降低了成本，具有更高的经济效益，能够对废富物料进行回收利用，提高资源的利用率。
附图说明
构成本申请一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
附图中：
图1示意性示出了现有技术的电路铝热法冶炼钒铁工艺的流程图；
图2示意性示出了本发明的工艺流程图；
具体实施方式
本发明公开了一种利用废富物料生产多晶相钒系合金的方法，包括以下步骤：
a.准备原料，并对原辅材料化学分析、分类，控制入炉粒度。
本实施例中，原料包括：钒渣、焦粉、添加料，所述添加料根据所得产品的不同进行调整，另外上述材料的粒度应当控制在5㎜～50㎜。
进一步地，所述钒渣是废富物料，其中的FeO的含量为40％～70％；V2O5的含量为2.5％～8.5％。
b.起弧。
将钒渣以及焦粉混合均匀，取其中一部分作为打底，铺设在适配有电抗器的电弧炉中，进行起弧熔炼。
c.初步冶炼。
起弧完成后，加入剩下的钒渣、焦粉混合物料进行初步冶炼，平稳供电，调整电炉二次电压，该阶段采用长弧操作，提高炉温及物料化料量，所述长弧操作是本领域技术人员通常采用的方法，故不做详细说明。
需要说明的是：焦粉的作用是去除钒渣中的氧化铁杂质，氧化铁杂质是钒系金属熔炼中不容易去除的物质，而钒渣本身作为废富物料，氧化铁的含量相对于现有技术的半成品物料更高，因此将焦粉在熔炼前就与钒渣混合，随钒渣一起熔炼，熔融后能够充分与金属溶液接触，更好地发挥还原效果，如果等钒渣熔融后在添加焦粉，焦粉就不能充分与金属液接触，就不能够有效除去其中的氧化铁杂质。
d.碱度指标调节。
控制炉温在1400℃左右，炉内大量物料熔化，在此过程补充石灰，调整金属液的碱度指标至2.0～2.5，在本实施例中，碱度指标即：CaO2/SiO2，在该碱度指标范围内能够形成有利于还原进行的还原环境，提高还原效率。
e.二次还原。
检测初步熔炼阶段氧化铁的还原情况，再加入适量的后备还原剂，温控 1500℃，30--40分钟，因为在1500℃以上，V2O5才能够熔化，后备还原剂才能够对其进行还原，对于钒系合金的冶炼，通常采用的还原剂包括但不限于：硅铁、铝、刚玉；另外，渣量较大时可进行除渣操作。
需要说明的是：所述氧化铁的还原情况，是根据样本中的氧化铁含量判断，通常在氧化铁含量低于5％，则认定为初步熔炼阶段的氧化铁充分反应，可以进行二次还原。
f.合金化。
二次还原后的电弧炉中，铁水状况平稳、温度平稳，加入添加剂，充分精炼，时间40—50分钟，温控1500℃—1650℃。
所述添加剂的种类根据产品的不同灵活调整，相关的反应原理是公知常识，因此，本实施例不对添加剂的种类进行限制。
g.成型、冷却。
将得到的合金液倒入模具中进行成型并冷却，即可得到成品。
在上述的生产工艺中，设置了多阶段的温度控制，由于电弧炉在金属冶炼的过程中，温度是相对可控的，具备实现多级温度调节的基础，在冶炼过程中，将整个冶炼过程划分成不同的阶段，并针对不同的阶段适应性的调整温度，而不是完全采用均一的温度进行控制，这样不仅能够保证各反应过程的顺利进行，同时在相对较低的温度运行时还能够降低能耗。
整个冶炼过程中并不是将物料全部一次性加入，而是先加入部分钒渣打底，钒渣融化且温度稳定以后在陆续加入其他物料，因此钒渣融化的阶段作为初步冶炼阶段，由于钒渣中含有较多的杂质，其中不可避免的含有熔点较高的杂质，因此需要在初步冶炼的阶段充分加热，保证完全融化，同时在初步熔炼阶段就将钒渣与焦粉混合，熔融后草能保证焦粉充分与金属液接触，如果是熔融后在加入焦粉，焦粉会浮在熔融的金属液上，及时搅拌也不能保证良好的接触，从而影像还原效果。
随后的阶段就是精炼阶段，在精炼的过程中配合多层次的还原设计，对熔化的合金液进行深度还原，进而能够得到预定的产物，由于原料是钒渣，其中含有较多的杂质，为了保证反应的顺利进行，将还原过程中分成多步进行，一般先通过石灰调整碱度指标，形成炉料晶相还原环境；二次还原提升温度，并使用硅铁、铝等后备还原剂对金属液进行还原，主要是将其中的V2O5还原，合金化就是将对应产品需要的组分加入其中熔炼成合金，当然，在合金化步骤中也可以加入少量还原剂，提高还原效果；该工艺流程，所使用的原辅料，均可采用废富物料完成，在解决产品成本上有重要贡献。
另外，所述还原剂同样采用的是废富物料，能够在不影响使用效果的情况下，进一步的降低成本。
实验例1
目标产品：低钒铁(FeV，V：1.5％～4％)
反应原理：FeO+V2O5+FeSi→FeV
实验材料：钒渣1000kg、焦粉400—600kg、硅铁30—50kg、熟石灰(含Ca (OH)2>95％)50—70kg、萤石10kg，电弧炉(公称容量1.5---12t)。
实验例2
目标产品：硅锰钒铁(FeMnV，V：4％～7％、Mn：10％～-15％)
反应原理：FeO+V2O5+MnSi→FeMnV
实验材料：钒渣1000kg、焦粉400—600kg、熟石灰(含Ca(OH)2>95％) 50—70kg、硅锰合金80—100kg、硅铁适量，电弧炉(公称容量1.5---12t)。
实验例3
目标产品：硅钒铁(FeSiV，V：20％～25％、Si：20％～26％)
反应原理：FeO+V2O5+Al+FeSi→FeSiV
实验材料：钒渣1000kg、焦粉400—600kg、熟石灰(含Ca(OH)2>95％) 50—70kg、铝100kg(或刚玉400kg)、硅铁80kg，电弧炉(公称容量1.5---12t)。
实验结果：
经过上述应用例而得到的成品参数如下：
表1实施例所制得的产品的主要参数
注1：由于没有相关的国家标准，主要有价元素的占比中的标准值选取的是行业标准或是行业内通行的标准值，仅做参考。
注2：表中的市场价指的实验期间对应产品的市场价格，由于市场价格受多种条件波动，且原料价格同样有所波动，并不代表一个恒定不便的价格。
结果分析
通过上述实验可以看出，通过实施例的方式能够对废富物料进行再次利用，提高了资源的利用率，处理后的废渣中氧化铁以及五氧化二钒的含量大大减少，说明废富物料中的有价元素得到了充分的利用，另一方面，在实际制得的产品中，对应产品的主要有价元素能够满足标准值，因此符合实际生产的需要，在成本方面，与现有的市场价相比也有较大的利润空间。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
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