阅读说明：本技术 无化工过程的高温钒渣直接冶炼氮化钒铁或钒铁的方法 (Method for directly smelting nitrided ferrovanadium or ferrovanadium from high-temperature vanadium slag without chemical process ) 是由 张计辉 于 2021-08-25 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种无化工过程的高温钒渣直接冶炼氮化钒铁或钒铁的方法,包括含钒铁水在转炉吹钒过程中,在接近提钒终点时从炉底或炉侧喷吹还原剂,还原渣中氧化铁；出完半钢后从提钒炉顶部加入还原剂继续还原钒渣中的氧化铁,将高温钒渣直接倒入到中频感应炉或电弧炉中或者通过保温渣罐倒入中频感应炉或电弧炉中,在中频感应炉或电弧炉中通过控制还原温度深度还原钒渣中的钒及有益金属元素,并通过控制底吹氮气量得到氮化钒铁或钒铁。本发明以高温钒渣为原料直接生产氮化钒铁,也可生产不同品位的钒铁合金,无需化工用地,而且生产工艺绿色环保,不产生化工废水,能耗明显低于传统钒化工工艺,工艺流程短。(The invention provides a method for directly smelting nitrided ferrovanadium or ferrovanadium from high-temperature vanadium slag without chemical process, which comprises the steps of blowing a reducing agent from the bottom or the side of a furnace when the vanadium-containing molten iron is close to the vanadium extraction end point in the vanadium blowing process of a converter, and reducing iron oxide in the slag; and after the semisteel is discharged, adding a reducing agent from the top of the vanadium extraction furnace to continuously reduce iron oxide in the vanadium slag, directly pouring the high-temperature vanadium slag into the medium-frequency induction furnace or the electric arc furnace or pouring the high-temperature vanadium slag into the medium-frequency induction furnace or the electric arc furnace through the heat-preservation slag tank, deeply reducing vanadium and beneficial metal elements in the vanadium slag in the medium-frequency induction furnace or the electric arc furnace by controlling the reduction temperature, and controlling the amount of bottom blowing nitrogen to obtain nitrided ferrovanadium or ferrovanadium. The method directly produces the nitrided ferrovanadium by taking the high-temperature vanadium slag as a raw material, can also produce ferrovanadium alloys with different grades, does not need chemical fields, has green and environment-friendly production process, does not produce chemical wastewater, has energy consumption obviously lower than that of the traditional vanadium chemical process, and has short process flow.)

无化工过程的高温钒渣直接冶炼氮化钒铁或钒铁的方法

技术领域

本发明涉及钒冶金技术领域，具体涉及一种无化工过程的高温钒渣直接冶炼氮化钒铁或钒铁的方法。

背景技术

传统氮化钒铁的制备工艺是钒渣作为原料进入化工厂，经过多道复杂的化工工序生产出钒铁，然后再以钒铁为原料，进行固态渗氮，生产过程能耗和成本较高。为缩短工艺流程，也有研究者直接以钒化工厂生产的纯氧化钒为原料、铁粉作为铁源、碳粉为还原剂，通入氮气进行氮化钒铁的制备。该方法氧化钒为化工流程生产，产生大量的废气、废水、废渣，对环境产生较大的污染。

为进一步缩短工艺流程，也有研究者直接以钒渣为原料直接冶炼钒铁。CN111041206A公开了一种基于钒渣制备钒铁合金的方法，以钒渣为原料，加入还原炭和造渣辅料进行熔炼反应，最终获得钒铁合金。该方法虽然进一步缩短了工艺流程，但钒铁品位低，钒品位一般在20％左右，并且不能生产氮化钒铁，也没有充分利用转炉提钒钒渣的物理热。

发明内容

现行氮化钒铁制备工艺存在生产流程长、钒损失量大、“三废”环境污染严重、能耗高、成本高等问题，难以满足循环经济构建和可持续发展的战略要求，而且钒的各类合金80％以上用在钢铁行业，钢铁行业合金化用钒合金产品也没有必要必须经化工厂生产，因此亟需研发一种固废源头减排、提高资源利用率和解决环境污染的高效清洁的氮化钒铁和钒铁合金制备技术。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

S100，含钒铁水在转炉吹钒过程中，在接近提钒终点时从炉底喷吹还原剂或还原剂气体，或者在接近提钒终点时从炉顶加入还原剂，还原渣中氧化铁。所述接近提钒终点可以是氧步达到95％以上的时间点，或者达到吹钒过程所需吹氧量95％时的时间点。

S101，出完半钢后从提钒转炉顶部加入还原剂进行还原。

S102，将高温钒渣直接倒入到中频感应炉或电弧炉中或者通过保温渣罐倒入中频感应炉或电弧炉中，通过控制还原温度深度还原钒渣中的钒及有益金属元素，通过控制底吹氮气量得到氮化钒铁或钒铁熔液。所述有益金属可以为Mn、Cr等钒渣中所含的有益金属。

S103，将氮化钒铁或钒铁熔液倒入模具，经冷却得到氮化钒铁或钒铁成品，进一步加工成满足炼钢要求的小合格块。所述模具可以为条状放射形模具等。

本发明步骤S100中所述还原剂包括碳粉、煤粉、兰炭粉等含碳还原剂。还原剂气体包括天然气、焦炉煤气中的一种或几种。

本发明步骤S100中从炉底或炉侧面向金属液中和钒渣中喷吹还原剂质量为钒渣中全铁质量的5-35％，还原剂气体通入量为10-500m³/min，从炉顶加入还原剂质量为钒渣中全铁质量的5-15％。当然，本发明的还原剂不限于此，能够将钒还原的其他含碳还原剂均可。通过加入上述范围内的还原剂能够将渣中的氧化铁彻底还原。若加入量太少，会使氧化铁还原不充分；若加入量太多，会造成还原剂浪费。

本发明步骤S101中所述还原剂为兰炭粒或焦炭粒或兰炭粒等含碳还原剂。还原剂气体包括天然气、焦炉煤气中的一种或几种。

本发明步骤S101中所述还原剂的加入量为钒渣中全铁质量的5-35％。若此时的还原剂加入量小于5％，则会造成钒渣中的钒还原不充分；若还原剂加入量过多，会造成还原剂浪费。因此，将还原剂的加入量控制为钒渣中全铁质量的5-35％。

本发明步骤S102中所述还原温度可以为1450-1650℃。在该温度范围内能够使钒发生反应。进一步地，还原温度可以为1550℃～1600℃，在此温度下能够最大限度地将钒还原的同时确保能耗较小。

本发明步骤S102中所述氮气通入量可以为0-800m³/min。

本发明步骤S102中中频炉或电弧炉开离电极位后加盖密封，安装底吹氮气装置，通过底喷枪向炉内喷吹氮气，最终可获得不同含氮量的钒铁熔液。

作为本发明的优选方案，一种无化工过程的高温钒渣直接冶炼氮化钒铁或钒铁合金的方法，包括如下步骤：

(1)含钒铁水在转炉吹钒过程中，在提钒接近终点时从炉底喷吹还原剂，还原剂喷入量为钒渣中全铁质量的5-35％，或天然气、焦炉煤气通入量为10-500m³/min，还原渣中氧化铁。

(2)出完半钢后从提钒转炉顶部加入兰炭粒或焦炭粒或煤粒等含碳还原剂进行还原，其为钒渣中全铁质量的5-35％。

(3)将高温钒渣直接倒入到中频感应炉或电弧炉中，通过控制还原温度为1450-1650℃，深度还原钒渣中的钒，中频感应炉或电弧炉还原结束后开离电极位加盖密封，安装底吹氮气装置，通过底喷枪向炉内喷吹氮气，氮气通入量为0-800m³/min，可获得氮化钒铁或钒铁熔液。

(4)将氮化钒铁或钒铁熔液倒入条状放射形模具，经冷却得到氮化钒铁或钒铁成品，进一步加工成满足炼钢要求的小合格块。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

(1)既可以生产氮化钒铁，又可生产不同品位的钒铁合金。

(2)生产工艺绿色环保，不产生化工废水，充分利用高温钒渣的物理热，能耗明显低于传统钒化工工艺。

(3)工艺流程短，钒损失量小，不消耗化工原料，设备简单，投资大幅降低，固废产生量少。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例详细地描述根据本发明的无化工过程的高温钒渣直接冶炼氮化钒铁或钒铁的方法。

实施例1

(1)含钒铁水含0.45％V；0.23％Si；0.25％Mn；0.18％Ti；0.06％Cr。在150吨转炉提钒终点向炉底喷碳粉，碳粉加入量为钒渣中全铁质量的25％，还原渣中氧化铁，得到高温钒渣中V₂O₅含量22.52％，TFe含量9.67％，SiO₂、TiO₂含量17.95％，MnO含量4.26％，其余为Al2O₃、MgO、CaO等。

(2)出完半钢后从提钒转炉顶部加入兰炭粒进行还原，兰炭粒加入量为钒渣质量的25％。

(3)将高温钒渣通过保温渣罐倒入到20吨电弧炉炉中，通过控制还原温度为1600℃，深度还原钒渣中的钒，同时底喷氮气，还原结束后电弧炉开离电极位加盖密封，通过底喷枪向炉内喷吹氮气，氮气通入量为450m³/min。

(4)将钒铁或氮化钒铁熔液倒入条状放射形模具，冷却后加工成小合格块。

获得氮化钒铁合金中钒的质量百分含量为51.2％，氮含量5.95％。

实施例2

(1)含钒铁水含0.42％V；0.24％Si；0.26％Mn；0.18％Ti；0.06％Cr。在150吨转炉提钒终点向炉底喷天然气，天然气通入量为300m³/min，还原渣中氧化铁，得到高温钒渣中V₂O₅含量21.76％，TFe含量9.58％，SiO₂、TiO₂含量17.93％，MnO含量5.42％，其余为Al₂O₃、MgO、CaO等。

(2)出完半钢后从提钒转炉顶部加入兰炭粒进行还原，兰炭粒加入量为钒渣质量的20％。

(3)将高温钒渣通过保温渣罐倒入到20吨中频炉中，通过控制还原温度为1550℃，深度还原钒渣中的钒，中频炉加盖密封，底吹氮气通入量为380m³/min。

(4)将钒铁或氮化钒铁熔液倒入条状放射形模具，冷却后加工成小合格块。

获得氮化钒铁合金中钒的质量百分含量为48.06％，氮含量5.12％。

实施例3

(1)含钒铁水含0.45％V；0.20％Si；0.25％Mn；0.18％Ti；0.06％Cr。在150吨转炉提钒终点向炉底喷焦炉煤气，焦炉煤气通入量为50m3/min，还原渣中氧化铁，得到高温钒渣中V₂O₅含量21.55％，TFe含量11.74％，SiO₂、TiO2含量19.32％，MnO含量4.46％，其余为Al₂O₃、MgO、CaO等。

(2)出完半钢后从提钒转炉顶部加入焦炭粒进行还原，焦炭粒加入量为钒渣全铁质量的15％。

(3)将高温钒渣倒入到20吨中频感应炉中，通过控制还原温度为1550℃，深度还原钒渣中的钒，中频感应炉加盖密封，底吹氮气通入量为200m³/min。

(4)将钒铁或氮化钒铁熔液倒入条状放射形模具，冷却后加工成小合格块。

获得氮化钒铁合金中钒的质量百分含量为48.95％，氮含量5.52％。

实施例4

(1)含钒铁水含0.45％V；0.22％Si；0.25％Mn；0.18％Ti；0.06％Cr。在150吨转炉提钒终点向炉底喷碳粉，碳粉加入量为钒渣中全铁质量的15％，还原渣中氧化铁，得到高温钒渣中V₂O₅含量18.55％，TFe含量11.90％，SiO₂、TiO₂含量16.97％，MnO含量4.47％，其余为Al₂O₃、MgO、CaO等。

(2)出完半钢后从提钒转炉顶部加入焦炭粒进行还原，焦炭粒加入量为钒渣质量的15％。

(3)将高温钒渣倒入到20吨中频炉中，通过控制还原温度为1550℃，深度还原钒渣中的钒，中频炉加盖密封，增加底吹氮气装置，通过气枪向炉内喷吹氮气，氮气通入量为125m³/min。

(4)将钒铁或氮化钒铁熔液倒入条状放射形模具，冷却后加工成小合格块。

获得氮化钒铁合金中钒的质量百分含量为45.31％，氮含量2.76％。

实施例5

(1)含钒铁水含0.44％V；0.22％Si；0.25％Mn；0.18％Ti；0.06％Cr。在150吨转炉提钒终点向炉底喷碳粉，碳粉加入量为钒渣中全铁质量的30％，还原渣中氧化铁，得到高温钒渣中V₂O₅含量22.76％，TFe含量9.65％，SiO₂、TiO₂含量16.43％，MnO含量5.14％，其余为Al₂O₃、MgO、CaO等。

(2)出完半钢后从提钒转炉顶部加入兰炭粒进行还原，兰炭粒加入量为钒渣质量的25％。

(3)将高温钒渣倒入到20吨电弧炉中，通过控制还原温度为1600℃，深度还原钒渣中的钒，同时底吹氮气搅拌，最终获得钒铁熔液。

(4)将钒铁熔液倒入条状放射形模具，经冷却加工成小合格块。获得钒铁合金中钒的质量百分含量为50.58％。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。