一种冶炼低铝高钒铁与低刚玉渣残钒的方法及装置

技术领域

本发明涉及钒铁冶炼技术领域，尤其涉及一种冶炼低铝高钒铁与低刚玉渣残钒的方法及装置。

背景技术

钒以钒铁、钒化合物及金属钒的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，钒在钢中起脱氧和细化品粒的作用，少量的钒就可以改善钢的性能并提高钢的耐磨性、韧性和强度。

目前国内大部分钒厂采用炉外法冶炼高钒铁，为尽可能促进宝贵的钒资源回收利用，通常配料阶段需要配过量的铝，但当配铝量超过一定限度后，多余的铝将进入合金中，使产品成分超出《GB/T 4139-2012》国标要求成为不合格品。同时，由于合金中含铝高，使其比重降低，影响合金在炉渣中的沉降速度，使渣中夹杂的合金增多，降低了钒回收率，若配铝量不足，势必造成反应不充分，回收率低。

因此，现有技术中存在对冶炼低铝高钒铁与低刚玉渣残钒的方法改进的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种冶炼低铝高钒铁与低刚玉渣残钒的方法及装置，本发明的方法可以实现在生产低铝合金的同时，有效使刚玉渣中的残钒处于较低水平。

基于上述目的，本发明实施例的提供了冶炼低铝高钒铁与低刚玉渣残钒的方法，包括以下步骤：

对冶炼高钒铁的原料进行配料、混料，配铝量按照理论配铝量的97％～98％配入，铝热反应结束后，对冶炼炉通电加热0～5min；

向渣液中喷吹铝粉，喷吹量按照理论配铝量的2％～3％进行第一次喷吹，喷吹位置在渣层的1/2-2/3处，当第一次喷吹结束后，进行取样分析，并再通电加热5～10min；

基于取样结果中的TV含量，第二次向渣液中喷吹含铝混合物，再通电10～20min，结束冶炼。

在一些实施方式中，冶炼高钒铁的原料包括：氧化钒、铝制品、铁屑、石灰、冷料中的至少一种。

在一些实施方式中，氧化钒包括五氧化二钒、三氧化二钒中的至少一种。

在一些实施方式中，含铝混合物包括：铝粉、硅铁粉。

在一些实施方式中，冶炼炉为电弧炉。

在一些实施方式中，冶炼过程通电加热总时间为20～25min。

在一些实施方式中，第二次喷吹的喷吹角度与竖直方向的夹角为35°～45°。

本发明另一方面提供了一种冶炼低铝高钒铁与低刚玉渣残钒的装置，包括：

冶炼炉，冶炼炉同轴由上至下设置在竖直方向上的包括第一炉体、第二炉体，第一炉体的直径小于第二炉体的直径；

自动喷吹装置，自动喷吹装置包括喷枪，喷枪的自由端为弯管，弯管的设置位置为第一炉体内渣层的1/2-2/3处，弯管的弯曲角度与竖直方向的夹角为35°～45°。

在一些实施方式中，自动喷吹装置内还设置有电动搅拌装置。

本发明至少具有以下有益技术效果：

本发明的方法通过减少配料阶段的配铝，使反应阶段配铝不足，尽可能的减少铝的直接沉降，再按分阶段多次喷吹，通过多次喷吹、搅拌，进一步促进渣液与铝的接触面积，增加钒微粒聚集沉降的概率，可以使炉外法冶炼高钒铁刚玉渣残钒(TV)含量控制在0.55％以下，同时，成品铝低于1.5％，达到国家标准A级品要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1为本发明提供的冶炼低铝高钒铁与低刚玉渣残钒的方法实施例的示意图；

图2为本发明提供的冶炼低铝高钒铁与低刚玉渣残钒的装置的实施例的示意图。

附图标记说明：

10、冶炼炉；11、第一炉体；12、第二炉体；20、自动喷吹装置；21、喷枪；22、弯管；30、渣层。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。

除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，例如，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中，当元件被称为“固定于”或“安装于”或“设置于”或“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接位于该另一个元件上。例如，当一个元件被称为“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接连接到该另一个元件上。

此外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

铝热法冶炼钒铁过程中除了能够得到成分和性能较为稳定的钒铁合金之外，冶炼过程中还会产生大量的刚玉质废渣，刚玉渣中主要成分为镁铝尖晶石、铝酸钙，同时含有少量钒、钛氧化物，为尽可能促进宝贵的钒资源回收利用，通常配料阶段需要配过量的铝，但当配铝量超过一定限度后，多余的铝将进入合金中，造成产品不合格。因此本发明提供了一种冶炼低铝高钒铁与低刚玉渣残钒的方法，包括以下步骤：

S1、对冶炼高钒铁的原料进行配料、混料，配铝量按照理论配铝量的97％～98％配入，铝热反应结束后，对冶炼炉通电加热0～5min；

S2、向渣液中喷吹铝粉，喷吹量按照理论配铝量的2％～3％进行第一次喷吹，喷吹位置在渣层的1/2～2/3处，当第一次喷吹结束后，进行取样分析，并再通电加热5～10min；

S3、基于取样结果中的TV含量，第二次向渣液中喷吹含铝混合物，再通电10～20min，结束冶炼。

进一步地，在S1中，对冶炼高钒铁的原料进行配料、混料，冶炼高钒铁的原料包括：氧化钒、铝制品、铁屑、石灰、冷料中的至少一种。在一些实施例中，氧化钒包括五氧化二钒、三氧化二钒中的至少一种。优选地，氧化钒主要为五氧化二钒，可少量搭配三氧化二钒达到降低铝耗的目的，以降低成本，五氧化二钒的纯度不小于95.0％，五氧化二钒可以是不大于55×55mm的片状，其厚度可以不大于5mm。三氧化二钒可以是粉末状，其钒含量可以不小于64.0％。

进一步地，加完物料后，将铝粉与氧化铁皮按配比的混合物均匀铺在物料表面，进行点火冶炼，待反应结束后进行通电加热0～5min。

进一步地，在S2中，向渣液中第一次喷吹铝粉，按照理论配铝量的2％～3％进行第一次喷吹，当第一次喷吹结束后，进行取样分析，并再通电加热5～10min，第一次喷吹的主要目的是促进渣中大部分氧化钒进行还原已经合金微粒的聚集沉降。喷吹位置位于渣层的1/2～2/3位置、喷枪出口弯管角度通常根据冶炼炉炉筒直径控制在35°～45°之间，可最大限度提高铝粉与渣液的接触面积，促进氧化钒最大效率的反应。

进一步地，在S3中，基于取样结果中的TV(全钒)含量，第二次向渣液中喷吹含铝混合物，在一些实施例中，基于取样结果TV含量进行调整，若渣铁比在1.38～1.45之间时，通常按0.1％调整4kg铝粉。含铝混合物为铝粉与硅铁粉的混合物，硅铁粉的配入量根据原料硅含量调整，在一些实施方式中，按质量百分比计，硅铁粉占喷吹总量的30％～40％。第二次铝粉的喷吹量由第一次喷吹后取样结果决定，当Tv含量需调整0.1％时，根据炉渣量增加铝粉进行喷吹。第二次喷吹通过将残余的钒最大限度的再次还原，并将未沉降的钒微粒通过喷吹气体的搅动而聚集，期间间隙通电加热为钒合金微粒提供沉降条件。

进一步地，冶炼炉为电弧炉，电弧炉可以适应不同种类和规格的钒铁冶炼需求，能够处理多种原料和配方，这种灵活性使得电弧炉在钒铁冶炼领域具有广泛的应用前景。同时，相较于传统的冶炼方法，电弧炉冶炼能够显著降低能源消耗，有助于实现绿色冶炼。

进一步地，冶炼过程通电加热总时间为20～25min。

进一步地，冶炼的温度为1700～1800℃。

本发明另一方面还提供了一种冶炼低铝高钒铁与低刚玉渣残钒的装置，如图2所示，该装置包括：

冶炼炉10，冶炼炉10同轴由上至下设置在竖直方向上的包括第一炉体11、第二炉体12，第一炉体11的直径小于第二炉体12的直径，冶炼主要发生在第二炉体内，设置在上方的炉体直径较小可以防止过程中渣液喷溅；

自动喷吹装置20，自动喷吹装置20包括喷枪21，喷枪21的自由端为弯管22，弯管22的设置位置为第一炉体11内渣层30的1/2-2/3处，弯管22的弯曲角度与竖直方向的夹角为35°～45°。

进一步地，自动喷吹装置内还设置有电动搅拌装置，该装置可以作为喷吹过程的辅助搅拌，对即将喷吹的物料进行搅拌防止堆积粘连。

进一步地，冶炼炉的第一炉体和第二炉体，向上炉体口径缩小，可以有效阻挡喷吹过程中渣液喷溅，炉体还可以设置为双层结构。

进一步地，喷枪出口处，即弯管位于第一炉体11内渣层的1/2～2/3位置、喷枪出口弯管角度通常直径控制在35°～45°之间，可最大限度提高铝粉与渣液的接触面积，促进氧化钒最大效率的反应。

下面根据具体实施例进一步阐述本发明的具体实施方式，本领域技术人员应当理解的是，本发明的实施例中炉外法冶炼高钒铁仅为示例性的，本发明的方法同样适用于其他炉外法冶炼合金各阶段。

实施例1

按理论配铝量的97％进行配铝冶炼，反应结束后，通电加热5min后，再通过钒铁精炼自动喷吹装置按理论配铝量的3％进行第一次喷吹，进行取样分析，通过荧光光谱仪对渣样进行成分分析，测得渣样中TV含量为1.82％，基于渣样中TV情况再通过钒铁精炼自动喷吹装置按理论配铝量的2.6％、硅铁粉10kg进行第二次喷吹精炼。其中第一次喷吹与第二次喷吹间隙10min为通电加热时间，第一次喷吹料为铝粉，第二次喷吹料为铝粉与硅铁粉的混合物，硅铁粉的配入量根据原料硅含量调整。第二次喷吹结束后，再通电加热10min后，并冶炼结束，取热渣样分析，测得渣样中TV含量为0.74％，再进行取冷渣样分析，测得刚玉渣中TV含量为0.48％，对合金进行破碎取样分析，成品铝达1.16％，钒铁产品质量满足《GB/T4139一2012》A级品要求。

对比例1

按理论配铝量的97％进行配铝冶炼，反应结束后，通电加热5min后，再通过钒铁精炼自动喷吹装置按理论配铝量的5％进行喷吹，通电加热20min，并冶炼结束，取热渣样分析，测得热渣样中TV含量为0.96％，再进行取冷渣样分析，测得刚玉渣中TV含量为0.75％，对合金进行破碎取样分析，成品铝达1.56％，钒铁产品质量满足《GB/T 4139一2012》B级品要求。

对比例2

按理论配铝量的103％进行配铝冶炼，反应结束后，通电加热25min，并冶炼结束，取热渣样分析，测得热渣样中TV含量为1.26％，再进行取冷渣样分析，测得刚玉渣中TV含量为0.98％，对合金进行破碎取样分析，成品铝达1.96％，钒铁产品质量满足《GB/T 4139一2012》B级品要求。

通过对比可以看出，使用本发明实施例提供的方法冶炼的钒铁和残渣中，刚玉渣中TV含量低，合金成品中铝含量低，本发明的方法通过减少配料阶段的配铝，使反应阶段配铝不足，尽可能的减少铝的直接沉降。再按理论配铝的2％～3％进行第一次喷吹，进行取样分析，再根据取样结果进行第二次喷吹，通过多次喷吹、搅拌，进一步促进渣液与铝的接触面积，增加钒微粒聚集沉降的概率，可以使炉外法冶炼高钒铁刚玉渣残钒(TV)含量控制在0.55％以下，同时，成品铝低于1.5％，达到国家标准A级品要求。

以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。

应当理解的是，在本文中使用的，除非上下文清楚地支持例外情况，单数形式“一个”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，在本文中使用的“和/或”是指包括一个或者一个以上相关联地列出的项目的任意和所有可能组合。

上述本发明实施例公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。