高碳50釩鐵的低成本生產(chǎn)方法與流程

本發(fā)明涉及一種釩鐵的生產(chǎn)方法，尤其是一種高碳50釩鐵的低成本生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)：
50釩鐵（FeV50）是指含釩48%～55%的釩鐵合金，目前國內(nèi)外普遍采用電硅熱法生產(chǎn)，即將氧化釩、鐵屑（廢鋼）、還原劑（硅鐵、硅鋁鐵等）及白灰等分批次加入電弧爐中，經(jīng)三到四期初煉還原、一期精煉后得到產(chǎn)品，其工藝流程如圖1所示，其具體實施方法是：在釩鐵冶煉過程中，將廢鋼和返爐精渣加入電弧爐后通電進入預(yù)處理期，完成預(yù)處理后分期加入氧化釩、石灰及還原劑，相繼進行初煉一、二、三期冶煉，每期冶煉后出貧渣，初煉三期（或四期）完成后進入精煉期，精煉后停電出釩鐵水，澆注、破碎后得到中釩鐵。該方法具有過程釩損失率低、成品率高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性高等優(yōu)勢。但隨著近年國內(nèi)釩產(chǎn)能的增加，釩鐵、釩氮合金等產(chǎn)量逐年增加，而作為釩鐵、釩氮合金主要消耗產(chǎn)業(yè)的鋼鐵行業(yè)普遍不景氣，造成了釩鐵等釩合金的價格偏低，迫于市場競爭壓力，降低50釩鐵的生產(chǎn)成本，成為提高其產(chǎn)品效益和市場占有率的主要因素。為降低生產(chǎn)成本，當前釩鐵生產(chǎn)企業(yè)采取了以下措施：（1）降低含釩原料的成本：公開號為CN101104891A的專利申請?zhí)峁┝艘环N從釩的低含量溶液中制取釩鐵的方法，其從釩的低含量溶液中沉淀釩酸鐵，再與鋁粒、石灰混合冶煉釩鐵。該方法適用于從低品位含釩礦石焙燒后的中性、酸性浸出液中富集提取釩而制備中釩鐵，由于采用了釩酸鐵作為含釩原料，替代了原有技術(shù)中的氧化釩，而釩酸鐵能夠降低含釩原料的工序成本，故能起到一定降本作用。公開號為CN102477509A的專利申請?zhí)峁┝艘环N中釩鐵的制備方法，其在提釩浸出液與水溶性三價鐵鹽接觸過程中加入一定量氫氧化鈣/氧化鈣，經(jīng)固液分離、煅燒脫水后得到釩酸鐵和釩酸鈣的混合物，作為含釩物料冶煉中釩鐵。該方法解決了沉淀產(chǎn)物成分復(fù)雜，造成洗滌和過濾困難，同時雜質(zhì)Cr(OH)3進入沉淀物會使釩鐵冶煉過程中帶入雜質(zhì)鉻的問題，同時適用于含釩濃度較高的溶液；本方法同樣采用了低成本含釩原料，能起到一定降本作用。以上兩種工藝通過使用生產(chǎn)成本較低、綠色環(huán)保的釩酸鐵、釩酸鈣代替釩氧化物作為含釩原料冶煉釩鐵，避免了傳統(tǒng)工藝氨氮及重金屬離子廢水處理的問題，有效的降低了生產(chǎn)中釩鐵的原料成本。（2）優(yōu)化過程工藝、資源綜合利用：公開號為CN102115800A的專利申請?zhí)峁┝艘环N釩鐵合金清潔生產(chǎn)工藝，該工藝通過將電硅熱法與電鋁熱法兩種生產(chǎn)工藝在同一場地實施，充分利用兩種冶煉釩鐵合金過程原、材料互補性，釩鐵成品破碎產(chǎn)生的釩鐵粉直接用于氮化釩鐵生產(chǎn)，不再返回流程二次熔煉；對電鋁熱法工藝的爐渣、爐襯、工藝廢料，回收用于電硅熱法生產(chǎn)；對兩種工藝產(chǎn)生的冶煉貧渣、除塵灰、工業(yè)廢水進行資源化再利用。該工藝通過優(yōu)化過程工藝，降低工藝流程的綜合能耗，提高冶煉釩鐵合金的資源利用率。上述降低含釩原料的成本、優(yōu)化過程工藝、資源綜合利用等措施對降低50釩鐵的生產(chǎn)成本具有一定的效果，但總體來說目前行業(yè)基本還是采用上世紀90年代初就有的以硅鐵為還原劑，硅鋁鐵為爐渣貧化劑（例如專利申請?zhí)?0106462.9提供的一種釩鐵爐渣貧化劑及其應(yīng)用）電硅熱法冶煉的方法，先用硅鐵使爐渣還原到一定程度后，當爐渣中含釩較低（折V2O5≤2%）時，加入硅鋁鐵合金對爐渣進行貧化還原，使爐渣中殘存釩含量V2O5≤0.35%時，即視為貧渣棄去。該方法有效的提高了鋁的利用率，使鋁材消耗降低34～40%，可從一定程度上降低釩鐵的生產(chǎn)成本，目前，國內(nèi)主要生產(chǎn)廠家均采用硅鐵和硅鋁鐵為還原劑的方式冶煉中釩鐵。該工藝生產(chǎn)50釩鐵生產(chǎn)過程中發(fā)生的主要還原反應(yīng)為式Ⅰ和式Ⅱ：2V2O5+5Si+5CaO==高溫==4V+5CaO·SiO2Ⅰ2V2O5+20/3Al==高溫==4V+10/3Al2O3Ⅱ經(jīng)測算，生產(chǎn)每噸中釩鐵，硅鐵消耗500～600公斤，硅鋁鐵50～100公斤。無論硅鐵合金還是硅鋁鐵合金其主要生產(chǎn)原料硅鐵、硅鋁鐵、純硅及純鋁等，都是工業(yè)電爐或采用熔融電解法得到，生產(chǎn)過程能耗大,不符合現(xiàn)在的環(huán)保要求，同時其價格昂貴，對50釩鐵成本影響很大。可見，還原劑成本是影響50釩鐵生產(chǎn)成本的重要因素，目前使用的硅鐵、硅鋁（鐵）、純硅及純鋁等還原劑消耗量大、價格昂貴、綜合成本高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種高效率的高碳50釩鐵的低成本生產(chǎn)方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：其包括初煉還原工序和精煉工序，其特征在于，所述初煉還原工序：初煉一期加入碳質(zhì)還原劑1～30kg/t釩鐵，替代原硅鐵1～50kg/t釩鐵和硅鋁1～20kg/t釩鐵；初煉二期、三期共可加入碳質(zhì)還原劑20～160kg/t釩鐵，替代原硅鐵30～250kg/t釩鐵和硅鋁鐵10～50kg/t釩鐵；所述精煉工序：精煉期加入碳質(zhì)還原劑10～30kg/t釩鐵，替代硅鋁10～30kg/t釩鐵；精渣罐內(nèi)加入精渣質(zhì)量0～3%碳質(zhì)還原劑，替代硅鐵0～50kg。本發(fā)明優(yōu)選的碳質(zhì)還原劑為石墨粉、焦炭、焦丁、焦煤粉、石墨電極粉、炭黑、木炭、石油焦、煙煤和藍炭中的一種或幾種。更優(yōu)選的，所述碳質(zhì)還原劑為石墨粉、焦炭和/或焦丁。更優(yōu)選的，所述碳質(zhì)還原劑為塊狀、粉狀或球狀，所述塊狀或球狀的粒度為5～40mm。本發(fā)明所述初煉還原工序和精煉工序優(yōu)選的反應(yīng)溫度均為1500℃～2000℃。所述初煉還原工序和精煉工序更優(yōu)選的反應(yīng)溫度均為1600℃～2000℃。進一步的，本發(fā)明所述每期碳質(zhì)還原劑與該期的其他物料混合后持續(xù)加入，每期料的加料持續(xù)時間為15～35min。采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：（1）用低成本的碳質(zhì)還原劑替代了價格較高的硅、鋁質(zhì)還原劑，每噸釩鐵可替代硅鐵30～350kg、硅鋁（鐵）20～100kg，由于碳質(zhì)還原劑價格低，用量少，可大幅度降低生產(chǎn)成本，噸釩鐵成本可下降2000元以上。（2）減少固體廢棄物排放，降低生產(chǎn)成本，并有效提高了生產(chǎn)中的釩收率。硅、鋁質(zhì)還原劑還原產(chǎn)物為氧化硅和氧化鋁，作為固體廢棄物進入渣內(nèi)，碳質(zhì)還原劑還原產(chǎn)物為氣態(tài)，不會進入渣相中，因此大大減少了固體廢棄物排放。冶煉貧渣中殘釩量在0.35%左右，貧渣量減少，可減少貧渣中不可避免的釩損失，提高生產(chǎn)中整體釩收率0.2%～0.8%。（3）碳質(zhì)還原劑還原過程中生成的氣態(tài)物質(zhì)在渣相中可起到一定的攪拌作用，能促進還原反應(yīng)進行，有利于釩的沉降。附圖說明下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。圖1是現(xiàn)有技術(shù)的工藝流程圖；圖2是本發(fā)明的工藝流程圖。具體實施方式本高碳50釩鐵的低成本生產(chǎn)方法，以電硅熱法生產(chǎn)50釩鐵，以碳質(zhì)還原劑部分代替現(xiàn)有50釩鐵生產(chǎn)用硅鐵、硅鋁（鐵）等還原劑冶煉50釩鐵，生產(chǎn)時將碳質(zhì)還原劑與氧化釩、石灰及還原劑（硅鐵等）混合后分期持續(xù)加入到電弧爐內(nèi)，通過控制反應(yīng)溫度、碳質(zhì)還原劑加入量等，即可得到碳含量較高的符合國家標準的高碳50釩鐵；冶煉釩鐵過程中的反應(yīng)為式Ⅲ、式Ⅳ和式Ⅴ：2V2O5+5Si+5CaO==高溫==4V+5CaO·SiO2Ⅲ2V2O5+20/3Al==高溫==4V+10/3Al2O3Ⅳ2V2O5+10C==高溫==4V+10COⅤ。本生產(chǎn)方法的工藝流程如圖2所示，將廢鋼和返爐精渣一起加入到電弧爐內(nèi)送電預(yù)處理后，碳質(zhì)還原劑與其他物料（氧化釩、石灰、硅鐵等）一起分期加入，并在每期冶煉后出貧渣，初煉三期出貧渣后加入氧化釩、石灰、還原劑（硅鐵、硅鋁鐵、碳質(zhì)還原劑等）進入精煉期，精煉后停電出精煉渣（先在精渣包內(nèi)加入部分碳質(zhì)還原劑），出釩鐵水，澆鑄、破碎、精整后得到高碳50釩鐵。冶煉中若初煉二、三期加入的碳質(zhì)還原劑替代硅鐵，硅鋁（鐵）的質(zhì)量分數(shù)超過60%以上時，可在不減少氧化釩加入量的情況下將初煉二、三期冶煉合并為一期，減少一期初煉冶煉。上述控制反應(yīng)溫度需保證在1500℃-2000℃，為進一步降低釩鐵中的碳含量應(yīng)盡量保證反應(yīng)溫度大于1600℃。上述控制加入時機為初煉期、精煉期及出精煉渣時均有加入。初煉一期時少量或不加入碳質(zhì)還原劑，而初煉二、三期可部分或大部采用碳質(zhì)還原劑還原，若貧渣困難時需加入硅鋁（鐵）或鋁進行貧渣；精煉期先采用部分碳質(zhì)還原劑精煉后再采用鋁質(zhì)還原劑精煉以保證釩鐵含釩；而出精煉渣時則是在精渣罐內(nèi)放入碳質(zhì)還原劑后再倒入精渣，還原精渣中的氧化釩。上述控制加料方式為碳質(zhì)還原劑與其他物料（氧化釩、石灰、硅鐵等）混合后分期加入爐內(nèi)，每期爐料由原來的一次性全部加入改為持續(xù)加入，每期料的加料持續(xù)時間為15～35min。上述控制碳質(zhì)還原劑的加料量是每生產(chǎn)1t中釩鐵，可加入碳質(zhì)原劑30～250kg。其中初煉一期加入碳質(zhì)還原劑1～30kg/t釩鐵，替代原硅鐵1～50kg/t釩鐵和硅鋁1～20kg/t釩鐵；初煉二期、三期共可加入碳質(zhì)還原劑20～160kg/t釩鐵，替代原硅鐵30～250kg/t釩鐵和硅鋁鐵10～50kg/t釩鐵；精煉期加入碳質(zhì)還原劑10～30kg/t釩鐵，替代硅鋁10～30kg/t釩鐵；精渣罐內(nèi)加入精渣質(zhì)量0～3%碳質(zhì)還原劑，替代硅鐵0～50kg。綜上所述，每噸釩鐵可替代硅鐵30～350kg，硅鋁（鐵）20～100kg。上述的碳質(zhì)還原劑為石墨粉、焦炭、焦丁、焦煤粉、石墨電極粉、炭黑、木炭、石油焦、煙煤、藍炭等石油煉制、原煤焦化下游固體主產(chǎn)物和副產(chǎn)物中的一種或幾種，特別是冶金行業(yè)應(yīng)用較多的石墨粉、焦炭及焦丁。上述碳質(zhì)還原劑是以塊狀、粉狀或?qū)⒎哿蠅呵蚝蟮那驙罴尤脞C鐵冶煉爐中,塊或球的粒度在5～40mm。實施例1：本生產(chǎn)方法的具體工藝如下所述。電硅熱法冶煉中釩鐵1噸，返爐精渣中加入焦丁20kg，替代還原硅鐵32kg；冶煉過程初煉一期，加入25kg焦丁并減少硅鐵50kg，還原后加硅鋁鐵貧渣，硅鋁鐵減少1kg，在1500～1600℃下完成冶煉后，在初煉二、三期分別加入10kg、10kg焦丁并在二、三期減少硅鐵30kg，硅鋁鐵10kg，在1600～1900℃下進行還原，并根據(jù)反應(yīng)情況加入適量硅鋁貧渣，經(jīng)加入30kg焦丁替代30kg硅鋁鐵精煉后再用硅鋁鐵精煉得到合格高碳釩鐵，釩收率由96.3%提高到96.5%，其主要化學(xué)成分（wt）為：V49.52%、Si0.55%、C2.81%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。實施例2：本生產(chǎn)方法的具體工藝如下所述。電硅熱法冶煉中釩鐵1噸，返爐精渣中不加入碳質(zhì)還原劑，釩鐵冶煉過程初煉一、二、三期，分別加入30kg、60kg、40kg焦炭，一期替代硅鐵30kg，硅鋁鐵20kg，二期替代硅鐵78kg，硅鋁鐵20kg，三期替代硅鐵55kg，硅鋁鐵10kg，并加入10kg石墨球團替代20kg硅鋁鐵精煉后再加硅鋁鐵精煉最終得到合格高碳釩鐵，釩收率由96.3%提高到96.6%，其主要化學(xué)成分為：V50.23%、Si0.91%、C3.7%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。實施例3：本生產(chǎn)方法的具體工藝如下所述。電硅熱法冶煉中釩鐵1噸，返爐精渣中加入石墨粉壓制的球團25kg替代硅鐵50kg，釩鐵冶煉過程初煉一期加入13kg壓球烘干石墨球團，替代硅鐵25kg，硅鋁鐵20kg；二、三期冶煉合并為一期并加入160kg壓球烘干石墨球團，可替代硅鐵250kg，硅鋁鐵50kg，精煉期加入10kg石墨球團替代20kg硅鋁鐵精煉后再加硅鋁鐵精煉最終得到合格高碳釩鐵，釩收率由96.3%提高到97.1%，其主要化學(xué)成分為：V51.31%、Si0.87%、C4.2%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。實施例4：本生產(chǎn)方法的具體工藝如下所述。電硅熱法冶煉中釩鐵1噸，返爐精渣中加入焦丁20kg，替代硅鐵30kg，釩鐵冶煉過程初煉一期加入1kg焦丁，減少硅鐵kg還原后加硅鋁鐵貧渣，將二、三期初煉分別加入焦碳50kg，焦丁50kg并減少硅鐵加入量120kg，硅鋁鐵35kg，精煉期加入10kg焦丁替代10kg硅鋁鐵精煉后再加硅鋁鐵精煉最終得到合格高碳釩鐵，釩收率由96.3%提高到96.7%，其主要化學(xué)成分為：V50.61%、Si0.36%、C1.59%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。