本發明屬于鐵合金領域，具體而言，本發明涉及制備釩鐵合金的方法。
背景技術：
世界上的釩約80％用于鋼鐵工業，主要用于生產微合金鋼和低合金鋼。釩對合金鋼有著重要的作用，當鋼中加入釩時，鋼的綜合性能會顯著改善。釩在鋼液中會與碳及氮元素形成碳化物和氮化物，以細小的第二相析出對鋼起到強化作用。釩作為合金元素加入鋼中能使鋼的強度提高，鋼的晶粒細化，消除鋼的過熱傾向，并可改善鋼的赤熱硬性、耐磨及焊接性能。釩作為合金元素常以釩鐵形式加入鋼中，含釩鋼被廣泛應用于機械制造、航空航天、建筑路橋等行業。
目前生產釩鐵合金的方法根據還原劑的不同其制備方法主要分為電硅熱法、鋁熱法和電鋁熱法。電硅熱法主要以五氧化二釩添加石灰、鋼屑、硅鐵和鋁粒為原料進行冶煉，鋁熱法和電鋁熱法主要以五氧化二釩添加石灰、鋼屑和鋁粒為原料進行冶煉。硅的還原性能較金屬鋁差，對含釩原料、渣系組成以及產品牌號有一定的要求，同時釩收率相對較低，其應用范圍遠不如鋁熱還原工藝。鋁熱還原具有還原能力強、釩收率高等特點，但由于金屬鋁的價格相對較高，且釩鐵產品市場價格波動較大，導致鋁熱法冶煉釩鐵的經濟效益得不到有效地保障。
由此，現有的釩鐵冶煉技術在降低能耗和成本方面還有很大空間可以挖掘。
技術實現要素：
本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出一種制備釩鐵合金的方法。該方法將五氧化二釩進行分級還原，再利用現有工藝在電石爐中冶煉，與現有釩鐵冶煉工藝相比，綜合能耗節約12％以上，鋁粒消耗降低70％以上。
本申請是基于發明人下列發現完成的：釩作為合金元素常以釩鐵形式加入鋼中，由于釩的加入，可提高鋼的強度，細化鋼的晶粒，消除鋼的過熱傾向，同時可改善鋼的赤熱硬性、耐磨及焊接性能，因此含釩鋼被廣泛應用于機械制造、航空航天、建筑路橋等行業。目前生產釩鐵合金的方法根據還原劑的不同有電硅熱法、鋁熱法和電鋁熱法。電硅熱法因硅的還原性能較金屬鋁差，同時釩收率相對較低等因素，其應用范圍遠不如鋁熱法和電鋁熱法。鋁熱法和電鋁熱法主要以五氧化二釩添加石灰、鋼屑和鋁粒為原料進行冶煉，具有還原能力強、釩收率高等特點，但由于金屬鋁的價格相對較高，且釩鐵產品市場價格波動較大，導致鋁熱法冶煉釩鐵的經濟效益得不到有效地保障。鑒于此，本申請的發明人通過對現有的制備釩鐵合金的技術進行積極探索，旨在解決現有技術中的缺陷，以期得到工藝簡單、能耗和成本較低的制備釩鐵合金的工藝。
為此，在本發明的一個方面，本發明提出了一種制備釩鐵合金的方法。根據本發明的實施例，該方法包括：(1)將五氧化二釩與中低階煤進行混合造球，以便得到混合球團；(2)將所述混合球團供給至還原焙燒裝置中進行還原焙燒處理，以便得到含有低價釩氧化物的混合物；(3)將所述含有低價釩氧化物的混合物與鋼屑、鋁粒和石灰混合后供給至電石爐中進行冶煉處理，以便得到釩鐵合金。
由此，根據本發明實施例的制備釩鐵合金的方法通過將五氧化二釩與中低階煤進行混合造球，有利于增加五氧化二釩和中低階煤的接觸面積，使得五氧化二釩與中低階煤接觸充分，從而提高后續混合球團的還原焙燒處理效率，降低還原焙燒處理的能耗。混合球團在還原焙燒裝置中進行還原焙燒處理，利用廉價的中低階煤在低溫還原五氧化二釩中絕大多數的氧，得到低價釩氧化物的混合物(主要為一氧化釩、三氧化二釩和二氧化釩的混合物)，有利于減少后續電石爐冶煉過程中大量的鋁粒原料投入，降低生產成本。同時，通過對五氧化二釩進行預還原，有利于降低后續電石爐的能耗。
另外，根據本發明上述實施例的制備釩鐵合金的方法還可以具有如下附加的技術特征：
在本發明的一些實施例中，在步驟(1)中，所述中低階煤中的灰分不高于10wt％。由此，有利于提高釩鐵合金的品位。
在本發明的一些實施例中，在步驟(1)中，將所述五氧化二釩與所述中低階煤按照質量比為100：(7～20)進行混合造球。由此，可進一步提高釩鐵合金的品位。
在本發明的一些實施例中，在步驟(2)中，所述還原焙燒裝置為回轉窯、多膛爐、隧道窯或轉底爐。由此，可顯著提高還原焙燒處理的效率。
在本發明的一些實施例中，在步驟(2)中，所述還原焙燒處理的溫度為600-650攝氏度。由此，可進一步提高釩鐵合金的品位。
在本發明的一些實施例中，在步驟(3)中，將所述含有低價釩氧化物的混合物與所述鋼屑、所述鋁粒、所述石灰按質量比100：(10～100)：(55～90)：(7～12)進行混合。由此，可進一步提高釩鐵合金的品位。
在本發明的一些實施例中，在步驟(3)中，所述釩鐵合金為FeV40、FeV50、FeV60或FeV80。
本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
附圖說明
本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：
圖1是是根據本發明一個實施例的制備釩鐵合金的方法流程示意圖。
具體實施方式
下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
在本發明的一個方面，本發明提出了一種制備釩鐵合金的方法。根據本發明的實施例，該方法包括：(1)將五氧化二釩與中低階煤進行混合造球，以便得到混合球團；(2)將混合球團供給至還原焙燒裝置中進行還原焙燒處理，以便得到含有低價釩氧化物的混合物；(3)將含有低價釩氧化物的混合物與鋼屑、鋁粒和石灰混合后供給至電石爐中進行冶煉處理，以便得到釩鐵合金。發明人通過大量實驗意外發現，通過將五氧化二釩與中低階煤進行混合造球，有利于增加五氧化二釩和中低階煤的接觸面積，使得五氧化二釩與中低階煤接觸充分，從而提高后續混合球團的還原焙燒處理效率，降低還原焙燒處理的能耗。混合球團在還原焙燒裝置中進行還原焙燒處理，利用廉價的中低階煤在低溫還原五氧化二釩中絕大多數的氧，得到低價釩氧化物的混合物(主要為一氧化釩、三氧化二釩和二氧化釩的混合物)，有利于減少后續電石爐冶煉過程中大量的鋁粒原料投入，降低生產成本。同時，通過對五氧化二釩進行預還原，有利于降低后續電石爐的能耗。
下面參考圖1對本發明實施例的制備釩鐵合金的方法進行詳細描述。根據本發明的實施例，該方法包括：
S100：將五氧化二釩與中低階煤進行混合造球
該步驟中，將五氧化二釩與中低階煤進行混合造球，以便得到混合球團。發明人發現，通過將五氧化二釩與中低階煤進行混合造球，有利于增加五氧化二釩和中低階煤的接觸面積，使得五氧化二釩與中低階煤接觸充分，從而提高后續混合球團的還原焙燒處理效率，降低還原焙燒處理的能耗。
根據本發明的一個實施例，中低階煤中的灰分并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，中低階煤中的灰分可以不高于10wt％。發明人發現，灰分過高會導致最終所得釩鐵合金中的雜質含量過高，從而影響釩鐵合金的品位。
根據本發明的再一個實施例，五氧化二釩與中低階煤的質量比并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，五氧化二釩與中低階煤可以按照質量比為100：(7～20)進行混合造球。發明人發現，當中低階煤用量過低時，會導致后續冶煉處理中五氧化二釩還原不充分，且在后續冶煉處理時電石爐將消耗更多的鋁粒和電能，不利于節能和節約成本；當中低階煤用量過高時，在冶煉處理過程中會產生過剩碳，導致最終釩鐵合金中碳含量過高，從而影響釩鐵合金的品位。
S200：將混合球團供給至還原焙燒裝置中進行還原焙燒處理
該步驟中，將混合球團供給至還原焙燒裝置中進行還原焙燒處理，以便得到含有低價釩氧化物的混合物。發明人發現，混合球團在還原焙燒裝置中進行還原焙燒處理，利用廉價的中低階煤在低溫還原五氧化二釩中絕大多數的氧，得到低價釩氧化物的混合物(主要為一氧化釩、三氧化二釩和二氧化釩的混合物)，有利于減少后續電石爐冶煉過程中大量的鋁粒原料投入，降低生產成本。同時，通過對五氧化二釩進行預還原，有利于降低后續電石爐的能耗。
根據本發明的一個實施例，還原焙燒裝置并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，還原焙燒裝置可以為回轉窯、多膛爐、隧道窯或轉底爐。由此，可顯著提高還原焙燒處理的效率。
根據本發明的再一個實施例，還原焙燒處理的溫度并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，還原焙燒處理的溫度可以為600-650攝氏度。發明人發現，還原焙燒處理的溫度過低時還原效果差，而溫度過高時五氧化二釩出現熔化，會影響還原反應的動力學條件，不利于還原焙燒裝置中還原反應的進行。
S300：將含有低價釩氧化物的混合物與鋼屑、鋁粒和石灰混合后供給至電石爐中進行冶煉處理
該步驟中，將含有低價釩氧化物的混合物與鋼屑、鋁粒和石灰混合后供給至電石爐中進行冶煉處理，以便得到釩鐵合金。由此，有利于降低綜合電石爐能耗和鋁粒消耗。
根據本發明的一個實施例，含有低價釩氧化物的混合物與鋼屑、鋁粒、石灰的質量比并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，含有低價釩氧化物的混合物與鋼屑、鋁粒、石灰可以按質量比100：(10～100)：(55～90)：(7～12)進行混合。發明人發現，鋼屑的質量多少要參考最終目標產品釩鐵合金的牌號來定，例如冶煉FeV80所需外配的鋼屑的質量最多，而冶煉FeV40所需的鋼屑的質量最少。鋁粒和石灰的質量也隨著鋼屑的配入量正比例變化。
根據本發明的再一個實施例，釩鐵合金可以為FeV40、FeV50、FeV60或FeV80。
根據本發明實施例的制備釩鐵合金的方法通過將五氧化二釩與中低階煤進行混合造球，有利于增加五氧化二釩和中低階煤的接觸面積，使得五氧化二釩與中低階煤接觸充分，從而提高后續混合球團的還原焙燒處理效率，降低還原焙燒處理的能耗。混合球團在還原焙燒裝置中進行還原焙燒處理，利用廉價的中低階煤在低溫還原五氧化二釩中絕大多數的氧，得到低價釩氧化物的混合物(主要為一氧化釩、三氧化二釩和二氧化釩的混合物)，有利于減少后續電石爐冶煉過程中大量的鋁粒原料投入，降低生產成本。同時，通過對五氧化二釩進行預還原，有利于降低后續電石爐的能耗。
下面參考具體實施例，對本發明進行描述，需要說明的是，這些實施例僅僅是描述性的，而不以任何方式限制本發明。
實施例1
將五氧化二釩(V2O5品位95％)與中低階煤(褐煤，灰分小于10％)按照質量比100：7進行配料、混合和造球，得到混合球團；將上述混合球團供給至還原焙燒裝置(轉底爐)中進行還原焙燒處理，還原焙燒處理的溫度為600攝氏度，得到含有低價釩氧化物的混合物，物相分析得出該含有低價釩氧化物的混合物主要為一氧化釩、三氧化二釩和二氧化釩的混合物；將上述含有低價釩氧化物的混合物與鋼屑、鋁粒和石灰按質量比100：10：55：7進行配料混合，混合后供給至電石爐中進行冶煉處理，得到釩鐵合金。
經檢測，所得釩鐵合金中V的質量百分含量為82.43wt％，雜質Al的質量百分含量為1.94wt％，雜質C的質量百分含量為0.14wt％，雜質Si的質量百分含量為1.24wt％，符合FeV80的牌號要求。與現有釩鐵冶煉工藝相比，綜合能耗節約15％，鋁粒消耗降低70％。
實施例2
將五氧化二釩(V2O5品位95％)與中低階煤(煙煤，灰分小于10％)按照質量比100：11進行配料、混合和造球，得到混合球團；將上述混合球團供給至還原焙燒裝置(回轉窯)中進行還原焙燒處理，還原焙燒處理的溫度為620攝氏度，得到含有低價釩氧化物的混合物，物相分析得出該含有低價釩氧化物的混合物主要為一氧化釩、三氧化二釩和二氧化釩的混合物；將上述含有低價釩氧化物的混合物與鋼屑、鋁粒和石灰按質量比100：100：70：9進行配料混合，混合后供給至電石爐中進行冶煉處理，得到釩鐵合金。
經檢測，所得釩鐵合金中V的質量百分含量為42.47wt％，雜質Al的質量百分含量為1.5wt％，雜質C的質量百分含量為0.55wt％，雜質Si的質量百分含量為1.54wt％，符合FeV40的牌號要求。與現有釩鐵冶煉工藝相比，綜合能耗節約12％，鋁粒消耗降低75％。
實施例3
將五氧化二釩(V2O5品位95％)與中低階煤(褐煤，灰分小于10％)按照質量比100：7進行配料、混合和造球，得到混合球團；將上述混合球團供給至還原焙燒裝置(隧道窯)中進行還原焙燒處理，還原焙燒處理的溫度為630攝氏度，得到含有低價釩氧化物的混合物，物相分析得出該含有低價釩氧化物的混合物主要為一氧化釩、三氧化二釩和二氧化釩的混合物；將上述含有低價釩氧化物的混合物與鋼屑、鋁粒和石灰按質量比100：70：90：10進行配料混合，混合后供給至電石爐中進行冶煉處理，得到釩鐵合金。
經檢測，所得釩鐵合金中V的質量百分含量為51.78wt％，雜質Al的質量百分含量為1.34wt％，雜質C的質量百分含量為0.54wt％，雜質Si的質量百分含量為1.44wt％，符合FeV50的牌號要求。與現有釩鐵冶煉工藝相比，綜合能耗節約17％，鋁粒消耗降低80％。
實施例4
將五氧化二釩(V2O5品位95％)與中低階煤(煙煤，灰分小于10％)按照質量比100：20進行配料、混合和造球，得到混合球團；將上述混合球團供給至還原焙燒裝置(轉底爐)中進行還原焙燒處理，還原焙燒處理的溫度為650攝氏度，得到含有低價釩氧化物的混合物，物相分析得出該含有低價釩氧化物的混合物主要為一氧化釩、三氧化二釩和二氧化釩的混合物；將上述含有低價釩氧化物的混合物與鋼屑、鋁粒和石灰按質量比100：80：90：12進行配料混合，混合后供給至電石爐中進行冶煉處理，得到釩鐵合金。
經檢測，所得釩鐵合金中V的質量百分含量為62.61wt％，雜質Al的質量百分含量為1.86wt％，雜質C的質量百分含量為0.59wt％，雜質Si的質量百分含量為1.38wt％，符合FeV60的牌號要求。與現有釩鐵冶煉工藝相比，綜合能耗節約20％，鋁粒消耗降低82％。
在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。
盡管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在本發明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。