專利名稱：一種使用釩鐵電弧爐生產(chǎn)含氮釩鐵合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用普通釩鐵電弧爐生產(chǎn)含氮釩鐵合金的方法，屬于有色金屬冶煉技術(shù)領(lǐng)域，是一種鐵合金生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
釩是鋼鐵工業(yè)中一種重要的合金元素，全世界85%以上的釩用于鋼鐵生產(chǎn)，釩在鋼中與氮等元素相互作用可以起到改善鋼材諸多性能的作用。鋼鐵工業(yè)中使用的含釩原料主要有釩鐵、氮化釩、氮化釩鐵等。釩鐵合金其主要成份是釩和鐵，是產(chǎn)量最大的釩制品。釩鐵生產(chǎn)一般使用釩鐵電弧爐，以釩氧化物為原料、按照硅熱法、鋁熱法或電鋁熱法等方法生產(chǎn)。氮化釩其主要成分為VN，其生產(chǎn)一般使用推板窯法、微波法或真空碳還原法，將釩氧化物原料與輔料按照一定配方混合后壓球，固態(tài)下在富氮的環(huán)境中進(jìn)行還原、氮化，經(jīng)冷卻獲得氮化釩產(chǎn)品。氮化釩鐵以釩鐵為原料，二次滲氮加工獲得富氮的氮化釩鐵，氮化釩鐵生產(chǎn)方法在實際應(yīng)用中的主要有固態(tài)滲氮法及在燒結(jié)過程中滲氮的自擴(kuò)散高溫合成法等。氮化釩和氮化釩鐵等含氮的釩制品作為鋼鐵添加劑使用時，因為氮元素的作用，往往獲得比普通釩鐵更佳的使用效果和更少的釩用量?，F(xiàn)有的氮化釩或氮化釩鐵的生產(chǎn)技術(shù)門檻較高，且大量采用固態(tài)滲氮的方法，生產(chǎn)效率和產(chǎn)量較低，生產(chǎn)能耗偏高，普通釩鐵仍然是產(chǎn)量最大的釩產(chǎn)品。如何改造普通釩鐵電弧爐生產(chǎn)出含氮釩鐵合金即為本發(fā)明涉及的內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)在于提出一種改造普通釩鐵電弧爐生產(chǎn)含氮釩鐵合金方法。冶煉釩鐵合金的主體裝置為釩鐵電弧爐，其公稱容量一般為300 5000kg，采用三相電極供電加熱，變壓器容量一般為300 3000KVA，爐體采用氧化鎂磚砌筑或鎂砂打結(jié)，爐蓋使用鎂鉻磚或高鋁磚砌筑。釩鐵電弧爐冶煉釩鐵合金的原料為五氧化二釩熔片(主要成分為V205)、娃鐵、金屬招(娃招鐵)、生石灰和廢鋼，冶煉周期為2 6小時，冶煉電耗大于 1200kwh/t。釩鐵冶煉過程中，主要化學(xué)反應(yīng)如下:V205+Si+Ca0 ^ V+(CaO).(SiO2)V205+A1 — V+ (Al2O3)化學(xué)反應(yīng)過程吸熱，需要補(bǔ)充電能。經(jīng)過還原和精煉，最終可獲得含釩超過40%的鑰；鐵合金，最聞含f凡量可達(dá)到70%左右。

傳統(tǒng)的電弧爐生產(chǎn)釩鐵合金過程中，金屬釩均以熔融態(tài)存在，形成釩鐵液存在于電弧爐熔池底部，還原反應(yīng)產(chǎn)生的液態(tài)爐渣覆蓋釩鐵液，能防止空氣對釩鐵的氧化，同時也阻止了空氣中的氮氣向釩鐵中的滲透。
根據(jù)熱力學(xué)計算
權(quán)利要求
1.一種使用釩鐵電弧爐生產(chǎn)含氮釩鐵合金的方法，其特征在于:在釩鐵電弧爐爐底或爐壁安裝單支或多支氮/氬噴吹裝置，通過向釩鐵電弧爐熔池內(nèi)自由噴吹氮氣和氬氣，在釩鐵液中進(jìn)行液態(tài)滲氮，最終獲得含氮釩鐵合金；氮/氬噴吹裝置采用金屬環(huán)縫管或耐火材料狹縫透氣磚的方式設(shè)計，其與外部控制閥組配合，能夠?qū)崿F(xiàn)向釩鐵電弧爐熔池內(nèi)自由噴吹氮氣和氬氣，單支氮/氬噴吹裝置的氣體噴吹流量控制范圍為2(T500NL/min。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使用釩鐵電弧爐生產(chǎn)含氮釩鐵合金的方法，其特征在于，電弧爐內(nèi)的冶煉含氮釩鐵合金過程分兩步進(jìn)行，第一步是攪拌還原期，在吹氬攪拌的條件下用硅鐵和金屬鋁還原五氧化二釩，得到高硅的釩硅鐵合金；第二步是精煉增氮期，用過量的五氧化二釩精煉釩硅鐵合金，降低硅含量，同時持續(xù)噴吹氮氣增氮，最終獲得含氮釩鐵合金；具體冶煉過程如下: 1)上一爐出鐵后，補(bǔ)爐； 2)加入生產(chǎn)所需要的全部廢鋼； 3)開啟氮/氬噴吹裝置，噴吹氣體為氬氣，單點噴吹流量為2(T200NL/min: 4)開始通電，并將上一爐的精煉富釩渣返回爐內(nèi)； 5)攪拌還原期開始，攪拌還原期內(nèi)分為二個或三個階段，將冶煉所需的五氧化二釩熔片、硅鐵、石灰和金屬鋁分為二或三份，按階段分配，每階段內(nèi)操作過程相同；攪拌還原期內(nèi)，氮/氬噴吹裝置持續(xù)噴吹A(chǔ)r氣，攪拌熔池，并保證氣路通暢； 攪拌還原期內(nèi)每階段操作過程為:提高Ar氣噴吹流量，單點流量達(dá)到10(T500NL/min ；加入本階段所有的五氧化二釩熔片、石灰和60-80%的的硅鐵，開始使用變壓器最低檔位供電；隨著原料的熔化，逐步提高供電檔位；待熔池形成后，使用最高檔位供電，使?fàn)t料迅速熔化；直到原料熔清后，供電檔位降低一或二檔，加入剩余的硅鐵，再加鋁還原渣中的V2O5,保持Ar氣噴吹流量，充分?jǐn)嚢枞鄢?；?dāng)爐渣中的(V205)〈0.35%時，降低Ar氣噴吹單點流量為2(T200NL/min，扒出貧釩渣；準(zhǔn)備進(jìn)入下一階段； 經(jīng)過二個或三個階段，攪拌還原期結(jié)束時，電弧爐內(nèi)釩硅鐵合金液的成分為:[V]40 50%，[Si] 8 10%，余量為 Fe ； 攪拌還原期結(jié)束后，精煉滲氮期開始；加入五氧化二釩熔片和石灰的混合料；噴吹氣體由氬氣切換為氮氣，同時提高噴吹流量，單支流量設(shè)定為10(T500NL/min，利用氣體攪拌力混勻熔池，降低爐內(nèi)釩硅鐵合金中的硅和提高釩含量，氮氣滲透進(jìn)入熔池，形成釩氮化合物，最終電弧爐內(nèi)含氮釩鐵液的成分為:[V]45 60%，[Si]<2%, [N]>2%； 6)成分合格后，降低噴吹氮氣流量，單支流量設(shè)定為2(Tl00NL/min，使渣鐵充分分離，扒出精煉富釩渣待用； 7)含氮釩鐵合金鑄入錠模，在氮氣保護(hù)下自然冷卻，獲得最終產(chǎn)品。
全文摘要
一種使用釩鐵電弧爐生產(chǎn)含氮釩鐵合金的方法，屬于有色金屬冶煉技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明在公稱容量一般為300～5000kg釩鐵電弧爐的爐底或爐壁安裝單支或多支氮/氬噴吹裝置，可以實現(xiàn)向釩鐵電弧爐熔池內(nèi)自由噴吹氮氣和氬氣，使用選定的原料，最終可以獲得成分為[V]45～60%，[Si]<2%，[N]2～8%的含氮釩鐵合金，作為鋼鐵添加劑使用，與普通釩鐵相比，可降低合金用量10%以上，釩元素收得率提高1%，冶煉周期縮短30分鐘以上，冶煉電耗降低10～15%，冶煉綜合成本降低2%以上。
文檔編號C22C33/04GK103173676SQ201310080490
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月13日
發(fā)明者董凱, 朱榮, 白瑞國, 劉文娟, 李東明 申請人:北京科技大學(xué)