本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种钒铁合金的制备方法。
背景技术：
钒铁合金被广泛应用于含钒微合金钢中，它具有细晶强化和沉淀强化的双重强化机制，从而降低过热敏感性，提高钢材的强度以及耐磨性。广泛应用于建筑、航空航天、路桥等行业。钒铁合金的生产主要有硅热还原法、铝热还原法及碳热还原法等热还原法。由于铝的还原活性较强，还原过程发热量大，铝热还原应用最为广泛。当前钒铁生产企业冶炼主要含钒原料以v2o5为主，随着新技术及新工艺的开发，国内外少数几家企业逐渐掌握了以v2o3为原料电铝热法制备钒铁合金的方法。
目前世界上钒铁合金冶炼方法可分为一步法、两步法和多期法。其中，一步法冶炼工艺简单，但钒收率相对偏低，且产品质量受控于原料品质和配料精度；两步法主要通过添加过量还原剂对含钒物料进行强化还原后，进一步通过精炼脱除合金中多余的还原剂，从而达到降低了渣中钒损目的；多期法是在两步法的基础上，通过分期配铝、分批加料和多次出渣的操作，实现冶炼渣中钒损的降低和冶炼效率的提高，并在一定程度上增强冶炼系统的稳定性。
zl201510496769.1提出一种以金属铝作为还原剂，以v2o3和v2o5混合钒氧化物为原料，以带有出渣和出铁功能的大型电炉为主体设备的多期铝热还原钒铁制备方法，在综合配铝系数≤1.05的前提下，按照冶炼期次采用梯度递减的配铝方式进行冶炼操作，能够大幅降低冶炼前期渣中钒含量，实现了渣中钒损和单位铝耗的降低，但是该方法的热动力学条件还有待改善。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种钒铁合金的制备方法，该方法不仅有利于改善冶炼过程的热动力学条件，还能够大幅降低渣中钒损。
本发明的技术方案为：一种钒铁合金的制备方法，包括以下步骤：
a以含钒物料为原料，将冶炼过程分为n期，按各期分别配置混合料，将1～n-1期混合料分两批次入炉冶炼，在第n-1期冶炼结束，出渣后，将第n期混合料一次性加至炉中进行冶炼预还原；
其中，1～n-1期第一批混合料的配铝系数为1.0～1.1，1～n-1期第二批混合料的配铝系数为1.0～1.4，第n期混合料的配铝系数为0.2～1.0，总炉料的综合配铝系数为1.00～1.08；
b还原结束后，将熔融渣金倾翻至精炼炉中进行精炼；精炼结束后，待炉体自然冷却后拆炉，分离渣金得合金。
其中，上述钒铁合金的制备方法，步骤a中，第1期第一批和第二批混合料的配铝系数分别为1.0～1.1和1.05～1.4；第2～n-1期第一批和第二批混合料的配铝系数分别为1.0～1.05和1.05～1.2。
其中，上述钒铁合金的制备方法，步骤a中，1～n-1期第一批混合料的配铝系数≤1～n-1期第二批混合料的配铝系数。
其中，上述钒铁合金的制备方法，步骤a中，1～n-1期内，第i期配铝系数≥第i 1期配铝系数，i＝1～n-2。
其中，上述钒铁合金的制备方法，步骤a中，第n期混合料的配铝系数为0.2～1.0。
其中，上述钒铁合金的制备方法，步骤a满足以下至少一项：
1～n-1期，第i期含钒物料与第i 1期含钒物料的重量比以含钒量计为1：0.8～1.2，i＝1～n-2；
1～n-1期总含钒物料与第n期含钒物料的重量比以含钒量计为20：2～5；
1～n-1期，第一批混合料与第二批混合料重量比以含钒量计为1：0.8～1.2。
其中，上述钒铁合金的制备方法，步骤a满足以下至少一项：
所述含钒物料为钒氧化物、含钒除尘灰或含钒细粉中的一种以上；
优选的，所述含钒物料中钒氧化物的重量比≥80％；
更优选的，所述钒氧化物为v2o3和/或v2o5；
所述混合料是由含钒物料、铁、al和造渣剂组成，其中，铁的总添加量根据生产的合金产品中钒铁质量比计算得到，然后均匀分配到各期次各批次原料中；造渣剂选自钙氧化物或钙盐，其添加量为含钒物料中钒重量的5～15％；
n为3～5中的任一整数。
其中，上述钒铁合金的制备方法，其特征在于：各期反应完全的标准为渣中钒含量降幅≤0.05％/min，各期出渣量不低于总渣量的80％。
其中，上述钒铁合金的制备方法，步骤b中，第n期冶炼预还原时间为1～3min/吨合金，精炼时间为1～3min/吨合金。
其中，上述钒铁合金的制备方法，步骤b中，精炼炉中预装了还原剂和助熔剂的混合物；优选的，还原剂为铝和/或硅铁，其添加量不大于单炉综合还原剂理论添加量的2～8％；助熔剂为含ca、k或na的低熔点氧化物或盐，其添加量与还原剂添加量的重量比为0.5～1：1。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明对冶炼过程各期及期次内配铝系数进行了重新分配，即在保证冶炼各期次配铝系数逐渐降低(第1～n-1期配铝系数≥1.0，第n期配铝系数＜1；且1～n-1期内，第i期配铝系数≥第i 1期)的基础上，在单一冶炼期次内形成梯度递增的方式(期次内第一批原料配铝系数小于第二批配铝系数)进行配铝，不仅能够满足过量配铝系数的热力学条件，同时还能进一步提高各冶炼期次的反应动力学条件，并且能够大幅降低渣中钒损。
具体实施方式
具体的，一种钒铁合金的制备方法，包括以下步骤：
a以含钒物料为原料，将冶炼过程分为n期，按各期分别配置混合料，将1～n-1期混合料分两批次入炉冶炼，在第n-1期冶炼结束，出渣后，将第n期混合料一次性加至炉中进行冶炼预还原；
其中，1～n-1期第一批混合料的配铝系数为1.0～1.1，1～n-1期第二批混合料的配铝系数为1.0～1.4，第n期混合料的配铝系数为0.2～1.0，总炉料的综合配铝系数为1.00～1.08；
b还原结束后，将熔融渣金倾翻至精炼炉中进行精炼；精炼结束后，待炉体自然冷却后拆炉，分离渣金得合金。
本发明方法的配铝方式为：在保证冶炼各期次配铝系数逐渐降低(第1～n-1期配铝系数≥1.0，第n期配铝系数＜1；且1～n-1期内，第i期配铝系数≥第i 1期)的基础上，在单一冶炼期次内形成梯度递增的方式(期次内第一批原料配铝系数小于第二批配铝系数)进行配铝。
本发明中，i＝1～n-2，n为整数，具体为什么数值可以根据实际的冶炼情况确定，一般情况下，n＝3、4、5。
本发明方法中，1～n-1期，第i期含钒物料与第i 1期含钒物料的重量比以含钒量计为1：0.8～1.2，i＝1～n-2；1～n-1期总含钒物料与第n期含钒物料的重量比以含钒量计为20：2～5；1～n-1期，第一批混合料与第二批混合料重量比以含钒量计为1：0.8～1.2。
本发明的混合料是由含钒物料、铁、al和造渣剂组成，其中，铁的总添加量根据生产的合金产品中钒铁质量比计算得到，然后均匀分配到各期次各批次原料中；造渣剂选自钙氧化物或钙盐，其添加量为含钒物料中钒重量的5～15％。
本发明各期反应完全的标准为渣中钒含量降幅≤0.05％/min，各期出渣量不低于总渣量的80％。
本发明的“理论添加量”为获得某标准牌号钒铁合金时，单位含钒物料所需的理论还原剂(铝、硅铁)以及对应所需配加的理论铁添加量。
混合料中铁添加量以单炉总投入含钒物料(钒记重量)为标准，并按照相应牌号钒铁合金质量比，通过计算得到该炉次总铁添加量，并将其均匀分配到各期次各批次原料；混合料中造渣剂添加量以含钒物料(钒记重量)为标准，按照5％～15％的比例添加。
本发明的“配铝系数”为理论铝耗量的倍数，当配铝系数为1.0时，理论铝耗量的计算方法如下：
单位v2o5/除尘灰理论铝耗量为：
单位v2o3理论铝耗量为：
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
以下实施例中混合料除冶炼原料外，还包括所需铁及对应造渣剂，造渣剂为石灰；铁添加量以单炉总投入含钒物料(以钒记重量)为标准，并按照相应牌号钒铁合金质量比，通过计算得到该炉次总铁添加量，并将其均匀分配到各期次各批次原料；造渣剂添加量占含钒物料(以钒记重量)重量的10％。
以下实施例在每期次冶炼前后分别进行加料和出渣操作。
实施例1
冶炼条件：冶炼原料为v2o5、v2o3和含钒除尘灰(钒质量分数36.2％)，其重量比为2：6：2。分3期冶炼，第1、2期第一批混合料配铝系数为1.0，第1、2期第二批混合料配铝系数为1.05，第3期混合料配铝系数为1.0，单炉综合配铝系数为1.02。第1期与第2期含钒物料重量比(以含钒量计)为1：1，第1、2期总含钒物料与第3期含钒物料重量比(以含钒量计)为20：2。第3期冶炼预还原时间为1min/吨合金，然后将熔融渣金倾翻至精炼炉中进行精炼操作，精炼炉中预装有硅铁和cao，硅铁的添加量为综合还原剂理论添加量的6wt％，硅铁与cao的重量比为1：1，精炼时间为1min/吨合金，精炼结束后待炉体自然冷却后拆炉，分离渣金得合金。
按照上述冶炼条件及操作，第1、2期渣中钒含量为2.2％，精炼炉渣中钒含量为0.5％，钒铁收率为95.3％，单位电耗为1100kwh/吨，合金中铝含量为2.0％。
实施例2
冶炼条件：冶炼原料为v2o5、v2o3和含钒除尘灰(钒质量分数36.3％)和含钒细粉(钒质量分数50.5％)，其重量比为2：6：1：1。分3期冶炼，第1、2期第一批混合料配铝系数为1.0，第1、2期第二批混合料配铝系数为1.1，第3期混合料配铝系数为0.4，单炉综合配铝系数为1.05。第1期与第2期含钒物料重量比(以含钒量计)为1：1，第1、2期总含钒物料与第3期含钒物料重量比(以含钒量计)为20：3。第3期冶炼预还原时间为1min/吨合金，然后将熔融渣金倾翻至精炼炉中进行精炼操作，精炼炉中预装有al和cao，al的添加量为综合还原剂理论添加量的3wt％，al与cao的重量比为1：1，精炼时间为1min/吨合金，精炼结束后待炉体自然冷却后拆炉，分离渣金得合金。
按照上述冶炼条件及操作，第1、2期渣中钒含量为1.5％，精炼炉渣中钒含量为0.7％，钒铁收率为96.2％，单位电耗为1020kwh/吨，合金中铝含量为1.4％。
实施例3
冶炼条件：冶炼原料为v2o5、v2o3和含钒除尘灰(钒质量分数36.3％)，其重量比为2：7：1。分4期冶炼，第1期第一批混合料配铝系数为1.0，第1期第二批混合料配铝系数为1.3，第2～3期第一批混合料配铝系数为1.0，第2～3期第二批混合料配铝系数为1.2，第4期混合料配铝系数为0.4，单炉综合配铝系数为1.06。前3期含钒物料重量比(以含钒量计)为1：1：1，第1～3期总含钒物料与第4期含钒物料重量比(以含钒量计)为20：5。第4期冶炼预还原时间为2min/吨合金，然后将熔融渣金倾翻至精炼炉中进行精炼操作，精炼炉中预装有al和cao，al的添加量为综合还原剂理论添加量的2wt％，al与cao的重量比为2：1，精炼时间为2min/吨合金，精炼结束后待炉体自然冷却后拆炉，分离渣金得合金。
按照上述冶炼条件及操作，第1～3期渣中钒含量为0.7％，精炼炉渣中钒含量为0.8％，钒铁收率为97.1％，单位电耗为950kwh/吨，合金中铝含量为1.2％。
实施例4
冶炼条件：冶炼原料为v2o5和v2o3，其重量比为5：5。分4期冶炼，第1期第一批混合料配铝系数为1.1，第1期第二批混合料配铝系数为1.4，第2～3期第一批混合料配铝系数为1.0，第2～3期第二批混合料配铝系数为1.2，第4期混合料配铝系数为0.2，单炉综合配铝系数为1.08。前3期含钒物料重量比(以含钒量计)为1：1：1，第1～3期总含钒物料与第4期含钒物料重量比(以含钒量计)为20：5。第4期冶炼预还原时间为3min/吨合金，然后将熔融渣金倾翻至精炼炉中进行精炼操作，精炼炉中不添加还原剂和助熔剂，精炼时间为3min/吨合金，精炼结束后待炉体自然冷却后拆炉，分离渣金得合金。
按照上述冶炼条件及操作，第1～3期渣中钒含量为0.3％，精炼炉渣中钒含量为1.1％，钒铁收率为97.7％，单位电耗为910kwh/吨，合金中铝含量为0.8％。
对比例
冶炼条件：冶炼原料为v2o5、v2o3和含钒除尘灰(钒质量分数35.7％)，其重量比为2：6：2。采用均匀配铝的方式分三期冶炼，各期配铝系数为1.05，综合配铝系数为1.05。每期原料分两次入炉。
按照上述冶炼条件及操作，反应完全后(渣中钒含量降幅≤0.05％/min)。第1、2期渣中平均钒含量为2.5％，第3期精炼炉渣中钒含量为1.6％，钒铁收率为94.6％，单位电耗为1410kwh/吨，合金中铝含量为1.5％。
1.钒铁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a以含钒物料为原料，将冶炼过程分为n期，按各期分别配置混合料，将1～n-1期混合料分两批次入炉冶炼，在第n-1期冶炼结束，出渣后，将第n期混合料一次性加至炉中进行冶炼预还原；
其中，1～n-1期第一批混合料的配铝系数为1.0～1.1，1～n-1期第二批混合料的配铝系数为1.0～1.4，第n期混合料的配铝系数为0.2～1.0，总炉料的综合配铝系数为1.00～1.08；
b还原结束后，将熔融渣金倾翻至精炼炉中进行精炼；精炼结束后，待炉体自然冷却后拆炉，分离渣金得合金。
2.根据权利要求1所述钒铁合金的制备方法，其特征在于：步骤a中，第1期第一批和第二批混合料的配铝系数分别为1.0～1.1和1.05～1.4；第2～n-1期第一批和第二批混合料的配铝系数分别为1.0～1.05和1.05～1.2。
3.根据权利要求1或2所述钒铁合金的制备方法，其特征在于：步骤a中，1～n-1期第一批混合料的配铝系数≤1～n-1期第二批混合料的配铝系数。
4.根据权利要求1～3任一项所述钒铁合金的制备方法，其特征在于：步骤a中，1～n-1期内，第i期配铝系数≥第i 1期配铝系数，i＝1～n-2。
5.根据权利要求1～4任一项所述钒铁合金的制备方法，其特征在于：步骤a中，第n期混合料的配铝系数为0.2～0.4。
6.根据权利要求1～5任一项所述钒铁合金的制备方法，其特征在于：步骤a满足以下至少一项：
1～n-1期，第i期含钒物料与第i 1期含钒物料的重量比以含钒量计为1：0.8～1.2，i＝1～n-2；
1～n-1期总含钒物料与第n期含钒物料的重量比以含钒量计为20：2～5；
1～n-1期，第一批混合料与第二批混合料重量比以含钒量计为1：0.8～1.2。
7.根据权利要求1～6任一项所述钒铁合金的制备方法，其特征在于：步骤a满足以下至少一项：
所述含钒物料为钒氧化物、含钒除尘灰或含钒细粉中的一种以上；
优选的，所述含钒物料中钒氧化物的重量比≥80％；
更优选的，所述钒氧化物为v2o3和/或v2o5；
所述混合料是由含钒物料、铁、al和造渣剂组成，其中，铁的总添加量根据生产的合金产品中钒铁质量比计算得到，然后均匀分配到各期次各批次原料中；造渣剂选自钙氧化物或钙盐，其添加量为含钒物料中钒重量的5～15％；
n为3～5中的任一整数。
8.根据权利要求1～7任一项所述钒铁合金的制备方法，其特征在于：步骤a中，各期反应完全的标准为渣中钒含量降幅≤0.05％/min，各期出渣量不低于总渣量的80％。
9.根据权利要求1～8任一项所述钒铁合金的制备方法，其特征在于：步骤b中，第n期冶炼预还原时间为1～3min/吨合金，精炼时间为1～3min/吨合金。
10.根据权利要求1～9任一项所述钒铁合金的制备方法，其特征在于：步骤b中，精炼炉中预装了还原剂和助熔剂的混合物；优选的，还原剂为铝和/或硅铁，其添加量不大于单炉综合还原剂理论添加量的2～8％；助熔剂为含ca、k或na的低熔点氧化物或盐，其添加量与还原剂添加量的重量比为0.5～1：1。
技术总结