專利名稱：一種使用釩鐵電弧爐生產含氮釩鐵合金的方法
技術領域：
本發明涉及一種使用普通釩鐵電弧爐生產含氮釩鐵合金的方法，屬于有色金屬冶煉技術領域，是一種鐵合金生產方法。
背景技術：
釩是鋼鐵工業中一種重要的合金元素，全世界85%以上的釩用于鋼鐵生產，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，是產量最大的釩制品。釩鐵生產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。氮化釩其主要成分為VN，其生產一般使用推板窯法、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，固態下在富氮的環境中進行還原、氮化，經冷卻獲得氮化釩產品。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，氮化釩鐵生產方法在實際應用中的主要有固態滲氮法及在燒結過程中滲氮的自擴散高溫合成法等。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。現有的氮化釩或氮化釩鐵的生產技術門檻較高，且大量采用固態滲氮的方法，生產效率和產量較低，生產能耗偏高，普通釩鐵仍然是產量最大的釩產品。如何改造普通釩鐵電弧爐生產出含氮釩鐵合金即為本發明涉及的內容。

發明內容
本發明的目標在于提出一種改造普通釩鐵電弧爐生產含氮釩鐵合金方法。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，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，主要化學反應如下:V205+Si+Ca0 ^ V+(CaO).(SiO2)V205+A1 — V+ (Al2O3)化學反應過程吸熱，需要補充電能。經過還原和精煉，最終可獲得含釩超過40%的鑰；鐵合金，最聞含f凡量可達到70%左右。

傳統的電弧爐生產釩鐵合金過程中，金屬釩均以熔融態存在，形成釩鐵液存在于電弧爐熔池底部，還原反應產生的液態爐渣覆蓋釩鐵液，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。
根據熱力學計算
權利要求
1.一種使用釩鐵電弧爐生產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自由噴吹氮氣和氬氣，在釩鐵液中進行液態滲氮，最終獲得含氮釩鐵合金；氮/氬噴吹裝置采用金屬環縫管或耐火材料狹縫透氣磚的方式設計，其與外部控制閥組配合，能夠實現向釩鐵電弧爐熔池內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.根據權利要求1所述的一種使用釩鐵電弧爐生產含氮釩鐵合金的方法，其特征在于，電弧爐內的冶煉含氮釩鐵合金過程分兩步進行，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，補爐； 2)加入生產所需要的全部廢鋼； 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； 5)攪拌還原期開始，攪拌還原期內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，每階段內操作過程相同；攪拌還原期內，氮/氬噴吹裝置持續噴吹Ar氣，攪拌熔池，并保證氣路通暢； 攪拌還原期內每階段操作過程為:提高Ar氣噴吹流量，單點流量達到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，使爐料迅速熔化；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，充分攪拌熔池；當爐渣中的(V205)〈0.35%時，降低Ar氣噴吹單點流量為2(T200NL/min，扒出貧釩渣；準備進入下一階段； 經過二個或三個階段，攪拌還原期結束時，電弧爐內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，單支流量設定為10(T500NL/min，利用氣體攪拌力混勻熔池，降低爐內釩硅鐵合金中的硅和提高釩含量，氮氣滲透進入熔池，形成釩氮化合物，最終電弧爐內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，在氮氣保護下自然冷卻，獲得最終產品。
全文摘要
一種使用釩鐵電弧爐生產含氮釩鐵合金的方法，屬于有色金屬冶煉技術領域。本發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，可以實現向釩鐵電弧爐熔池內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 優先權日2013年3月13日
發明者董凱, 朱榮, 白瑞國, 劉文娟, 李東明 申請人:北京科技大學