本發(fā)明涉及冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高釩生鐵及其制備方法。

背景技術(shù)：

我國(guó)四川攀西地區(qū)釩鈦磁鐵礦儲(chǔ)量巨大。目前釩鈦磁鐵礦中的釩元素提取的主要方式是直接還原-熔分或高爐冶煉得到含釩生鐵，再通過(guò)后續(xù)步驟得到釩產(chǎn)品。

對(duì)于用現(xiàn)有的直接還原-熔分或高爐冶煉釩鈦磁鐵礦得到的含釩量較低的含釩生鐵(v≤1wt％)，其只能冶煉出v2o5含量小于20wt％的釩渣，這樣的釩渣通常只能用于生產(chǎn)v2o5，不能很好的適用于直接生產(chǎn)釩鐵合金。并且這種釩渣的雜質(zhì)含量高，用于生產(chǎn)v2o5時(shí)會(huì)造成較高的能耗，增加生產(chǎn)成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種高釩生鐵的制備方法，以解決現(xiàn)有含釩生鐵釩含量較低的問(wèn)題。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種高釩生鐵，其釩含量高，其生產(chǎn)的高釩渣可以適用于直接生產(chǎn)釩鐵合金。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：

一種高釩生鐵的制備方法，包括：

(1)將釩鈦磁鐵礦金屬化球團(tuán)以及占釩鈦磁鐵礦金屬化球團(tuán)的3-10wt％的碳質(zhì)還原劑混合置于熔煉爐中熔煉，將熔煉溫度升至1500-1550℃、保溫10-30min后立即放出低釩鐵水，保留爐渣；以及

(2)將熔煉溫度重新升至1550～1600℃，在3～5min中內(nèi)分3～5次加入碳質(zhì)還原劑與氧化鈣粉形成的混合料，保溫10～60min后，立即放出高釩生鐵水，凝固后得到高釩生鐵；

其中，步驟(2)中碳質(zhì)還原劑的加量為釩鈦磁鐵礦金屬化球團(tuán)的0.5-1.5wt％，氧化鈣粉的加量為釩鈦磁鐵礦金屬化球團(tuán)的1-3wt％。

在本發(fā)明的步驟(1)中進(jìn)行熔分時(shí)，選擇加入的碳質(zhì)還原劑的加量為釩鈦磁鐵礦金屬化球團(tuán)(以下簡(jiǎn)稱金屬化球團(tuán))的3-10wt％，以還原金屬化球團(tuán)中過(guò)多的feo，并使?fàn)t渣中剩余的feo含量能夠保持在9～13wt％的范圍內(nèi)，從而防止釩被還原而進(jìn)入熔分出的低釩鐵水中，進(jìn)而有助于使釩富集于一次爐渣中。若在此過(guò)程中加入過(guò)多的碳質(zhì)還原劑，則會(huì)降低一次爐渣中剩余feo的含量，進(jìn)而導(dǎo)致一部分釩進(jìn)入低釩鐵水中，而降低釩在一次爐渣中的富集程度。同時(shí)，碳質(zhì)還原劑的加入量在3％～10％的范圍內(nèi)根據(jù)金屬化球團(tuán)的金屬化率進(jìn)行選擇，球團(tuán)的金屬化率越高需加入的碳質(zhì)還原劑越少。反之亦然。

此外，本發(fā)明在步驟(1)中獲得低釩生鐵水可以可用于煉鋼或作為轉(zhuǎn)爐吹氧提釩的冷卻劑。

在本發(fā)明的步驟(2)中，再次加入球團(tuán)質(zhì)量的0.5％～1.5％的碳質(zhì)還原劑的目的是還原步驟(1)熔分后獲得的一次爐渣中過(guò)多的feo，并使二次爐渣中剩余的feo含量保持在0～3wt％的范圍內(nèi)，有利于釩被還原進(jìn)入高釩鐵水中，從而有助于使釩富集于高釩生鐵中。在步驟(2)中，若碳質(zhì)還原劑含量高于該范圍，則會(huì)使二次爐渣中的鈦被還原為碳氮化鈦，造成二次爐渣粘度增大，不利于二次爐渣與高釩鐵水的分離；若碳質(zhì)還原劑含量低于該范圍，則會(huì)導(dǎo)致二次爐渣中feo含量過(guò)高，不利于釩富集在高釩生鐵中。

在本發(fā)明的步驟(2)中，加入氧化鈣粉的目的在于提供二次爐渣的堿度，從而降低二次爐渣的熔點(diǎn)，增加二次爐渣的流動(dòng)性，有利于釩被還原進(jìn)入高釩鐵水中，有利于渣鐵分離。

在本發(fā)明的步驟(1)和(2)中，立即放出鐵水，使得鐵水與爐渣能夠有效分離，從而避免因放出速度太慢而導(dǎo)致鐵水凝固，而影響熔分效果。需要說(shuō)明的是，本發(fā)明所指的“立即”是指保溫到相應(yīng)時(shí)間后，盡可能快地放出鐵水，在保溫結(jié)束與放出鐵水期間，停留的時(shí)間越短越好，“立即”包括但不限于“立刻、馬上”等絕對(duì)性的含義，該詞語(yǔ)的限定以將鐵水與爐渣有效分離為主要目的。

本發(fā)明通過(guò)控制釩在渣與鐵中的走向，將釩富集在小部分生鐵中，從而獲得高釩生鐵。先將淺還原的釩鈦磁鐵礦金屬化球團(tuán)中的釩富集于渣中，得到含釩較低的生鐵和含釩高的一次爐渣，再對(duì)一次爐渣進(jìn)行深還原，得到高釩生鐵。本發(fā)明通過(guò)在現(xiàn)有金屬化球團(tuán)熔分工藝上增加了“放出低釩鐵水”和“加混合料”的步驟控制釩在爐渣與鐵水中的走向，將釩富集在小部分生鐵中，從而獲得高釩生鐵，滿足產(chǎn)業(yè)化的需求。進(jìn)一步地，在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，低釩鐵水中釩的含量低于0.1wt％，爐渣中feo的含量為9～13wt％。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述釩鈦磁鐵礦金屬化球團(tuán)的金屬化率為70～90％，釩鈦磁鐵礦金屬化球團(tuán)的粒徑為10～100nm。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述釩鈦磁鐵礦金屬化球團(tuán)包括以下組分：50～80wt％的tfe、5～25wt％的feo、0.5～1.5wt％的v2o5、10～20wt％的tio2、0.5～2wt％的cao和3～5wt％的sio2。其中，tfe表示金屬化球團(tuán)中全鐵含量。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述碳質(zhì)還原劑為煤粉、焦粉和石墨粉中的一種或多種組合。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述碳質(zhì)還原劑的粒徑小于1mm。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述氧化鈣粉的粒徑小于1mm。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述熔煉爐為高爐、電弧爐、礦熱爐、平爐或馬弗爐。

采用上述的制備方法制備得到的高釩生鐵。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述高釩生鐵中釩的含量為1～10wt％。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明通過(guò)兩次熔分處理將釩富集，制得含釩量大于1wt％的高釩生鐵，則可用轉(zhuǎn)爐提釩等方法制備出v2o5含量為40wt％左右的高釩渣，高釩渣可直接用于生產(chǎn)釩鐵合金，則避免了生產(chǎn)v2o5這一步驟，縮短生產(chǎn)釩鐵合金的流程，減少生產(chǎn)成本。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明高釩生鐵的制備方法的工藝流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過(guò)市售購(gòu)買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。

請(qǐng)參照?qǐng)D1，本發(fā)明的制備方法主要是通過(guò)以下過(guò)程完成的：

將金屬化球團(tuán)與碳質(zhì)還原劑進(jìn)行混料，然后在熔煉爐中進(jìn)行熔分，此次熔分為“淺還原”熔分，放出低釩生鐵水，獲得低釩生鐵和含釩量高的一次爐渣；然后再加入碳質(zhì)還原劑和氧化鈣粉的混合料進(jìn)行“深還原”熔分，獲得高釩生鐵和二次爐渣。

需要說(shuō)明的是，本發(fā)明所指的“淺還原”是指在前述步驟(1)中進(jìn)行的還原反應(yīng)，在該步驟中，使用的碳質(zhì)還原劑較少，因此定義為“淺還原”。本發(fā)明所指的“深還原”是指在前述步驟(2)中進(jìn)行的還原反應(yīng)，在該步驟中，使用的碳質(zhì)還原劑較多，因此定義為“深還原”。

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。在本發(fā)明所列舉的下列實(shí)施例中，以轉(zhuǎn)底爐直接還原攀枝花釩鈦鐵精礦內(nèi)配碳球團(tuán)得到的金屬化球團(tuán)為例，選取金屬化率為(70～90)％的原料。

實(shí)施例1：

本實(shí)施例的高釩生鐵的制備方法，包括以下步驟：

1、材料準(zhǔn)備

選擇金屬化率為87.68％、粒徑為50mm的金屬化球團(tuán)10kg，金屬化球團(tuán)中的組成為(wt％)：tfe70.78，feo11.30，v2o50.68，tio214.30，cao0.85，sio23.32。本實(shí)施例中碳質(zhì)還原劑為煤粉，煤粉固定碳含量為80.29wt％。煤粉和氧化鈣粉的粒度為0.25mm。稱量100g煤粉和100g氧化鈣粉混合均勻待用。

2、一次熔分(“淺還原”熔分)

在金屬化球團(tuán)中配入400g煤粉，將煤粉與金屬化球團(tuán)混勻后加入到電弧爐(額定功率為50kva)中。開(kāi)啟電弧爐使控制電流強(qiáng)度(電壓為380v，電流約為150a)使溫度穩(wěn)定在1500℃保溫15min，時(shí)間到后關(guān)閉電弧爐并迅速?gòu)某鲨F水口倒出低釩鐵水，使一次爐渣留在電弧爐內(nèi)。

3、二次熔分(“深還原”熔分)

鐵水倒完后堵住出鐵水口并開(kāi)啟電弧爐，使電弧爐溫度穩(wěn)定在1580℃(電壓為380v，電流約為190a)，將一次爐渣熔化后分4次每次間隔1分鐘，即在4min中內(nèi)分4次將前述準(zhǔn)備好的煤粉和氧化鈣粉的混合料從爐口加入到電弧爐中，使混合料在電弧的攪拌作用下與爐渣混合均勻。30min后關(guān)閉電弧爐并迅速將高釩鐵水和二次爐渣倒出，高釩鐵水自然冷卻后得到高釩生鐵。

本實(shí)施例得到高釩生鐵質(zhì)量為0.54kg，含v6.02wt％；低釩生鐵質(zhì)量為6.47kg，含v0.07wt％；二次爐釩渣質(zhì)量為2.87kg，含v2o50.23wt％；釩進(jìn)高釩生鐵率為85.30wt％。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例的高釩生鐵的制備方法，包括以下步驟：

1、材料準(zhǔn)備

選擇金屬化率為82.32％、粒徑為50mm的金屬化球團(tuán)10kg，金屬化球團(tuán)中的組成為(wt％)：tfe69.39，feo15.88，v2o50.70，tio214.52，cao1.22，sio23.34。本實(shí)施例中碳質(zhì)還原劑為煤粉，煤粉固定碳含量為80.29wt％。煤粉和氧化鈣粉的粒度為0.25mm。稱量120g煤粉和200g氧化鈣粉混合均勻待用。

2、一次熔分(“淺還原”熔分)

在金屬化球團(tuán)中配入600g煤粉，將煤粉與金屬化球團(tuán)混勻后加入到電弧爐中。開(kāi)啟電弧爐使控制電流強(qiáng)度(電壓為380v，電流約為160a)使溫度穩(wěn)定在1520℃保溫15min，時(shí)間到后關(guān)閉電弧爐并迅速?gòu)某鲨F水口倒出鐵水，使一次爐渣留在電弧爐內(nèi)。

3、二次熔分(“深還原”熔分)

鐵水倒完后堵住出鐵水口并開(kāi)啟電弧爐，使電弧爐溫度穩(wěn)定在1600℃(電壓為380v，電流約為200a)，將一次爐渣熔化后分4次每次間隔1分鐘將前述準(zhǔn)備好的煤粉和氧化鈣粉的混合料從爐口加入到電弧爐中，使混合料在電弧的攪拌作用下與爐渣混合均勻。30min后關(guān)閉電弧爐并迅速將高釩鐵水和二次爐渣倒出，高釩生鐵水自然冷卻后得到高釩生鐵。

本實(shí)施例得到高釩生鐵質(zhì)量為0.63kg，含v5.12wt％；低釩生鐵質(zhì)量為6.58kg，含v0.05wt％；二次爐釩渣質(zhì)量為2.97kg，含v2o50.22wt％；釩進(jìn)高釩生鐵率為82.28wt％。

實(shí)施例3：

本實(shí)施例的高釩生鐵的制備方法，包括以下步驟：

1、材料準(zhǔn)備

選擇金屬化率為75.50％、粒徑為50mm的金屬化球團(tuán)10kg，金屬化球團(tuán)中的組成為(wt％)：tfe68.85，feo19.20，v2o50.66，tio213.67，cao1.68，sio23.35。本實(shí)施例中碳質(zhì)還原劑為煤粉，煤粉固定碳含量為80.29wt％。煤粉和氧化鈣粉的粒度為0.35mm。稱量150g煤粉和300g氧化鈣粉混合均勻待用。

2、一次熔分(“淺還原”熔分)

在金屬化球團(tuán)中配入800g煤粉，將煤粉與金屬化球團(tuán)混勻后加入到電弧爐中。開(kāi)啟電弧爐使控制電流強(qiáng)度(電壓為380v，電流約為160a)使溫度穩(wěn)定在1520℃保溫25min，時(shí)間到后關(guān)閉電弧爐并迅速?gòu)某鲨F水口倒出鐵水，使一次爐渣留在電弧爐內(nèi)。

3、二次熔分(“深還原”熔分)

鐵水倒完后堵住出鐵水口并開(kāi)啟電弧爐，使電弧爐溫度穩(wěn)定在1580℃(電壓為380v，電流約為190a)，將一次爐渣熔化后分4次每次間隔1分鐘將前述準(zhǔn)備好的煤粉和氧化鈣粉的混合料從爐口加入到電弧爐中，使混合料在電弧的攪拌作用下與爐渣混合均勻。40min后關(guān)閉電弧爐并迅速將高釩鐵水和二次爐渣倒出，高釩生鐵水自然冷卻后得到高釩生鐵。

本實(shí)施例得到高釩生鐵質(zhì)量為0.76kg，含v3.76wt％；低釩生鐵質(zhì)量為6.38kg，含v0.05wt％；二次爐釩渣質(zhì)量為3.35kg，含v2o50.28wt％；釩進(jìn)高釩生鐵率為77.12wt％。

實(shí)施例4：

本實(shí)施例的高釩生鐵的制備方法，包括以下步驟：

1、材料準(zhǔn)備

選擇金屬化率為70％、粒徑為10mm的金屬化球團(tuán)10kg，金屬化球團(tuán)中的組成為(wt％)：tfe52.2，feo22.5，v2o50.58，tio219.8，cao2，sio24.8。本實(shí)施例中碳質(zhì)還原劑為焦粉，焦粉固定碳含量為78.20wt％。焦粉和氧化鈣粉的粒度為0.25mm。稱量150g焦粉和300g氧化鈣粉混合均勻待用。

2、一次熔分(“淺還原”熔分)

在金屬化球團(tuán)中配入1000g焦粉，將焦粉與金屬化球團(tuán)混勻后加入到電弧爐中。開(kāi)啟電弧爐使控制電流強(qiáng)度(電壓為380v，電流約為150a)使溫度穩(wěn)定在1500℃保溫30min，時(shí)間到后關(guān)閉電弧爐并迅速?gòu)某鲨F水口倒出鐵水，使一次爐渣留在電弧爐內(nèi)。

3、二次熔分(“深還原”熔分)

鐵水倒完后堵住出鐵水口并開(kāi)啟電弧爐，使電弧爐溫度穩(wěn)定在1550℃(電壓為380v，電流約為180a)，將一次爐渣熔化后分5次每次間隔1分鐘，即在5min中內(nèi)分5次將前述準(zhǔn)備好的焦粉和氧化鈣粉的混合料從爐口加入到電弧爐中，使混合料在電弧的攪拌作用下與爐渣混合均勻。60min后關(guān)閉電弧爐并迅速將高釩鐵水和二次爐渣倒出，高釩生鐵水自然冷卻后得到高釩生鐵。

本實(shí)施例得到高釩生鐵質(zhì)量為0.72kg，含v3.56wt％；低釩生鐵質(zhì)量為6.38kg，含v0.06wt％；二次爐釩渣質(zhì)量為3.45kg，含v2o50.16wt％；釩進(jìn)高釩生鐵率為78.85wt％。

實(shí)施例5：

本實(shí)施例的高釩生鐵的制備方法，包括以下步驟：

1、材料準(zhǔn)備

選擇金屬化率為90％、粒徑為100mm的金屬化球團(tuán)10kg，金屬化球團(tuán)中的組成為(wt％)：tfe78.2，feo9.2，v2o51.43，tio210.02，cao0.54，sio23.08。本實(shí)施例中碳質(zhì)還原劑為石墨粉，石墨粉固定碳含量為98.00wt％。石墨粉和氧化鈣粉的粒度為0.55mm。稱量50g石墨粉和100g氧化鈣粉混合均勻待用。

2、一次熔分(“淺還原”熔分)

在金屬化球團(tuán)中配入300g石墨粉，將石墨粉與金屬化球團(tuán)混勻后加入到電弧爐中。開(kāi)啟電弧爐使控制電流強(qiáng)度(電壓為380v，電流約為180a)使溫度穩(wěn)定在1550℃保溫10min，時(shí)間到后關(guān)閉電弧爐并迅速?gòu)某鲨F水口倒出鐵水，使一次爐渣留在電弧爐內(nèi)。

3、二次熔分(“深還原”熔分)

鐵水倒完后堵住出鐵水口并開(kāi)啟電弧爐，使電弧爐溫度穩(wěn)定在1600℃(電壓為380v，電流約為200a)，將一次爐渣熔化后分3次每次間隔1分鐘，即在3min中內(nèi)分3次將前述準(zhǔn)備好的石墨粉和氧化鈣粉的混合料從爐口加入到電弧爐中，使混合料在電弧的攪拌作用下與爐渣混合均勻。10min后關(guān)閉電弧爐并迅速將高釩鐵水和二次爐渣倒出，高釩生鐵水自然冷卻后得到高釩生鐵。

本實(shí)施例得到高釩生鐵質(zhì)量為0.84kg，含v7.08wt％；低釩生鐵質(zhì)量為6.02kg，含v0.09wt％；二次爐釩渣質(zhì)量為3.12kg，含v2o50.87wt％；釩進(jìn)高釩生鐵率為74.25wt％。

本發(fā)明的工作原理是：本發(fā)明經(jīng)過(guò)步驟(1)先將“淺還原”的釩鈦磁鐵礦金屬化球團(tuán)中的釩富集于爐渣中，得到含釩較低的生鐵和含釩高的一次爐渣；然后再經(jīng)過(guò)步驟(2)對(duì)一次爐渣進(jìn)行“深還原”，得到高釩生鐵。具體地，在步驟(1)的初次還原-熔分的過(guò)程中，控制的碳質(zhì)還原劑的加量為金屬化球團(tuán)質(zhì)量的3～10wt％，從而使一次爐渣中剩余的feo含量保持在9～13wt％的范圍內(nèi)，feo含量保持在這個(gè)范圍內(nèi)能有效防止釩被還原而進(jìn)入低釩鐵水中，從而有助于使釩富集于一次爐渣中，放出低釩鐵水，而得到含釩高的一次爐渣，達(dá)到將釩富集于一次爐渣中的目的。

然后，在步驟(2)的深還原-熔分的過(guò)程中，加入的混合料中碳質(zhì)還原劑使經(jīng)過(guò)“深還原”后獲得的二次爐渣中剩余的feo含量保持在0～3wt％的范圍內(nèi)，有利于釩被還原而進(jìn)入高釩鐵水中；同時(shí)，加入的混合料中氧化鈣粉由于能增加二次爐渣的流動(dòng)性，從而有利于釩被還原進(jìn)入高釩鐵水中，進(jìn)而有利于渣鐵分離，最終使得釩富集于高釩鐵水中，獲得高釩生鐵。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。