基于梯度配铝的FeV50合金制备及其影响因素

分析了Al,Si,C热还原制备FeV50合金的热力学可行性及铝热还原过程渣金钒铝平衡,采用分期梯度配铝的方式,考察了原料配比、反应温度、加料制度和多期配铝系数对渣中TV含量及合金成分的影响。通过不同还原剂热还原的热力学分析表明:1500 K时,常压条件下碳热还原过程优先生成VC,只有当体系真空度高于76.8 Pa才能得到稳定钒基合金产品;硅热反应仅适用于高价钒氧化物的还原,配加CaO有利于反应的进行以及钒氧化物的还原效率;铝热还原V_2O_5和V_2O_3的单位反应热分别为368.4和221.0 k J·mol~(-1),基本能够满足密闭系统维持自发反应的热量需求。铝热还原渣金热力学平衡分析结果表明FeV50渣中TV含量随合金Al含量的升高而降低,当合金Al含量为2.0%时,渣中理论TV含量为0.27%;若要使渣中理论TV含量降低到0.15%,合金Al含量需达18.8%以上。基于此,采用"梯度配铝"工艺试验,在三期加料制度4-3-1,配铝系数1.30-1.00-0.30,原料配比3∶1,体系温度1850℃的条件下,渣中平均TV含量由均匀配铝的1.85%降低到0.69%,合金Al含量从1.6%降低到0.4%。     

钒铁冶炼渣量控制及其对钒损的影响

针对目前钒铁合金产业化制备过程的冶炼实绩和出渣控制现状,分析了电铝热钒铁制备过程钒氧化物理论产渣量及总产渣量,提出了多期法钒铁冶炼渣量及精确出渣控制技术。考察了打结工艺、出渣分配和冶炼炉次对熔渣成分、产渣量及渣中钒损的影响。结果表明:当V_2O_3和V_2O_5的钒含量分别为63.5%和55.2%时,单位铝热反应产生的Al_2O_3分别为0.78 kg和0.91 kg。提高打结强度和致密度,降低浇铸渣比例,延长冶炼炉次有利于降低实际渣量及渣中钒损。通过打结、出渣和冶炼制度的优化,钒铁冶炼渣中平均Mg O含量从16.4%降低到8.0%,Al_2O_3含量从61.1%提高到69.3%。在总渣量降低11.8%的基础上,浇铸渣比例和渣中钒含量分别降低20.2%和38.4%。对应单炉渣中钒损从79.0 kg降低到61.1 kg,折合Fe V50合金冶炼收率提高0.39%。     

P元素在倾翻炉FeV50冶炼中的走向与控制

结合理论分析、元素平衡统计和工业试验,研究了大型倾翻炉冶炼FeV50流程P元素的走向、分布与控制措施。结果表明：大型倾翻炉FeV50冶炼过程中原料带入的磷氧化物(P₂O5₎能充分被金属铝还原并进入合金中;三氧化二钒和球磨铁粒是P元素的主要输入源,有85.71%的P进入成品合金,13.41%的P进入残合金与细粉,进入金属相的P高达99.12%。控制三氧化二钒中P含量不超过0.032 6%和采用钢屑替代球磨铁粒60%以上能控制FeV50中P含量符合A级品要求。     

高钒铁冶炼脱硫技术研究

V_2O_3电铝热法冶炼FeV80没有专门的脱硫工序,原辅材料中大部分硫进入合金,造成合金中S含量偏高甚至超标。文章分析了冶炼过程中S的分布方向,提出选用碳酸钠作为脱硫剂,并对碳酸钠脱硫进行了热力学和动力学分析,对降低高钒铁S含量、提高产品质量有一定的指导意义。     

电铝热法冶炼FeV80喷粉技术研究

FeV80是冶炼含钒特殊钢材的重要原料。在电铝热法冶炼FeV80过程后期,采用喷吹铝粉、铁粉技术,充分搅拌熔池,强还原熔渣中的残留氧化钒,调整合金成分,能有效提高冶炼钒回收率和产品质量。     

电铝热还原法制备钒铝合金的试验研究

本文采用电铝热还原法制备了钒铝合金,通过DSC分析,Al与V_2O_5的反应过程反应级数为n=0.367,表观活化能E_a=191.47 kJ·mol~(-1)。从试验研究可知,焙烧温度为1 500℃,焙烧时间20 min,Al/V_2O_5=0.8,渣系配比为Al_2O_3:CaO:CaF_2=4:4:2时,制备出符合钒铝合金牌号为VAl65的钒铝合金,制备的钒铝合金的主要物相为Al_8V_5和Al_2V_3,合金收率70.2%,钒收率为87%。     

还原剂品位对钒铁冶炼渣中钒损及合金成分的影响

分析了低品位工业纯铝还原制备钒铁合金的过程影响因素,考察了不同品位还原剂的主要成分及其对不同牌号钒铁合金制备过程渣中钒损及合金成分的影响。研究结果表明:工业纯铝品位的降低对不同牌号钒铁合金渣中钒含量影响不大,当还原剂纯度分别为99.8%、99.5%和99.0%时,Fe V50三期渣中TV含量范围分别为0.35%~0.37%,0.67%~0.71%,1.15%~1.20%,Fe V80三期渣中TV含量范围分别为0.20%~0.25%,0.55%~0.59%,0.99%~1.07%;合金C、Si、P、Mn含量随还原剂品位的降低而升高,当工业纯铝品位从99.8%降低至99.0%时,Fe V50和Fe V80合金A级品率分别从100%和95%降低至80%和60%。     

FeV50合金浇铸沉降理论的应用及其影响因素

采用近似无限大流体重力沉降原理分析了多期法FeV50合金浇铸过程渣金分离及浇铸渣层钒的分布规律,考察了熔渣黏度、沉降粒度、浇铸温度、渣层厚度以及保温制度对渣中钒含量的影响.结果表明,浇铸渣中钒的赋存形式除了未还原完全的钒氧化物之外,还存在部分未完全沉降的初级合金;合金沉降速度随合金粒度的增加而增大,随熔渣黏度的增加而减小.1850℃条件下,当渣层厚度为50 mm,熔渣组分质量分数为65.2% Al₂O₃、15.5% CaO、14.6% MgO、1.9% Fe₂O₃、0.9% SiO₂时,粒径为100 μm的合金沉降时间及熔渣上浮时间分别为24.9和1.2 min.基于此,进行浇铸工艺优化试验,在渣层厚度35 mm,浇铸温度1900℃、熔渣主要成分质量分数Al₂O₃ 60%~65%、CaO 15%~20%、MgO 9%~15%、浇铸锭模保温层厚度9 cm的条件下,浇铸渣中平均TV质量分数由1.39%降低至0.58%.      

钒氧化物还原过程中物相转变热力学规律研究

针对钒氧化物间接还原条件下的逐级还原规律进行理论计算,其逐级还原规律为:当温度在273~987K时,V_2O_5→VO_2→V_3O_5→V_2O_3→VO→V;当温度在987~2 500 K时,V_2O_5→VO_2→V_2O_3→VO→V;分析了钒氧化物稳定存在的温度区间,分别为:VO_2为273~623 K,V_3O_5为623~713 K,V_2O_3为713~1 393 K,VO为1 393~1 882K,V为1 882~2 500 K;得到了V-O-CO系平衡状态图。同时考虑压力与活度对于平衡状态图的影响,获得了变化规律。增加C和S的含量能够降低钒的活度,增加Si、Mn、P、V、Ti、Cr的含量则会增加钒的活度,考虑钒的活度时氧化钒的初始还原温度变为1 213 K;压力的增加会使氧化钒还原的初始温度升高,压力分别为0.000 1、0.001、0.01、0.1、1 MPa下,初始还原温度分别为943、1 053、1 190、1 381、1 642 K。     

电铝热法生产钒铝合金的研究

研究了采用电铝热法制备钒铝合金过程中产品产量和质量的影响因素。研究结果表明,还原剂铝粒与V_2O_5的配比为0.94∶1,二次加料过程中V_2O_5投入量为200 kg,累计V_2O_5投入量为400 kg,电加热时间为9 min时,得到的钒铝合金成分最佳,合金截面氧化膜比例最小,各项指标均满足内控标准。     

V_2O_3产品中硫含量影响因素研究

对采用焦炉煤气还原多钒酸铵(APV)制取V_2O_3产品中S含量的影响因素进行了研究,得到了不同S含量的V_2O_3产品。试验结果表明:在APV硫含量0.55%、还原温度800℃、还原时间20 min、煤气流量20 L/h的条件下能够得到S≤0.04%的V_2O_3产品。通过降低APV的S含量、还原过程中翻动物料和对温度、时间的控制可以得到S含量更低的V_2O_3产品。在实际生产中,可以通过调节APV的洗涤程度,控制还原温度和时间,得到不同S含量的V_2O_3产品,满足不同钒合金生产要求,达到节约成本的目的。     

V2O3电铝热法冶炼FeV50的工艺探讨

介绍了以V2O3为原料采用电铝热法冶炼FeV50的生产技术及工艺条件，并就如何提高FeV50产品质量和钒回收率进行了较深入的探讨，对V2O3电铝热法冶炼FeV50生产具有一定的指导意义。     

混合钒氧化物倾翻炉钒铁冶炼工艺研究

研究了适用于倾翻炉一步法和两步法钒铁冶炼过程混合钒氧化物铝热反应的冶炼特性。考察不同钒氧化物配比、不同配铝系数对渣中钒损及单炉冶炼效率的影响。结果表明:V2O3的增加能够有效降低平衡态渣中钒含量,但不利于提高单炉冶炼效率,原料配比(罐数比)从0∶8提高到6∶2时,渣中钒含量从2.23%降低至1.85%,单炉渣量减少19.7%,单炉冶炼时间从180 min增加到194 min;两步法冶炼过程中,随着配铝系数提高到1.20,贫渣钒含量从一步法钒铁冶炼的1.85%降低至0.44%,渣中平均钒含量降低至0.88%;贫渣时间从194 min减少至146 min,精炼时间则从0增加到94 min,单炉冶炼周期较一步法延长46 min;最优试验条件下,合金产品中钒含量提高到51.6%,铝含量降低到低于0.3%的水平,在提高合金品质的同时也提高了铝的利用率。     

梯度式电铝热法冶炼钒铁中间合金研究

针对现有电铝热法冶炼钒铁出现的渣中钒(TV)含量高,还原剂Al利用率低的问题,本文从反应热力学、渣的物相组成以及渣系液相温度的角度进行了分析研究。热力学研究结果表明:相同加Al条件下,渣中TV含量随温度的升高而增加;相同温度条件下,随着合金中Al含量的增加,渣中TV含量逐渐降低。岩相分析显示渣中MgO主要分布于镁铝尖晶石相中,而V元素几乎全都固溶于镁铝尖晶石中,控制MgO含量有利于降低渣中TV。基于上述规律,本文提出一种梯度式电铝热冶炼钒铁方法,将整个加料过程分为3期,每期的氧化钒重量比例为5∶3∶2,每个阶段的加铝系数呈梯度式减少,分别为1.25,0.93和0.58,整体平均加铝系数为1.02,低于现有工艺的1.05。采用新方法冶炼钒铁的渣中TV含量约为0.64%,合金中铝含量约为0.4%,均优于现有电铝热法的水平。     

两步法冶炼FeV80工业试验

采用倾翻炉进行两步法冶炼FeV80的工业试验,研究配铝系数、冶炼通电时间、精炼料、二次冶炼时间等参数对技术指标的影响,得出最佳冶炼工艺控制参数.结果表明:采用倾翻炉两步法冶炼能得到满足GB/T4139-2004标准中FeV80的要求,成分均匀,且刚玉渣的钒含量降低至0.6％以下,较一步法冶炼,刚玉渣钒含量明显降低,可直接作为弃渣;冶炼钒收率平均为96.5％,高于传统工艺.     

低含钒刚玉渣直接熔炼制备硅钒合金研究

刚玉渣是采用铝热法冶炼50或80钒铁过程中产生的固体废渣,为了提高含钒刚玉渣的利用价值,试验以刚玉渣、硅铁、石灰石、碳化钙和碳酸钠为主要原料,采用电炉熔炼制备硅钒合金.选择石灰石作为造渣剂,研究了石灰石添加量对渣的物相和钒收率的影响,结果表明:终渣中CaO含量为22％时,钒的回收率可以达到96.5％;选择硅铁作为还原剂...     

含钒渣系活度计算模型及应用

为研究转炉提钒的热力学,构建FeO-MgO-MnO-SiO_2-V_2O_3-Cr_2O_3-TiO_2七元渣系活度计算模型.利用此模型研究了影响钒渣中V_2O_3活度的因素,认为降低提钒终点温度,提高炉渣中的氧化铁含量,有利于降低钒渣中V_2O_3活度,提升转炉提钒的效率.通过活度模型计算得到,在低钒铁水和高钒铁水提钒过程中,碳钒临界转化温度分别为1313℃和1376℃.     

从沉钒上层液中回收钒和铬

采用沉淀多钒酸铵法生产五氧化二钒时,排出的上层液经还原、中和后,其沉渣再经焙烧、沉淀、分解可回收 V_2O_5;浸出渣可冶炼钒铬合金,收到了显著的经济效益并消除了六价铬对环境的污染。     

碳热还原渗氮法制备钒氮合金的试验

在100 k W中频感应炉利用工业V_2O_5粉、石墨电极粉和黏结剂制备了钒氮合金。根据加热制度将试验分为4个阶段,即1 150~1 250℃、1 280~1 300℃、1 400℃、1 450℃。考察了温度、配碳比、原料粒度及添加氧化铁对终点成分的影响。结果表明,高温有利于V_2O_5的还原,温度越高,终点成分达到目标成分所需的时间就越短。当温度达到1 400℃,原料粒度小于150μm(100目),配比为V_2O_5占69.69%,碳粉占6.97%,黏结剂占6.97%,氧化铁粉占1.39%时,终点钒质量分数平均为77.47%。终点氮质量分数与初始配碳量有关,当温度达到1 400℃,V_2O_5的还原比较充分时,终点碳和氮质量分数之和波动为20%~21%,即终点碳质量分数越大,终点氮质量分数越低。原料粒度为150μm(100目)时,V_2O_5的还原效果越好。试验过程中加入Fe2O3可提高产品的密度,有利于提高终点钒和氮的质量分数。     

钒钛磁铁矿高炉冶炼的炉渣性质与钒氧化物还原关系

根据承钢高炉炉渣含钒高的特殊性,为了提高钒的还原收得率,研究高炉炉渣性质与钒还原的关系。研究结果表明:在炉渣碱度R12、MgO含量10%左右、Al_2O_3含量14%左右、TiO_2含量9%以下、炉渣温度1 500℃左右条件下,有利于钒还原;增加渣中V_2O_5含量,炉渣熔化性温度降低,但对炉渣黏度影响不明显。