本发明属于铁合金领域，具体而言，本发明涉及制备钒铁合金的方法。
背景技术：
世界上的钒约80％用于钢铁工业，主要用于生产微合金钢和低合金钢。钒对合金钢有着重要的作用，当钢中加入钒时，钢的综合性能会显著改善。钒在钢液中会与碳及氮元素形成碳化物和氮化物，以细小的第二相析出对钢起到强化作用。钒作为合金元素加入钢中能使钢的强度提高，钢的晶粒细化，消除钢的过热倾向，并可改善钢的赤热硬性、耐磨及焊接性能。钒作为合金元素常以钒铁形式加入钢中，含钒钢被广泛应用于机械制造、航空航天、建筑路桥等行业。
目前生产钒铁合金的方法根据还原剂的不同其制备方法主要分为电硅热法、铝热法和电铝热法。电硅热法主要以五氧化二钒添加石灰、钢屑、硅铁和铝粒为原料进行冶炼，铝热法和电铝热法主要以五氧化二钒添加石灰、钢屑和铝粒为原料进行冶炼。硅的还原性能较金属铝差，对含钒原料、渣系组成以及产品牌号有一定的要求，同时钒收率相对较低，其应用范围远不如铝热还原工艺。铝热还原具有还原能力强、钒收率高等特点，但由于金属铝的价格相对较高，且钒铁产品市场价格波动较大，导致铝热法冶炼钒铁的经济效益得不到有效地保障。
由此，现有的钒铁冶炼技术在降低能耗和成本方面还有很大空间可以挖掘。
技术实现要素：
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种制备钒铁合金的方法。该方法将五氧化二钒进行分级还原，再利用现有工艺在电石炉中冶炼，与现有钒铁冶炼工艺相比，综合能耗节约12％以上，铝粒消耗降低70％以上。
本申请是基于发明人下列发现完成的：钒作为合金元素常以钒铁形式加入钢中，由于钒的加入，可提高钢的强度，细化钢的晶粒，消除钢的过热倾向，同时可改善钢的赤热硬性、耐磨及焊接性能，因此含钒钢被广泛应用于机械制造、航空航天、建筑路桥等行业。目前生产钒铁合金的方法根据还原剂的不同有电硅热法、铝热法和电铝热法。电硅热法因硅的还原性能较金属铝差，同时钒收率相对较低等因素，其应用范围远不如铝热法和电铝热法。铝热法和电铝热法主要以五氧化二钒添加石灰、钢屑和铝粒为原料进行冶炼，具有还原能力强、钒收率高等特点，但由于金属铝的价格相对较高，且钒铁产品市场价格波动较大，导致铝热法冶炼钒铁的经济效益得不到有效地保障。鉴于此，本申请的发明人通过对现有的制备钒铁合金的技术进行积极探索，旨在解决现有技术中的缺陷，以期得到工艺简单、能耗和成本较低的制备钒铁合金的工艺。
为此，在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备钒铁合金的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)将五氧化二钒与中低阶煤进行混合造球，以便得到混合球团；(2)将所述混合球团供给至还原焙烧装置中进行还原焙烧处理，以便得到含有低价钒氧化物的混合物；(3)将所述含有低价钒氧化物的混合物与钢屑、铝粒和石灰混合后供给至电石炉中进行冶炼处理，以便得到钒铁合金。
由此，根据本发明实施例的制备钒铁合金的方法通过将五氧化二钒与中低阶煤进行混合造球，有利于增加五氧化二钒和中低阶煤的接触面积，使得五氧化二钒与中低阶煤接触充分，从而提高后续混合球团的还原焙烧处理效率，降低还原焙烧处理的能耗。混合球团在还原焙烧装置中进行还原焙烧处理，利用廉价的中低阶煤在低温还原五氧化二钒中绝大多数的氧，得到低价钒氧化物的混合物(主要为一氧化钒、三氧化二钒和二氧化钒的混合物)，有利于减少后续电石炉冶炼过程中大量的铝粒原料投入，降低生产成本。同时，通过对五氧化二钒进行预还原，有利于降低后续电石炉的能耗。
另外，根据本发明上述实施例的制备钒铁合金的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述中低阶煤中的灰分不高于10wt％。由此，有利于提高钒铁合金的品位。
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，将所述五氧化二钒与所述中低阶煤按照质量比为100：(7～20)进行混合造球。由此，可进一步提高钒铁合金的品位。
在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述还原焙烧装置为回转窑、多膛炉、隧道窑或转底炉。由此，可显著提高还原焙烧处理的效率。
在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述还原焙烧处理的温度为600-650摄氏度。由此，可进一步提高钒铁合金的品位。
在本发明的一些实施例中，在步骤(3)中，将所述含有低价钒氧化物的混合物与所述钢屑、所述铝粒、所述石灰按质量比100：(10～100)：(55～90)：(7～12)进行混合。由此，可进一步提高钒铁合金的品位。
在本发明的一些实施例中，在步骤(3)中，所述钒铁合金为FeV40、FeV50、FeV60或FeV80。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是是根据本发明一个实施例的制备钒铁合金的方法流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备钒铁合金的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)将五氧化二钒与中低阶煤进行混合造球，以便得到混合球团；(2)将混合球团供给至还原焙烧装置中进行还原焙烧处理，以便得到含有低价钒氧化物的混合物；(3)将含有低价钒氧化物的混合物与钢屑、铝粒和石灰混合后供给至电石炉中进行冶炼处理，以便得到钒铁合金。发明人通过大量实验意外发现，通过将五氧化二钒与中低阶煤进行混合造球，有利于增加五氧化二钒和中低阶煤的接触面积，使得五氧化二钒与中低阶煤接触充分，从而提高后续混合球团的还原焙烧处理效率，降低还原焙烧处理的能耗。混合球团在还原焙烧装置中进行还原焙烧处理，利用廉价的中低阶煤在低温还原五氧化二钒中绝大多数的氧，得到低价钒氧化物的混合物(主要为一氧化钒、三氧化二钒和二氧化钒的混合物)，有利于减少后续电石炉冶炼过程中大量的铝粒原料投入，降低生产成本。同时，通过对五氧化二钒进行预还原，有利于降低后续电石炉的能耗。
下面参考图1对本发明实施例的制备钒铁合金的方法进行详细描述。根据本发明的实施例，该方法包括：
S100：将五氧化二钒与中低阶煤进行混合造球
该步骤中，将五氧化二钒与中低阶煤进行混合造球，以便得到混合球团。发明人发现，通过将五氧化二钒与中低阶煤进行混合造球，有利于增加五氧化二钒和中低阶煤的接触面积，使得五氧化二钒与中低阶煤接触充分，从而提高后续混合球团的还原焙烧处理效率，降低还原焙烧处理的能耗。
根据本发明的一个实施例，中低阶煤中的灰分并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，中低阶煤中的灰分可以不高于10wt％。发明人发现，灰分过高会导致最终所得钒铁合金中的杂质含量过高，从而影响钒铁合金的品位。
根据本发明的再一个实施例，五氧化二钒与中低阶煤的质量比并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，五氧化二钒与中低阶煤可以按照质量比为100：(7～20)进行混合造球。发明人发现，当中低阶煤用量过低时，会导致后续冶炼处理中五氧化二钒还原不充分，且在后续冶炼处理时电石炉将消耗更多的铝粒和电能，不利于节能和节约成本；当中低阶煤用量过高时，在冶炼处理过程中会产生过剩碳，导致最终钒铁合金中碳含量过高，从而影响钒铁合金的品位。
S200：将混合球团供给至还原焙烧装置中进行还原焙烧处理
该步骤中，将混合球团供给至还原焙烧装置中进行还原焙烧处理，以便得到含有低价钒氧化物的混合物。发明人发现，混合球团在还原焙烧装置中进行还原焙烧处理，利用廉价的中低阶煤在低温还原五氧化二钒中绝大多数的氧，得到低价钒氧化物的混合物(主要为一氧化钒、三氧化二钒和二氧化钒的混合物)，有利于减少后续电石炉冶炼过程中大量的铝粒原料投入，降低生产成本。同时，通过对五氧化二钒进行预还原，有利于降低后续电石炉的能耗。
根据本发明的一个实施例，还原焙烧装置并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，还原焙烧装置可以为回转窑、多膛炉、隧道窑或转底炉。由此，可显著提高还原焙烧处理的效率。
根据本发明的再一个实施例，还原焙烧处理的温度并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，还原焙烧处理的温度可以为600-650摄氏度。发明人发现，还原焙烧处理的温度过低时还原效果差，而温度过高时五氧化二钒出现熔化，会影响还原反应的动力学条件，不利于还原焙烧装置中还原反应的进行。
S300：将含有低价钒氧化物的混合物与钢屑、铝粒和石灰混合后供给至电石炉中进行冶炼处理
该步骤中，将含有低价钒氧化物的混合物与钢屑、铝粒和石灰混合后供给至电石炉中进行冶炼处理，以便得到钒铁合金。由此，有利于降低综合电石炉能耗和铝粒消耗。
根据本发明的一个实施例，含有低价钒氧化物的混合物与钢屑、铝粒、石灰的质量比并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，含有低价钒氧化物的混合物与钢屑、铝粒、石灰可以按质量比100：(10～100)：(55～90)：(7～12)进行混合。发明人发现，钢屑的质量多少要参考最终目标产品钒铁合金的牌号来定，例如冶炼FeV80所需外配的钢屑的质量最多，而冶炼FeV40所需的钢屑的质量最少。铝粒和石灰的质量也随着钢屑的配入量正比例变化。
根据本发明的再一个实施例，钒铁合金可以为FeV40、FeV50、FeV60或FeV80。
根据本发明实施例的制备钒铁合金的方法通过将五氧化二钒与中低阶煤进行混合造球，有利于增加五氧化二钒和中低阶煤的接触面积，使得五氧化二钒与中低阶煤接触充分，从而提高后续混合球团的还原焙烧处理效率，降低还原焙烧处理的能耗。混合球团在还原焙烧装置中进行还原焙烧处理，利用廉价的中低阶煤在低温还原五氧化二钒中绝大多数的氧，得到低价钒氧化物的混合物(主要为一氧化钒、三氧化二钒和二氧化钒的混合物)，有利于减少后续电石炉冶炼过程中大量的铝粒原料投入，降低生产成本。同时，通过对五氧化二钒进行预还原，有利于降低后续电石炉的能耗。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例1
将五氧化二钒(V2O5品位95％)与中低阶煤(褐煤，灰分小于10％)按照质量比100：7进行配料、混合和造球，得到混合球团；将上述混合球团供给至还原焙烧装置(转底炉)中进行还原焙烧处理，还原焙烧处理的温度为600摄氏度，得到含有低价钒氧化物的混合物，物相分析得出该含有低价钒氧化物的混合物主要为一氧化钒、三氧化二钒和二氧化钒的混合物；将上述含有低价钒氧化物的混合物与钢屑、铝粒和石灰按质量比100：10：55：7进行配料混合，混合后供给至电石炉中进行冶炼处理，得到钒铁合金。
经检测，所得钒铁合金中V的质量百分含量为82.43wt％，杂质Al的质量百分含量为1.94wt％，杂质C的质量百分含量为0.14wt％，杂质Si的质量百分含量为1.24wt％，符合FeV80的牌号要求。与现有钒铁冶炼工艺相比，综合能耗节约15％，铝粒消耗降低70％。
实施例2
将五氧化二钒(V2O5品位95％)与中低阶煤(烟煤，灰分小于10％)按照质量比100：11进行配料、混合和造球，得到混合球团；将上述混合球团供给至还原焙烧装置(回转窑)中进行还原焙烧处理，还原焙烧处理的温度为620摄氏度，得到含有低价钒氧化物的混合物，物相分析得出该含有低价钒氧化物的混合物主要为一氧化钒、三氧化二钒和二氧化钒的混合物；将上述含有低价钒氧化物的混合物与钢屑、铝粒和石灰按质量比100：100：70：9进行配料混合，混合后供给至电石炉中进行冶炼处理，得到钒铁合金。
经检测，所得钒铁合金中V的质量百分含量为42.47wt％，杂质Al的质量百分含量为1.5wt％，杂质C的质量百分含量为0.55wt％，杂质Si的质量百分含量为1.54wt％，符合FeV40的牌号要求。与现有钒铁冶炼工艺相比，综合能耗节约12％，铝粒消耗降低75％。
实施例3
将五氧化二钒(V2O5品位95％)与中低阶煤(褐煤，灰分小于10％)按照质量比100：7进行配料、混合和造球，得到混合球团；将上述混合球团供给至还原焙烧装置(隧道窑)中进行还原焙烧处理，还原焙烧处理的温度为630摄氏度，得到含有低价钒氧化物的混合物，物相分析得出该含有低价钒氧化物的混合物主要为一氧化钒、三氧化二钒和二氧化钒的混合物；将上述含有低价钒氧化物的混合物与钢屑、铝粒和石灰按质量比100：70：90：10进行配料混合，混合后供给至电石炉中进行冶炼处理，得到钒铁合金。
经检测，所得钒铁合金中V的质量百分含量为51.78wt％，杂质Al的质量百分含量为1.34wt％，杂质C的质量百分含量为0.54wt％，杂质Si的质量百分含量为1.44wt％，符合FeV50的牌号要求。与现有钒铁冶炼工艺相比，综合能耗节约17％，铝粒消耗降低80％。
实施例4
将五氧化二钒(V2O5品位95％)与中低阶煤(烟煤，灰分小于10％)按照质量比100：20进行配料、混合和造球，得到混合球团；将上述混合球团供给至还原焙烧装置(转底炉)中进行还原焙烧处理，还原焙烧处理的温度为650摄氏度，得到含有低价钒氧化物的混合物，物相分析得出该含有低价钒氧化物的混合物主要为一氧化钒、三氧化二钒和二氧化钒的混合物；将上述含有低价钒氧化物的混合物与钢屑、铝粒和石灰按质量比100：80：90：12进行配料混合，混合后供给至电石炉中进行冶炼处理，得到钒铁合金。
经检测，所得钒铁合金中V的质量百分含量为62.61wt％，杂质Al的质量百分含量为1.86wt％，杂质C的质量百分含量为0.59wt％，杂质Si的质量百分含量为1.38wt％，符合FeV60的牌号要求。与现有钒铁冶炼工艺相比，综合能耗节约20％，铝粒消耗降低82％。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。