钒铁的生产方法简介ppt课件.ppt
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1、,钒钛材料,Titanium & Vanadium Materials,授课对象:2009材料科学与工程专业 教师: 邹建新 教授 电话:13882386872 2012年09月,上次课内容回顾,第四章 钒材料第七节 三氧化二钒的制备方法简介第八节 三氧化二钒的制备原理第九节 三氧化二钒生产工艺流程与设备第十节 碳化钒的制备方法简介第十一节 碳化钒的制备原理第十二节 碳化钒的生产工艺及产品性能第十三节 氮化钒的制备方法简介第十四节 氮化钒的制备原理第十五节 氮化钒的生产工艺及产品性能,本次课内容回顾提要,第四章 钒材料第十六节 钒铁的生产方法简介 第十七节 硅热法冶炼钒铁的基本原理第十八节 硅
2、热法冶炼钒铁的生产工艺与设备 第十九节 铝热法冶炼钒铁的基本原理第二十节 铝热法生产钒铁的工艺流程与设备第二十一节 碳还原法简介 第二十二节 钒渣直接冶炼钒铁简介 第二十三节 钒铁的质量标准 第二十四节 钒铝合金生产简介第二十五节 钒铝合金生产原理 第二十六节 钒铝合金生产工艺,第四章 钒材料,第十六节 钒铁的生产方法简介(1)以还原剂来区分:根据冶炼钒铁使用的还原剂不同,通常分为碳热法、硅热法或铝热法三种。,(2)以还原设备区分:在电炉中冶炼的有电炉法(包括碳热法、电硅热法和电铝热法)。不用电炉加热,只依靠自身反应放热的方法称为 炉外法(即铝热法)。,(3)以含钒原料不同区分:用五氧化二钒、
3、三氧化二钒原料冶炼的方法和用钒渣直接冶炼钒铁的方法。,第十七节 硅热法冶炼钒铁的基本原理整体生产概念的形成:生产钒铁的原料:V2O5、硅铁生产钒铁的辅料:石灰、铝块、废钢最终产品:块状FeV合金生产钒铁的主体设备:电弧炉生产钒铁的工艺:硅热还原法,对于给定的原料,如何通过使用主体设备使之变成最终产品?以下图示可直观表达:,电硅热还原法,片状V2O5,钒铁,电弧炉,用硅还原钒的氧化物时,由于热量不足,反应进行得很缓慢且不完全,为了加速反应必须外加热源。一般硅热法冶炼钒铁是将V2O5铸片在炼钢电弧炉内用硅铁冶炼成钒铁。,2/5V2O5(l)+Si=4/5V+SiO2 (Si)=-326840+46
4、.89T,V2O5(l)+Si=V2O3+SiO2 (Si)=-1150300+259.57T,2V2O3+3Si=4V+3SiO2 (Si)=-103866.7+17.17T,2VO+Si=2V+SiO2 (Si)=-56400+15.44T,硅热还原,在高温下用硅还原钒的低价氧化物自由能的变化是正值,说明在酸性介质中用硅还原钒的低价氧化物是不可能的。此外,这些氧化物与二氧化硅进行反应后生成硅酸钒,钒自硅酸钒中再还原就更为困难。因此炉料中配加石灰,其作用是:,(1)它与二氧化硅反应使SiO2与CaO生成稳定的硅酸钙,防止生成硅酸钒。,(2)降低炉渣的熔点和粘度,改善炉渣的性能,强化了冶炼条件
5、。,(3)在有氧化钙存在的情况下,提高炉渣的碱度,改善还原的热力学条件,从而使热力反应的可能性更大了。其反应为:,2/5V2O5(l)+Si+CaO=4/5V+CaO.SiO2 (Si)=-419340+49.398T (J/mol),2/5V2O5(l)+Si+2CaO=4/5V+2CaO SiO2 (Si)-445640+35.588T (J/mol),2/3V2O3+Si+2CaO=4/3V+2CaO.SiO2 (Si)=-341466.675.43T (J/mol),还原生成的V和Fe形成固溶体,即为钒铁!,第十八节 硅热法冶炼钒铁的生产工艺与设备A、原料 硅热法所用原料如下: V2O
6、5:厚度不超过5mm,块度不大于200mm; 硅铁:通常用75%硅铁,块度2030mm; 石灰:应煅烧良好,有效CaO85%,P0.015%,块度3050mm; 铝块:3040mm块度; 废钢:用废碳素钢或从钒渣中磁选出的废钢,这些废钢应清洁、少锈。也可用废钢屑或其它优质钢铁料,但要求这些材料含C0.5%,P0.035%。,B、生产工艺流程电硅热法冶炼钒铁的技术是很成熟的技术,冶炼都是在电弧炉内进行;分还原期和精炼期,还原期又分为二期冶炼和三期冶炼法,用过量的硅铁还原上炉的精炼渣,至炉渣中含V2O5低于0.35%,从炉内排出废渣开始精炼,再加入五氧化二钒和石灰等混合料精炼。当合金中Si量小于2
7、%时出炉,排出的精炼渣含V2O5 10% 15%,返回下炉使用。现将目前国内普遍采用的三期冶炼钒铁的工艺流程示于图。,图 硅热法冶炼钒铁工艺流程,C、生产设备硅热还原法生产钒铁,在炼钢型电炉里进行熔炼,电压为150250V,电流为40004500A。炉盖、炉底和炉壁用镁砖砌筑。使用石墨电极操作,电极直径200 250 mm。以某厂设备为例。,(1)变压器参数: 规格:HSK73000/10,容量:2500KVA,一次电压:10000 V,二次电压:121,92/210,160V,额定电流:6870A。,(2)电炉参数 规格:3t电弧炉,电极直径:250mm,炉壳体:内径29001835mm,极
8、心圆:760mm,电极行程:1300mm。,(3)电极: 石墨电极,GB-3072-82,250mm。 (4)冶炼操作,D、配混料 (1)以冶炼1t钒铁为例配比计算: 1)五氧化二钒配入量:理论需V2O5量W1=1钒铁含钒(%)182/102 其中:182/102为V2O5中的含V比。 实际五氧化二钒配入量W比理论量过剩7%左右。五氧化二钒配入量W=,2)硅铁需要量:还原中有80%的五氧化二钒用硅铁还原,20%用铝还原,由于烧损,需要Si过剩10%,Al过剩30%,石灰过剩10%。 按反应2V2O5+5Si=4V+5SiO2计算出还原1kg V2O5理论需硅0.385kg,则: 硅铁配入量W2
9、,3)铝块配入量:按反应3V2O5+10Al6V+5Al2O3计算出还原1kg V2O5理论需铝0.5kg,则:铝块配入量W3=,4)钢屑配入量:需钢屑量W4=11-钒铁含钒(%)-钒铁杂质(%)-硅铁带入铁量 其中:硅铁带入铁量=需硅铁W2(1-硅铁含Si%),5)石灰配入量=,(2)炉料分配 电硅热法冶炼钒铁有两个过程:还原过程和精炼过程。 还原过程可分为二阶段(三期冶炼法)和三个阶段(四期冶炼法)。对三期和四期冶炼各阶段炉料分配见表。,表 三期冶炼各期炉料分配/%,表 四期冶炼各期炉料分配表,(%),E、第一期冶炼 (1)上一炉出完炉后,炉顶倾回,迅速扒出炉渣和炉坡残存渣,用混合好的、有
10、足够粘度的镁砂(卤水镁砖粉镁砂=135),针对炉衬损伤情况高温快补,不漏一铲,且堵好出铁口。,(2)补完炉后炉底要垫上一定数量的精炼渣。,(3)钢屑加入后,根据电极烧损情况落放或拆换电极,检查各系统,正常后给电。此时用大电压,小电流,并且立即倒入上一炉以液态存在的精炼渣。,(4)返完精炼渣后,加一期混合料。根据电弧稳定情况增大电流至最大值。一期混合料下完后,尽量将炉料推至三相电极中心区域。,(5)当炉料熔化到一定程度,可开始分批加入硅铁还原,同时调整炉渣碱度。硅铁还原较充分后,碱度合适时加铝块还原,还原反应激烈,火焰较大时停电。当炉渣中V2O50.35%时,可倒出贫渣,倒渣过程要用低电压,小电
11、流。倒渣后期要慢,且用拉杆检查,防止铁水倒出。贫渣倒完后用铁棍沾取渣样送化验分析五氧化二钒含量。,F、第二期冶炼 (1)一期贫渣倒完后,用大电压给电加料,随着二期混合料的加入,电流逐渐给至最大值。 (2)炉料基本熔化后开始加入硅铁还原,同时调整炉渣碱度,继续加硅铁还原,而后加铝贫化炉渣。出渣与一期相同。,G、第三期冶炼 与二期给电加料相同,炉料化清后,用木耙搅拌,取金属样送化验分析V、Si、C、P、S。取样位置在三相电极中间。取样前样勺要清洁、烤干、沾渣。尔后调整炉渣碱度,加硅铁还原,加铝贫化,出渣与一期相同。,H、精炼期冶炼 (1)与二期给电加料相同。精炼期料量根据三期合金成分调整,先用大电
12、压,大电流熔化炉料,炉料化渣后调整炉渣碱度。 (2)炉渣碱度合适时,根据电弧长短及时改用小电压,大电流升温。当炉渣与合金具有合适的温度和流动性时,用铁、木耙搅拌,取合金样送化验分析V、Si、C、P、S成分,正常出炉。 (3)出炉时先用小电压,小电流,从出渣口倒出精炼渣,并打开出铁口后,停电出铁。,I、浇铸 (1)铁水包连续使用时要保持干燥,无积渣,各部分机械要灵活好用,包底垫河砂适量(约60kg),锭模底垫钒铁粉100150kg,上下模间用石棉绳垫好。,(2)浇铸时对包要迅速、准确,以免跑漏,浇铸速度要根据铁水温度和排气情况适当控制,每锭浇铸量要适当,一般铁水面离锭模浇铸口上面100mm为宜,
13、渣铁要分离,不得将渣铸入锭模。,(3)锭模浇铸后80min要脱模,铁锭立即放入水冷池冷却3040min,水冷池水量一般占池容的2/3。放入铁锭后再注满水,取出铁锭干燥后送精整包装。,J、冶炼过程中的几个问题的处理(1)合金含钒不正常 由于配料不准造成。 1)含钒量低 补加V2O5量=,2)含钒量高 补加钢屑量=,(2)合金含硅不正常 由于配料不准及反应不正常造成。 1)硅低 补加硅铁量=,2)硅高 补加V2O5=,补加石灰量=,(3)合金含碳、磷高 由于原料含碳、磷高造成,用钢屑冲淡,同时要控制合金含钒量。 补加钢屑量=,(4)炉衬的维护 由于冶炼过程渣铁对炉衬的侵蚀,为了提高其使用寿命,每次
14、出炉后要尽快扒掉残留在炉壁上的精炼渣,同时要在高温下用具有一定粘度的补炉剂补炉。补炉后炉底要垫一层炉渣保护炉底,防止给电时将炉底烧穿。一、二、三期冶炼操作时的温度不要提得过高,保持炉衬硬度,避免炉底烧软化。 正常情况下,一个炉体可炼70炉以上。,(5)跑渣 跑渣是在冶炼过程中,炉渣沸腾,上涨,以致从炉门冲出的现象。很易造成人身和设备事故。产生原因是由于还原时还原剂投入过快,还原反应激烈。炉内反应不平衡局部反应过于集中。五氧化二钒中S含量高,石灰消化等。因此针对上述问题,要加强物料管理、注意加料速度、控制好电流等措施,可以避免跑渣现象的出现。,K、技术经济指标 (1)贫渣含钒:V2O50.35%
15、。 (2)冶炼时间:80min/t。 ( 3)单耗:见表 。,表 冶炼1t FeV40的单耗,(kg/t),优缺点:*硅热法制得的钒铁含钒品位一般35%55%。钒的冶炼回收率很高,可达98%以上;*由于采用价格比铝低很多的硅铁作还原剂,每吨含V40%的钒铁耗电16001700kWh,冶炼成本较低。但难于冶炼V80%的钒铁,产品含碳量一般难于降到0.2%0.3%以下。,第十九节 铝热法冶炼钒铁的基本原理整体生产概念的形成:生产钒铁的原料:V2O5、铝豆生产钒铁的辅料:石灰、铁屑最终产品:块状FeV合金生产钒铁的主体设备:反应炉生产钒铁的工艺:铝热还原法,对于给定的原料,如何通过使用主体设备使之变
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