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Fusion de ferrovanadium (scories de vanadium - pentoxyde de vanadium - trioxyde de vanadium - vanadium métallique - ferrovanadium - alliage d'aluminium et de vanadium - carbonitrure de vanadium - batterie au vanadium)

2022-06-30

Original: zoujianxin, cuixumei, lijunhan, etc.

 

1. Méthode de fusion et caractéristiques de ferrovanadium

 

(1) Il est généralement divisé en trois types : méthode silicothermique, méthode aluminothermique et méthode carbothermique.

 

(2) Distinguer par équipement de réduction : méthode du four électrique (y compris la méthode thermique au carbone, le silicium électrique méthode thermique et méthode thermique électrique de l'aluminium) est utilisée pour la fusion four électrique. La méthode qui n'utilise pas de four électrique pour le chauffage et ne repose que sur l'auto-réaction pour libérer de la chaleur et est appelée méthode aluminothermique (c'est-à-dire méthode hors four).

 

(3) Selon différents vanadium contenant des matières premières, le procédé de fusion du ferrovanadium avec du vanadium matières premières de pentoxyde, de trioxyde de vanadium et de scories de vanadium.

 

(4) Selon différentes sources de chaleur, il peut être divisé en méthode de chauffage au carbone, méthode de chauffage électrique, électrique méthode de chauffage du silicium et méthode de chauffage du métal.

 

Différentes méthodes ont différents caractéristiques. La première est que la consommation d'énergie est importante et que le processus est complexe, mais la qualité du produit est stable et le prix de l'agent réducteur est faible. L'autre est une consommation élevée d'aluminium, un faible taux de récupération, un alliage élevé qualité et pas d'électricité.

 

2. Brand and composition of ferrovanadium products

 

Les qualités de ferrovanadium sont divisées en faibles ferrovanadium vanadium selon la teneur en vanadium : fev35 ~ 50, ce qui est généralement produit par méthode silicothermique ; Ferrovanadium moyen : fev5565 ; Haut fer vanadium : fe70~80, généralement produit par la méthode thermite. Voir tableau 5.5.1 pour la marque et la composition du ferrovanadium national, et le tableau 5.5.2 pour marque internationale et composition du ferrovanadium. L'apparition de 80 FEV Le produit est illustré à la figure 5.5.1.

 

(1) Étalon chinois de ferrovanadium (GB 4139-2012)

 

 

Tableau 5.5.1 Marque et composition du ferrovanadium normes en Chine

Marque

Composition chimique / %

V

C      Et    P     S    Al   Mn

FeV-40-A

FeV-40-B

FeV-50-A

FeV-50-B

FeV-75-A

FeV-75-B

40.0

40.0

50.0

50.0

75.0

75.0

0.75   2.0   0.10   0.06  1.0

1.00   3.0   0.20   0.10  1.5

0.40   2.0   0.07   0.04  0.5   0.5

0.75   2.5   0.10   0.05  0.8   0.5

0.20   1.0   0.05   0.04  2.0   0.5

0.30   2.0   0.10   0.05  3.0   0.5

(2) Norme internationale pour ferrovanadium (ISO 5451-80)

Tableau 5.5.2 Ferrovanadium international normes de marque et de composition

Code

Composition chimique/ %

V

Et

Al

C

P

S

As

Cu

Mn

Dans

FeV40

35,0 ~ 50,0

2.0

4.0

0.30

0.10

0.10

FeV60

50,0 ~ 65,0

2.0

2.5

0.30

0.06

0.05

0.06

0.10

FeV80

75,0 ~ 85,0

2.0

1.5

0.30

0.06

0.05

0.06

0.10

0.50

0.15

FeV80Al2

75,0 ~ 85,0

1.5

2.0

0.20

0.06

0.05

0.06

0.10

0.50

0.15

FeV80Al4

70,0 ~ 80,0

2.0

4.0

0.20

0.10

0.10

0.10

0.10

0.50

0.15


Chiffre 5.5.1 Apparition de 80 produits FEV                          Figure 5.5.2 Four à arc électrique pour fusion du ferrovanadium

3 principe de fusion du ferrovanadium par méthode thermique du métal

 

Fusion de ferroalliage par méthode thermique des métaux consiste généralement à utiliser un métal actif pour réduire l'oxyde métallique inactif et à obtenir que le métal et le fer sont fusionnés pour former un ferro-alliage. Le principal Le principe de la réaction est :

MoixOy+Al─→ Al2O3+Me (Al)=Q    kJ/mol

MoixOy+Si─→ SiO2+Moi  (Si)=Q     kJ/mol

MoixOy+Mg─→ MgO+Me (Mg)=Q    kJ/mol

MoixOy+Ca─→ CaO+Me   (Ca)=Q    kJ/mol

When the above Q value is equal to -301.39kj, the reaction formula can be carried out spontaneously, and the exothermic energy of the reaction can reach the degree of melting of furnace charge, reaction and separation of slag and iron. Of course, to make the yield of me reach the high target, this value is not necessarily perfect.

 

Et la valeur Q n'est pas suffisante -301,39kj, d'autres mesures doivent être prises. Il provoque généralement une réaction secondaire exothermique et mise sous tension du système. La réaction secondaire est généralement de sélectionner certains des oxydes qui ne pollueront pas l'alliage pour réagir avec l'agent réducteur selon les conditions nationales et le niveau de prix des substances participant à la réaction secondaire et libérant une grande quantité de chaleur compléter le déficit de la valeur Q ci-dessus. KClO3 et NaNO3 sont généralement utilisé en Chine. Par exemple:

6NaNO3+10Al=5Al2O3+3 Na2O+3N2↑ (Al)=-710,90 kJ/mol

KClO3+2Al=Al2O3+KCl              (Al)=-868,59  kJ/mol

Et la valeur Q de la réaction ci-dessus dépasse -301,39kj, d'autres mesures devraient également être prises, comme l'ajout d'un certaine quantité de scories, d'alliage broyé, etc. pour absorber l'excès de chaleur, de manière à éviter les éclaboussures provoquées par une réaction trop intense.

 

Fusion du ferrovanadium par méthode électrosilicothermique

 

4.1 principes de base

 

Formation du concept global de production :

 

Matières premières pour la production de ferrovanadium : V2O5 et ferrosilicium.

 

Matériaux auxiliaires pour le ferrovanadium production : chaux, bloc d'aluminium et ferraille d'acier.

 

Produit final : alliage FEV en vrac.

 

The main equipment for ferrovanadium production: electric arc furnace, as shown in figure 5.5.2.

 

Procédé de production du ferrovanadium : silicium méthode de réduction thermique.

 

La réaction chimique dans le four à arc électrique est la suivante :2/5V2O5(1)+Si=4/5V+SiO2   (Si)=-326840+46,89T       (J/mole)

        V2O5(1)+Si=V2O3+SiO2    (Si)=-1150300+259.57T    (J/mol)

2V2O3+3Si=4V+3SiO2(Si)=-103866,7+17,17T (J/mole)

2VO+Si=2V+SiO2(Si)=-56400+15,44T (J/mole)

Quand le silicium est Utilisé pour la réduction thermique, le changement d'énergie libre de l'oxyde de faible valence de le vanadium réduit par le silicium à haute température est positif, indiquant qu'il est impossible de réduire l'oxyde de vanadium à faible valence par le silicium dans l'acide moyen. Lors de la réduction de l'oxyde de vanadium avec du silicium, la réaction est très lente et incomplet en raison d'une chaleur insuffisante. Afin d'accélérer la réaction, un Une source de chaleur externe doit être ajoutée. Généralement, la fusion du ferrovanadium par La méthode silicothermique consiste à fondre une feuille coulée de V2O5 en ferrovanadium avec ferrosilicium dans un four à arc électrique en ferro-alliage.

 

En outre, ces oxydes réagissent avec la silice pour former du silicate de vanadium, qui est plus difficile à réduire à partir du silicate de vanadium. Par conséquent, de la chaux est ajoutée au charge du four car :

 

① Il réagit avec silice pour que SiO2 et Cao forment du silicate de calcium stable et empêchent le formation de silicate de vanadium.

 

② La fonte le point et la viscosité des scories sont réduits, les propriétés des scories sont améliorées, et les conditions de fusion sont renforcées.

 

③ En présence d'oxyde de calcium, la basicité des scories est augmentée et la thermodynamique les conditions de réduction sont améliorées, de sorte que la possibilité de thermodynamique la réaction est plus grande. La réaction est :

2/5V2O5(l)+Si+CaO=4/5V+CaO.SiO2(Si)=-419340+49,398T (J/mole)

2/5V2O5(l)+Si+2CaO=4/5V+2CaO SiO(Si)=-445640+35,588T  (J/mole)

2/3V2O3+Si+2CaO=4/3V+2CaO·SiO2(Si)=-341466,67—5,43T (J/mole)

Le silicium est inférieur au carbone pour réduire l'oxyde de vanadium à faible coût à haute température. Dans afin d'éviter la carburation, le silicium est utilisé comme agent réducteur au début étape de réduction et l’aluminium est utilisé comme agent réducteur à l’étape ultérieure de production.

 

4.2 brut et matériaux auxiliaires

 

V2O5 est le produit primaire du vanadium, dont plus de 85 % sert au raffinage ferrovanadium, puis utilisé comme matière première pour raffiner l'acier allié. Les exigences relatives aux matières premières utilisées dans le procédé silicothermique sont les suivantes :

 

①Vanadium pentoxyde : qualité métallurgique 90 en gb3283-87. V2O5 ≥ 98% (V2O5 ≥ 90%), s ≤ 0,2%, P ≤ 0,04%, flocons non plus de 200 × 200 mm, épaisseur ≤ 8 mm.

 

② Fesi75-a.b.c dans ferrosilicium gb2272-87. Si ≥ 72 %, Mn ≤ 0,3 %, C ≤ 0,2 %, P ≤ 0,035 %, s ≤ 0,02 %, Cr ≤ 0,5, taille de bloc : 20-30mm.

 

③ Aluminium (silicium, aluminium et fer) gb/t 1196-93. Al ≥ 62,5%, (al+si) ≥ 89%, P ≯ 0,03%, s ≯ 0,03%, C ≯ 0,20%, Cu ≯ 0,10%, Mn ≯ 0,4%, bloc taille : 30-50 mm.

 

④ Steel scrap: as per QTJ tjt0504-84. Among them, Fe ≥ 96%, C ≤ 0.2%, P ≤ 0.035%, Mn ≤ 0.4%, s ≤ 0.04%, Si ≤ 1.0%, must be carbon steel chips, shall not be mixed with non-ferrous metals, mud sand, oil and other sundries, and the block size shall be less than 300 × three hundred × 500mm。

 

⑤ Métallurgique Chaux : Yb/T 042 - 93. Métallurgique générale conditions techniques de chaux de grade II : Cao ≥ 85%, MgO ≤ 5%, SiO2 ≯ 3,5%, s ≯ 0,15%, CO2 ≯ 2%, P ≯ 0,01%, vert taux de combustion + taux de combustion excessif ≤ 15 %, taille du bloc 20-50mm, perte au feu ≯ 7%, activité (4mol/ml 40 ± 1 ℃, 10 min) ≮ 250.

 

4.3 fusion opération

 

L'opération de fusion est divisée en réduction période et période de raffinage. La fusion est réalisée dans le four à arc électrique avec une capacité de 840~1800kva, qui est divisée en période de réduction et période de raffinage. La période de réduction est divisée en deux phases de fusion et fusion triphasée. Les scories de raffinage sur le four sont réduites avec un excès de ferrosilicium jusqu'à ce que la teneur en V2O5 dans les scories soit inférieure à 0,35 %. Le raffinage commence à partir des scories résiduaires évacuées du four, puis l'affinage est réalisé par ajout de V205, de chaux et d'autres mélanges. Quand le La teneur en Si dans l'alliage est inférieure à 2 %, le four sera déchargé et les scories de raffinage déchargées contiennent v2o510% ~ 15%, qui seront renvoyées à le prochain four à utiliser.

 

(1) Période de réduction

L'opération de réduction nécessite d'abord de faire fondre les chutes d'acier et du ferrosilicium, ajouter les scories d'affinage revenues de la période de raffinage, et puis ajoutez une petite quantité de V2O5. Les scories formées après la fusion sont dites maigres laitier, et sa teneur en V2O5 est inférieure à 0,35 %. Versez les scories maigres, transférez à la deuxième étape de fusion pendant la période de réduction, ajouter des particules d'aluminium, et contrôler les teneurs en Si et V dans l'alliage. Prenons l'exemple du fev40, c'est nécessaire pour assurer

Carry the ingredients in table 5.5.3 to the refining period.

Table 5.5.3 alloy composition

composant

V

Et

C

P

S

contenu%

3137

34

0.6

0.08

0.05

(2) Période de raffinage

Le but est de désilicater et d’augmenter la teneur en vanadium. Du V2O5 et de la chaux sont ajoutés aux scories avec excès de silicium pour augmenter la teneur en vanadium dans l'alliage et répondre aux exigences de fev40. La composition du produit est présentée dans le tableau 5.5.4.

Tableau 5.5.4 composition du produit

composant

V

Et

C

P

S

contenu%

40

2

0.75

0.1

0.06

Scories riches en vanadium produites lors du raffinage la période est renvoyée en période de réduction pour le raffinage. Composition typique de les scories riches en vanadium sont présentées dans le tableau 5.5.5.

Tableau 5.5.5 composition du vanadium riche scories

composant

V2O5

CaO

EtO2

MgO

CaO/SiO2

contenu%

813

4550

2325

815

1.82.0

Voir le tableau 5.5.6 pour la répartition des charge du four dans chaque phase de fusion.

Tableau 5.5.6 répartition des charges de chacun phase de fusion /%

charge du four

Période de réduction 1

Période de réduction 2

Période de réduction 3

V2O5

15~18

50~47

35

ferrosilicium

75

25

0

Bloc en aluminium

35

65

0

citron vert

20~25

50

30~25

Copeaux d'acier

100

0

0

(3) Processus opérationnel

First, after the last furnace is discharged, the furnace top is tilted back, the slag and the residual slag on the furnace slope are removed, and the mixed magnesia with sufficient viscosity (brine: magnesia brick powder: Magnesia =1:3:5) is used to quickly repair the lining damage at high temperature, and the taphole is blocked. After the furnace is repaired, a certain amount of refining slag shall be padded on the furnace bottom. After the steel scraps are added, drop or replace the electrodes according to the burning condition of the electrodes, check each system, and power on after it is normal. At this time, use high voltage and low current, and immediately pour into the refining slag existing in the liquid state of the previous furnace. After the refining slag is returned, add phase I mixture. Increase the current to the maximum value according to the arc stability. After the completion of phase I mixture, try to push the furnace charge to the center area of three-phase electrode. When the furnace burden melts to a certain extent, ferrosilicon can be added in batches for reduction, and the basicity of the slag can be adjusted at the same time. After the ferrosilicon is fully reduced, aluminum block is added for reduction when the alkalinity is appropriate. The reduction reaction is intense, and the power is cut off when the flame is large. When V2O5 in slag is 0.35%, lean slag can be poured out. Low voltage and low current shall be used during slag pouring. At the later stage of slag pouring, it shall be slow and checked with a pull rod to prevent molten iron from pouring out. After the lean slag is poured, use an iron bar to dip the slag sample and send it to the laboratory for analysis of vanadium pentoxide content.

Deuxièmement, après la phase I, les scories maigres sont déversé, la haute tension est utilisée pour alimenter. Avec l'ajout de la phase II mélange, le courant augmente progressivement jusqu'à la valeur maximale. Après le la charge du four est essentiellement fondue, ajoutez du ferrosilicium pour la réduction. Au même temps, ajuster la basicité des scories, continuer à ajouter du ferrosilicium pendant réduction, puis ajouter des scories de dilution d'aluminium. Le rejet de scories est le même comme celui de la phase I.

Lors de l'affinage final, c'est pareil comme charge pour l'alimentation électrique en phase II. Ajustez la quantité de matériaux dans la période d'affinage en fonction de la composition de l'alliage. Faites d’abord fondre le four Matériaux à haute tension et courant élevé, puis ajuster la basicité de les scories de four. Lorsque la basicité des scories est appropriée, faible tension et un courant important doit être utilisé pour l'augmentation de la température dans le temps selon le longueur d'arc. Lorsque les scories et l'alliage ont une température et une fluidité appropriées, remuer, prélever des échantillons d'alliage et les envoyer au laboratoire pour analyse de V, Si, Composants C, P et s et déchargez-les normalement. Pendant le tapotement, le les scories de raffinage doivent être déversées depuis la sortie des scories avec une petite tension et Courant, et le trou du robinet doit être ouvert, puis l'alimentation doit être coupée pendant en tapant, puis le moulage doit être terminé.

4.4 indicateurs techniques et économiques

Généralement, le taux de récupération du vanadium peut atteindre 97 % ~ 98 % ; Les scories maigres contiennent du vanadium, V2O50,35 % ; Fonte temps, 80min/t. La consommation par 1t de fev40 est présentée dans le tableau 5.5.7.

Tableau 5.5.7 consommation unitaire typique de fusion 1tfev40 (kg/t)

V2O5

FeSi75

lingot d'aluminium

Copeaux d'acier

citron vert

Consommation d'énergie globalekWh/t

Consommation d'énergie de fusion,kWh/t

330740

380400

6080

390410

12001300

1600

1520

4.5 équipement principal

Le ferrovanadium est produit par silicothermie méthode de réduction et fondu dans un four électrique en ferro-alliage. Le typique la capacité est de 840 ~ 2500 kVA, la tension typique est de 150 ~ 250 V et le courant est 4000~4500a. Le couvercle, le fond et le mur du four doivent être construits avec des briques de magnésie. Une électrode en graphite est utilisée pour le fonctionnement, avec un diamètre d'électrode de 200 à 250 mm. L'équipement représentatif d'une usine de Panzhihua est le suivant.

Paramètres du transformateur. Spécification : hsk7-3000/10, capacité : 2500kVA, tension primaire : 10000v, tension secondaire : 121, 92/210160v, nominale courant : 6870a.

Paramètres du four électrique. Spécification : arc électrique 3T four, diamètre de l'électrode :Φ250 mm, coque du four : diamètre intérieurΦ two thousand and nine hundred × 1835mm, polar circle: Φ760mm, électrode course : 1300 mm.

Electrodes. Graphite electrode, gb-3072-82, Φ250 mm

5 fusion du ferrovanadium par méthode thermit

5.1 principes de base

Parce que le vanadium a de nombreuses valences États, le principe de production de ferrovanadium par la méthode thermit peut généralement être décrit par la réaction suivante. 

3V2O5(s)+10Al=6V+5Al2O3   (Al)=-368,36 kJ/mol

(Al)=—681180+112,773T (J/mole)

3VO2+4Al=3V+2Al2O3(Al)=-299,50kJ/mol

(Al)=-307825+40,1175T (J/mole)

V2O3+2Al=2V+Al2O3(Al)=-221,02 kJ/mol

(Al)=-236100+37,835T (J/mole)

3VO+2Al=3V+Al2O3(Al)=-195,90 kJ/mol

(Al)=-200500+36,54T (J/mole)

On peut voir que les réactions ci-dessus sont toutes les valeurs négatives, faciles à réaliser en thermodynamique. En termes de valeur exothermique de réaction, la réaction aluminothermique peut complètement répondre à la chaleur nécessaire à la réaction spontanée, appelée méthode aluminothermique. Dans en fait, la réaction est explosive (en condition adiabatique, la réaction la température peut atteindre environ 3000), la vitesse de réaction doit donc être contrôlée artificiellement.

La réaction de réduction avec le vanadium le trioxyde consomme 40 % d'aluminium en moins. Cependant, lors de la fusion d'une teneur élevée en vanadium ferrovanadium par méthode thermit, la chaleur de réaction est évidemment insuffisant, il est donc impossible de maintenir la réaction automatique, il est donc nécessaire d'ajouter un peu de chaleur. À l'heure actuelle, la méthode d'appoint en chaleur par mise sous tension est appelée méthode électro thermit. Bien entendu, des effets secondaires peuvent également être utilisé. Alliage de ferrovanadium à haute teneur en vanadium et moins des impuretés peuvent être produites par la fusion du thermit.

5.2 ferrovanadium smelting process and equipment by thermite method

(1) Matières premières

Pentoxyde de vanadium : grade v2o598 conforme à la norme gb3283-87. Taille des particules : 55×cinquante cinq×5 mm

Fève d'aluminium : al>99,2%, fe<0,13%, c<0,005%, si<0,1%, p<0,05 %, s<0,0016 %, taille des particules : 10~15 mm.

Chaux : Élevé85 %, mgo<5 %, SiO23,5%, s0,15%,P 0.03%, ignition loss 7%.

Limaille de fer : C0,40%, taille des particules 15mm.

Scories retournées : c'est-à-dire scories (scories de corindon) produites par la thermite méthode, avec une taille de particule de 5 ~ 10 mm.

Le Les conditions de processus idéales pour la fusion de charges de ferrovanadium par la méthode thermit sont que la chaleur de réaction par unité de charge est de 3 140 à 3 350 kj/kg. La teneur en aluminium doit être de 100 % à 102 % de la quantité théorique requise pour la réaction V2O5. D'une manière générale, augmenter la quantité d'aluminium dans le système aluminothermique La réaction peut rendre la réaction complète et suffisante et atteindre un niveau élevé taux de récupération du vanadium. Cependant, lorsque la quantité d'aluminium dépasse un certain Limite, l'excès d'aluminium entrera dans l'alliage et ne parviendra pas à atteindre la qualité exigences; D'autre part, en raison de la teneur élevée en aluminium de l'alliage, sa densité est réduite, ce qui affecte la vitesse de sédimentation de l'alliage dans le laitier, augmente l'inclusion d'alliage dans le laitier et réduit le taux de récupération du vanadium ; Dans le même temps, en raison de l'augmentation de l'aluminium consommation, le coût de production augmente et n’est pas rentable.

Le le pouvoir calorifique de la réaction aluminothermique dépasse la valeur requise, donc inerte des matériaux tels que des scories retournées, de la chaux et des alliages broyés sont ajoutés au charge du four pour réduire la valeur calorifique de la charge du four et assurer la réaction douce. Des matériaux inertes doivent être ajoutés à 20 % ~ 40 % de V2O5 selon approprié.

Sortir de ferrovanadium = (métal d'entrée V × rendement en vanadium%) / teneur en vanadium dans alliage%

Acier ajout de ferraille = production de ferrovanadium × (1 - teneur en vanadium de l'alliage% - masse d'impuretés de l'alliage%)

Depuis la réaction aluminothermique devient une réaction spontanée après une réaction aluminothermique réaction, le temps de réaction est court et difficile à contrôler, donc la qualité du processus de dosage affecte directement la qualité du ferrovanadium des produits. Le dosage doit donc être précis (calcul et pesée) et mélangé uniformément pour éviter la ségrégation de la charge du four.

Tout cru les matériaux destinés à la production de ferrovanadium doivent être soigneusement séchés pour éviter éclaboussures pendant la fusion.

(3) Principal équipement de fusion

Mélangeur : sélectionnez selon la situation.

Four de réaction : la coque cylindrique du four en fonte ou en acier est renforcée par anneau de serrage en acier à l'extérieur et doublé de briques de magnésie. Pour améliorer la durée de vie des briques de magnésie, la paroi intérieure du four est nouée avec un mélange de scories de corindon broyées et de saumure. La magnésie peut être déposée au fond du four, puis cuit et séché. L'ensemble du four peut être placé sur un wagon plat mobile. La taille du four dépend de sa puissance. Généralement, le le diamètre intérieur est de 0,5 à 1,7 m et la hauteur est de 0,6 à 1,0 m.

Chambre de réaction : espace de fusion avec système de hotte aspirante. C'est un lieu de fusion par thermite méthode.

(4) Opération de fusion

Ferrovanadium la fusion est réalisée dans un four cylindrique. Le processus de préparation de Le four de fusion est divisé en trois processus : la pose du four, le nouage et séchage au four. Le revêtement du four de fusion de ferrovanadium est divisé en couche à long terme et couche temporaire. La longue couche est construite avec de la magnésie briques et briques à haute teneur en alumine en trois sections, et la couche temporaire est lié avec des scories de retour. La résistance au refroidissement et au chauffage rapides est médiocre. Les briques sont faciles à endommager lors du démontage du four. Bon revêtement de four la qualité du nouage est la clé pour éviter les fuites du four. La force du nouage est modéré pour éviter un démontage difficile du four. Dans le même temps, le la couche de nouage au bas du corps du four est plus épaisse que la couche supérieure moitié. De plus, d'autres impuretés à bas point de fusion ne doivent pas être mélangées dans le matériel de liage ; Le joint entre le corps du four et le fond doit être bien branché.

Quand fusion du ferrovanadium, le four de fusion doit être hissé sur le wagon plat d'abord. Lorsque la partie inférieure est utilisée pour l'allumage, une petite quantité de four la charge doit être chargée dans le fond du fût du four, la charge de base doit être distribué, un peu de poudre mélangée de V2O5 et de poudre d'aluminium doit être placés sur la surface, et certains agents d'inflammation tels que BaO2, potassium des copeaux de chlorate ou de magnésium doivent être placés sur la surface. Puis le wagon plat est envoyé à la fonderie. Après allumage avec un agent d'allumage, ajouter progressivement toute la charge du four depuis la partie supérieure en fonction des conditions de réaction. La vitesse d'alimentation doit être appropriée. Si la vitesse d'alimentation est trop rapide, le la vitesse de réaction de la charge du four est rapide, la température du four augmente et les éclaboussures sont importantes, ce qui augmente les pertes de vanadium et d'aluminium ; Si la vitesse d'alimentation est trop lente, la réaction est lente et la fusion la température est basse, les scories se lieront trop tôt, la séparation du fer des scories est incomplète, l'agglomération de l'alliage n'est pas bonne et le taux de récupération du vanadium diminuera. L'expérience montre qu'il est approprié de contrôler l'alimentation vitesse à 160~200kg/ (m2.min).

Quand le L'allumage supérieur est adopté, la charge du four doit être ajoutée dans le four d'abord, puis s'est enflammé. Cette méthode adopte généralement la méthode d'allumage inférieur en raison de la réaction intense, de la concentration de chaleur et des éclaboussures importantes de charge du four.

Après le four de fusion est démonté, le lingot d'alliage doit être refroidi par l'eau trempe, puis la surface de l'alliage doit être finie, puis le fer doit être brisé, cassé, criblé, emballé et enfin stocké.

The slag is hoisted to the crushing system. After treatment, part of the slag is returned as batching slag, part is used to tie the furnace lining, and the remaining slag is sold to the refractory plant.

(5) Indicateurs techniques et économiques

Sortie : selon sur le volume du four, il est compris entre 500~1000kg, mais pas plus de 2000kg.

La qualité des produits: généralement, des produits contenant 75 % à 82 % de vanadium peuvent être obtenus. Autre les composants (%) sont de 1,0 à 1,5si ; 1,0 ~ 2,0Al0,15 ~ 0,2C; ≤0,05S; ≤0,025P

Récupération du vanadium taux : généralement 85 % ~ 90 %, jusqu'à 95 %.

(6) Méthodes pour améliorer la récupération du vanadium

En raison de la réaction intense de la méthode aluminothermique, certaines billes métalliques seront mélangées dans les scories, et les scories contiennent une teneur élevée en vanadium. Afin d'améliorer le vanadium rendement, les deux méthodes suivantes sont généralement utilisées.

Chauffage méthode de sédimentation

Après l'achèvement de la réaction aluminothermique, un agent de décantation chauffant composé de de l'oxyde ferrique et des particules d'aluminium sont immédiatement ajoutées à la surface des scories, qui a deux objectifs :

D'abord, la réaction exothermique du précipitant maintient les scories à l'état fondu, ce qui favorise la séparation des scories et du ferrovanadium, et de l'alliage continue de décliner; Deuxièmement, lorsque l'alliage de fer et d'aluminium produit par le La réaction du précipitateur traverse la couche de laitier, l'oxyde de vanadium dans le laitier non réduit et particules d'alliage en suspension dans le laitier sont adsorbés pour améliorer le rendement en vanadium. Généralement, cette méthode peut augmenter le rendement de plus de 2%.

Le l'agent de décantation peut être ajouté manuellement ou mécaniquement (comme un pistolet pulvérisateur). Il Il convient de souligner que la teneur accrue en fer dans cette partie doit être pris en compte dans le calcul des ingrédients pour éviter la réduction des qualité vanadium en raison d'un excès de fer dans l'alliage.

Électrothermique méthode

Après la réaction thermite est terminée, le wagon plat doit être immédiatement envoyé à le radiateur électrique, et les scories doivent être chauffées électriquement pour maintenir le état fondu des scories, de sorte que l'alliage continue à décliner, de manière à améliorer le rendement en vanadium.

Fonte ferrovanadium par méthode de réduction à 6 carbones

Dans laboratoire ou production à petite échelle, la méthode carbothermique peut être sélectionnée. Le L'équation de la réaction chimique pour la fusion du ferrovanadium est :

V2O5+C=2VO2+CO↑   (C)=49070-213.42T(J/mol)  

2VO2+C=V2O3+CO↑   (C)=95300- 158,68T (J/mole)

V2O3+C=2VO+CO↑   (C)=239100-163,22T(J/mole)

VO+C=V+C↑        (C)=310300- 166,21T (J/mole)

V2O5+7C=2VC+5CO↑   (C)= 79824- 145.64T (J/mole)   

Les réactions de réduction ci-dessus sont réactions endothermiques, qui ne peuvent être réalisées qu'avec de l'électricité pour compléter la chaleur. En même temps que la réaction du carbure se forme, l'énergie libre sera considérablement réduit, de sorte que la réaction sera fortement améliorée, ce qui entraînera la formation d'un alliage de carbone contenant une certaine proportion. En fait, le l'alliage produit dans ces conditions contient 4 à 6 % de carbone. Donc, Le ferrovanadium à faible teneur en carbone ne peut pas être produit par réduction des émissions de carbone dans l’industrie. Cependant, en laboratoire, du ferrovanadium à faible teneur en carbone peut être produit par des procédés à haute teneur en carbone. température et vide poussé. Certaines usines étrangères utilisent des méthodes similaires pour produire du ferrovanadium contenant 38 % ~ 40 % v, 2 % ~ 3 % c et 5 % ~ 12 % s. Cet alliage ne peut pas être utilisé pour la plupart des aciers alliés contenant du vanadium, donc le carbothermique la méthode est rarement utilisée.

7 fusion directe du ferrovanadium avec des scories de vanadium

À la maison et à l'étranger, il existe de nombreuses méthodes de fusion directe du ferrovanadium avec scories de vanadium, dont la plupart sont à l'état de recherche, et dont peu sont effectivement produit. La fusion directe du ferrovanadium à partir des scories de vanadium est réalisé en deux étapes. Premièrement, le fer (oxyde de fer) contenu dans les scories de vanadium est réduit par réduction sélective dans un four à arc électrique avec du carbone, ferrosilicium ou alliage silicium-calcium, de sorte que la majeure partie du fer soit séparée du laitier de vanadium, tandis que le vanadium reste dans le laitier de vanadium. Dans de cette façon, on obtient un laitier de vanadium pré-réduit avec un rapport v/fe élevé.

Dans la deuxième étape, le pré les scories de vanadium réduites après élimination du fer sont réduites avec du carbone, du silicium ou aluminium dans un four à arc électrique pour obtenir un alliage de ferrovanadium.

Panzhihua fer et acier Co., Ltd. et CITIC Jinzhou Ferroalloy Company en Chine ont également testé le fusion du ferrovanadium avec des fours électriques.

8 fusion du ferrovanadium avec du trioxyde de vanadium

 

In the production of high vanadium ferrovanadium, vanadium trioxide can be smelted by thermit method, which can save the consumption of aluminum reductant and reduce the production cost. Different from the ordinary method of smelting FEV with V205 outside the furnace, the smelting equipment is smelted in the electric arc furnace because the heat of the reaction between V203 and aluminum is insufficient and cannot be carried out automatically. There are three purposes for using electric arc furnace, one is to supplement the insufficient heat during smelting with V2O3, the other is to improve the recovery rate of vanadium, and the third is to make the temperature in the furnace meet the requirements that the slag can be discharged and the molten iron can be cast into the ingot mold. The GFE electric furnace in Germany has a volume of 5M3, a power of 1.2MVA, a 4.5t three-phase electric arc furnace, a graphite electrode diameter of 300mm, and the lining is all knotted with this slag (corundum slag) without refractory bricks. It only needs to be repaired with slag each time.

 

Peser et mélanger V2O3, poudre d'aluminium (particules), copeaux d'acier et chaux dans le réservoir de stockage, et placez le réservoir de mélange sur le dispositif de chargement au-dessus de la batterie électrique. four avec le chariot élévateur à matériel ;

 

Faire fondre de l'acier chips pendant environ 5 à 10 minutes ;

 

Ajoutez ensuite le Mélange dans le four avec soupape de vibration électromagnétique pour la fusion environ 50 minutes (la tension est de 130 V) ;

 

Après 5 minutes de coulée et scorification, la masse fondue est coulée dans la lingotière à arc recouverte du laitier à l'état fondu (température : 2100);

 

Une fois le métal refroidi dans la lingotière pendant une journée (500), the alloy is put into the pool for quenching after demoulding, and then the high vanadium iron is obtained through finishing and crushing. In addition to being used for making up the furnace, the surplus slag can be sold away.

 

The smelting time of ferrovanadium is about 1 hour, the furnace charge is prepared at one time, and no other furnace charge is added during the smelting process. The power consumption of each furnace is about 1900kwh, 2T alloy and 2.4t slag containing 2 ~ 3% v can be obtained, and the vanadium recovery rate can reach 97%.

 

9 nouveaux technologie de fusion du ferrovanadium

 

(1) Chengde Branch of Hebei Iron and steel company invented a clean production process of ferrovanadium alloy. Through integrated innovation, the two ferrovanadium production processes of electro silicothermic and electro aluminothermic methods are implemented in the same site, realizing the production capacity of full brand ferrovanadium alloy, and making full use of the complementarity of raw materials and materials in the process of smelting ferrovanadium alloy. The ferrovanadium powder produced by the crushing of ferrovanadium products is directly used in the production of ferrovanadium nitride without returning to the process for secondary smelting. The slag, lining and process waste of the electro aluminothermic process are recycled for the reuse of the electro silicothermic furnace, The high efficiency and clean production of ferrovanadium smelting have been realized; The smelting lean slag, dust removal ash and industrial wastewater produced by the two processes are recycled to reduce the comprehensive energy consumption of the process flow, improve the resource utilization rate of smelting ferrovanadium alloy, and make the whole process free of waste water and slag discharge. In line with the concept of circular economy, the two ferrovanadium production processes of electro silicothermic method and electro aluminothermic method are implemented in the same site for integrated overall design and construction to reduce the project cost.

 

(2) Zhejiang xinwanfei Technology Co., Ltd. has invented a preparation method of nitrided ferrovanadium alloy to prevent bonding after alloy firing, which includes the following steps: Step 1: mix vanadium containing compounds, powdered carbonaceous reductant, iron powder and binder, and press them into semi-finished balls with a diameter of 30 ~ 60mm; Step 2: during feeding, the semi-finished ball is mixed with granular carbonaceous reductant, and then dried, carbonized and nitrided, cooled and discharged. In this way, feeding and discharging are conducted every 6-8 hours. The semi-finished balls are separated by granular carbon reductant, which, on the one hand, increases heat transfer, makes the temperature rise faster, and reduces energy consumption; on the other hand, the burned balls are separated from each other, so that continuous feeding and discharging can be achieved, which greatly reduces the production cost and improves the production efficiency; The nitrided ferrovanadium alloy prepared by this method has stable quality and high density.

 

(3) Panzhihua Yinjiang Jinyong industry and trade company has invented a method of smelting ferrovanadium from Panzhihua Xichang vanadium raw materials. The specific method and steps are as follows: weigh the above raw materials and auxiliary materials according to the formula, put the weighed raw materials and auxiliary materials into the mixing equipment to fully mix them until they are uniform, and then put them into the reaction device preheated to 200-300 pour le feu réaction. Après la réaction, ajoutez 30 à 50 kg de retardateur, laissez-les refroidir pendant 48 à 72 heures et enfin séparer les scories et l'alliage ; Les produits en alliage de ferrovanadium sont inspecté, fini, emballé et stocké. Par rapport à l'art antérieur, le L'étape du processus est simplifiée, ce qui améliore non seulement la sécurité, mais également réduit le coût de production; Le produit de fer à haute teneur en vanadium de l'invention a une teneur élevée en vanadium, un faible niveau de soufre et de phosphore et une faible teneur en aluminium et teneur en silicium, ce qui réduit efficacement les dommages causés par les impuretés qui peuvent être introduit dans la nuance d'acier et a une importance positive dans la promotion de la désoxydation et alliage de la production d’acier.

 

(4) Panzhihua Iron and Steel Group Co., Ltd. a inventé un processus de production pour fusion d'un alliage de ferrovanadium par méthode électrothermique. La principale amélioration est fournir une étape de mélange de scories peu coûteuse, facile à contrôler et non corrosive pour revêtement du four. Le processus de production est le suivant : A. mise en lots ; B. Fusion de réduction ; C. Mélange de scories ; D. Coulée et concassage selon les méthodes conventionnelles ; Le l'amélioration est la suivante : à l'étape C, de l'oxyde de fer est ajouté pour ajuster le laitier, et la quantité d'oxyde de fer est de 15 à 20 % du poids de l'aluminium ; Après le l'oxyde de fer est fondu lorsque la température du four atteint 1600 ~ 1900 and the aluminum content in the ferrovanadium alloy liquid is less than 0.5%, the ferrovanadium alloy liquid and slag are discharged together. The addition of iron oxide is conducive to the removal of residual aluminum, reducing the aluminum content in the alloy to 0.2% ~ 0.5%. At the same time, the slag state can be adjusted to reduce the melting point of the slag, so that the smelting can proceed smoothly, the metal in the slag can settle into the alloy solution, and the vanadium yield can reach 97% ~ 99%, so as to reduce the smelting cost of ferrovanadium, improve the product quality, and increase the enterprise benefit and resource utilization.

 

(5) L'Université Central South a inventé une méthode de production d'un alliage de ferrovanadium à partir d'une solution de lixiviation acide de charbon de pierre. Le processus comprend : l'ajout d'ammonium (ammoniac) pour pierrer la solution de lixiviation acide du charbon pour éliminer l'aluminium ; Neutraliser et précipiter les composés de fer et de vanadium après élimination de l'aluminium ou oxydation; Purification du composé de fer et de vanadium ; Le flux de processus du l'invention est courte, la consommation de réactif est faible, le coût de production est faible, la qualité du produit est bonne, l'environnement est respectueux et c'est facile pour réaliser une production industrielle.

 

(6) L'Institut de recherche sur les matériaux métallurgiques du Hunan a inventé la nitruration alliage de ferrovanadium et son procédé de préparation. La composition de L'alliage de nitrure de ferrovanadium est : vanadium 47-81 %, azote 8-16 %, fer 4-44 %, carbone1%, silicium1,50%, aluminium0,01%, manganèse0,50%, soufre0,05%, phosphore0,05 % ; La méthode consiste à mélanger le composé de vanadium en poudre, réducteur carboné et poudre de fer, ajouter le liant, presser le bloc, le sécher et mettez-le dans le four métallurgique sous atmosphère protectrice pendant réaction de réduction carbothermique, de nitruration et de frittage. La température de la section de réduction carbothermique est de 900 -1200 , the temperature of nitriding section is 1200 -1350, le la température de la section de frittage est de 1350 -1490 , et le le temps de réaction total est de 2 à 18 heures. Cette méthode simplifie la méthode traditionnelle processus, raccourcit considérablement le cycle de réaction, réduit l’investissement en équipement et le coût de production, et le produit obtenu a une qualité stable, une teneur élevée en vanadium rendement, haute densité et bas point de fusion de l'acier.

 

référence

 

[1] Chenhousheng Vanadium and vanadium alloys Encyclopedia of chemical engineering [m] Volume 4 Beijing: Chemical Industry Press, 1993:73~92

 

[2] Yangshaoli, liuguoqin, chenhousheng Matériau titane vanadium [m] Pékin : Presse de l'industrie métallurgique, 2007

 

[3] Liaoshiming, Bai tan Vanadium métallurgie à l'étranger [m] Pékin : Métallurgique Presse industrielle, 1985

 

[4] Huang Daoxin, Chen Housheng Extraction de vanadium et fabrication d'acier [m] Pékin : Presse de l'industrie métallurgique, 15 avril 2000

 

[5] Yangshouzhi Métallurgie du vanadium [m] Pékin : Metallurgical Industry Press, 2010

 

[6] Wangyonggang Discussion sur la fusion du ferrovanadium avec V2O5 et V2O3 [j] ferroalliage. 2002,3):10-13

 

[7] Yangyangjun Étude expérimentale sur la fusion du fev50 par le trioxyde de vanadium méthode électrosilicothermique [j] Acier, vanadium et titane 2003,242):19-23

 

[8] Bai Fengren, liufuquan Discussion on new process of smelting ferrovanadium directly from vanadium slag [j] ferroalloy. 1995,1):30-35

 

[9] Luzon Study on smelting ferrovanadium with low vanadium [j] Vanadium titanium 1992,6):43-48

 

[dix] Site Internet de l'Office national de la propriété intellectuelle de la République populaire de Chine www.sipo gov.cn/zljs

 

 

Référence: processus de production et équipement de produits en vanadium et en titane, Pékin : Chemical Industry Press, auteur : Zoujianxin et al., janvier 2014

 

Physique chimie du vanadium et du titane, Pékin : Chemical Industry Press, par Zoujianxin, 2016

 

(Sichuan Laboratoire clé pour l’utilisation complète des ressources en vanadium et titane [Université Panzhihua], cnzoujx@sina.com

 

Etchuan centre technologique d'ingénierie des matériaux vanadium et titane

 




haixin6@jzhxgs.com