熔化炉及利用其冶炼五氧化二钒的方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 111592041 A(43)申请公布日 2020.08.28

(21)申请号 202010505780.0(22)申请日 2020.06.05

(71)申请人 攀钢集团钒钛资源股份有限公司

地址 617000 四川省攀枝花市东区弄弄坪

攀钢集团钒钛资源股份有限公司(72)发明人 王进　王绍东　张林　徐兴名　(74)专利代理机构 成都虹桥专利事务所(普通

合伙) 51124

代理人 张小丽(51)Int.Cl.

C01G 31/02(2006.01)

权利要求书1页 说明书5页 附图1页

(54)发明名称

熔化炉及利用其冶炼五氧化二钒的方法(57)摘要

本发明公开了一种熔化炉及利用其冶炼五氧化二钒的方法，属于冶金技术领域。本发明为弥补现有工艺中的缺点，提供了利用熔化炉冶炼五氧化二钒的方法，包括：通过加料口向熔化炉内加入含钒物料，堆成通向出料口的两个斜三角料堆；先控制温度达到300～550℃干燥脱水；然后控制温度达到550～650℃脱氨脱水；最后控制温度达到676～800℃，进行钒氧化和熔化，熔化物料即熔即出。本发明通过改进熔化炉和布料方式，实现了“即熔即出”，大幅度降低了钒氧化和熔化温度，有效解决了熔化过程中的“钒汽化”损失，同时节省了能源；并实现了“连续进料，连续出料”的连续生产模式，不仅提高了片状五氧化二钒的质量，而且提高了生产效率。

CN 111592041 ACN 111592041 A

权　利　要　求　书

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1.利用熔化炉冶炼五氧化二钒的方法，其特征在于：包括以下步骤：A、通过加料口(1)向熔化炉内加入含钒物料，含钒物料堆成通向出料口(4)的两个斜三角料堆(3)；

B、通过热源(2)先控制炉内温度达到300～550℃，进行干燥脱水；C、然后控制炉内温度达到550～650℃，进行脱氨脱水；D、最后控制炉内温度达到676～800℃，进行钒氧化和熔化，熔化物料从出料口(4)即熔即出。

2.根据权利要求1所述的利用熔化炉冶炼五氧化二钒的方法，其特征在于：冶炼过程中，通过加料口(1)向两个斜三角料堆上补充含钒物料料层，熔化一层补充一层。

3.根据权利要求1所述的利用熔化炉冶炼五氧化二钒的方法，其特征在于：所述含钒物料为多钒酸铵。

4.根据权利要求1所述的利用熔化炉冶炼五氧化二钒的方法，其特征在于：所述干燥脱水的时间为0.5～1.5h。

5.根据权利要求1所述的利用熔化炉冶炼五氧化二钒的方法，其特征在于：所述脱氨脱水的时间为2.5～3.5h。

6.根据权利要求1～5任一项所述的利用熔化炉冶炼五氧化二钒的方法，其特征在于：E、熔化物料从出料口(4)出料后，经铸片装置铸片，得片状五氧化二钒。7.权利要求1～6任一项所述方法中的熔化炉，其特征在于：包括两个加料口(1)、两个热源(2)和一个出料口(4)；其中，加料口(1)位于炉顶，两个热源(2)相对设置，出料口(4)位于炉底。

8.根据权利要求7所述的熔化炉，其特征在于：所述熔化炉的规格为炉底面积F＝20m2。

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熔化炉及利用其冶炼五氧化二钒的方法

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技术领域

[0001]本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种新型熔化炉及利用其冶炼五氧化二钒的方法。

背景技术

[0002]熔化炉生产五氧化二钒主要由APV脱水、脱氨、熔化铸片三个阶段。攀钢集团西昌钢钒钒制品分公司采用现有2座20m2熔化炉，目前熔化炉布料方式主要有均等布料、1221布料和2112布料方式：均等布料方式是按4个加料口均等加料，加料后的物料在熔池中形成均等的布料方式，由于均等布料，炉底基本形成水平面，熔池两端铁水流动缓慢，生产效率低；1221布料方式是减少1#、4#加料量，提高2#、3#加料量，2#、3#加料量为1#、4#加料量的2倍，在熔池中形成凸面，中部熔化后的铁水易流向熔池两端，当熔池液位下降到一定高度时，两端物料再进行回流，铁水长时间滞留在熔池中，为副反应的发生创造了条件，导致品位降低，钒损失增大；2112布料方式是目前效果最好的布料方式，其减少2#、3#加料量，提高1#、4#加料量，1#、4#加料量为2#、3#加料量的2倍，在熔池中形成凹面，熔化炉两端的物料熔化后逐步流向中部，并从出铁口顺利流出，避免了铁水在熔池中出现倒流及流动缓慢等问题，减少了熔化过程副反应的发生，确保了生产效率和产品质量。[0003]然而上述工艺均采用“单次加料，单次出料”，将熔化炉生产五氧化二钒的工艺简单粗犷的分成三个阶段(加料、闷料、出料三个阶段)：加料和闷料阶段；加料采用单次加料；“2112”料堆模式中，闷料分三个温度段：I段温度700-800℃冶炼1h，II段800-850℃冶炼3h，III段850-900℃冶炼1h；出料：900-1000℃冶炼3-4h；总冶炼时达8-9h。一个班一个炉子只能冶炼一炉，2座20m2熔化炉仅能生产7吨片装五氧化二钒，生产效率低下；并且冶炼过程中由于冶炼温度过高，产生的钒汽化现象明显，只能通过烟气喷淋回收部分汽化钒，造成了熔化收率的严重损失。

[0004]目前尚无有效的解决方法。

发明内容

[0005]本发明为弥补现有工艺中的缺点，首先设计了一种新型熔化炉，其包括两个加料口(1)、两个热源(2)和一个出料口(4)；其中，加料口(1)位于炉顶，两个热源(2)相对设置，出料口(4)位于炉底。[0006]其中，上述熔化炉的规格为炉底面积F＝20m2，其生产能力380kgV2O5/m2·d。[0007]在上述熔化炉的基础上，本发明进一步提供了利用熔化炉冶炼五氧化二钒的方法，其包括以下步骤：[0008]A、通过加料口(1)向熔化炉内加入含钒物料，含钒物料堆成通向出料口(4)的两个斜三角料堆(3)；[0009]B、通过热源(2)先控制炉内温度达到300～550℃，进行干燥脱水；[0010]C、然后控制炉内温度达到550～650℃，进行脱氨脱水；

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D、最后控制炉内温度达到676～800℃，进行钒氧化和熔化，熔化物料从出料口(4)

即熔即出。

[0012]其中，上述利用熔化炉冶炼五氧化二钒的方法中，为实现“连续进料，连续出料”的连续生产模式，在冶炼过程中，通过加料口(1)向两个斜三角料堆上补充含钒物料料层，熔化一层补充一层。[0013]其中，上述利用熔化炉冶炼五氧化二钒的方法中，所述含钒物料为多钒酸铵。[0014]其中，上述利用熔化炉冶炼五氧化二钒的方法中，所述干燥脱水的时间为0.5～1.5h。

[0015]其中，上述利用熔化炉冶炼五氧化二钒的方法中，所述脱氨脱水的时间为2.5～3.5h。

[0016]其中，上述利用熔化炉冶炼五氧化二钒的方法中，还包括以下步骤：E、熔化物料从出料口(4)出料后，经铸片装置铸片，得片状五氧化二钒。[0017]本发明的有益效果：

[0018]本发明通过改进熔化炉，使含钒物料原料堆成通向出料口的斜三角料堆，从而大幅度降低了钒氧化和熔化温度，并实现了“即熔即出”，有效解决了熔化过程中的“钒汽化”损失，同时节省了能源；可根据生产需求，采用“单次进料”的单期冶炼或“连续进料，连续出料”的连续生产模式，改变了原有单炉生产的模式限制，不仅提高了片状五氧化二钒的质量，而且提高了生产效率，是一种值得推广应用的连续生产模式。附图说明

[0019]图1为本发明熔化炉的结构示意图，其中，1为两个加料口，2为两个热源烧嘴，3为料堆，4为出料口。具体实施方式

[0020]熔化炉生产五氧化二钒主要由APV脱水、脱氨、熔化铸片三个阶段，现有技术中操作方式很粗犷，简单的把熔化炉生产五氧化二钒分成两个阶段：加料后闷料阶段，闷料分三个温度段：I段温度700-800℃冶炼1h，II段800-850℃冶炼3h，III段950-1000℃冶炼1h；出料900-1000℃冶炼3-4h，总冶炼时间达8-9h。由于熔化的五氧化二钒始终待在炉内，且熔化的五氧化二钒为放热物质，不断的放热，放热使得炉内温度升高，使得熔化的五氧化二钒产生汽化，形成钒蒸汽，钒蒸汽不断对物料进行加热，是一个炉内热量的恶性循环和聚集；最终造成“钒熔化—集中放热—钒汽化—钒汽化热反加热—熔化汽化”不断上演，导致炉内温度提高的很高；同时只能单炉冶炼，生产效率很低。[0021]本发明在大量实际生产的基础上，对熔化炉生产五氧化二钒的化学反应原理进行深入研究，以期优化工艺；分析发现：含钒物料的脱水、脱氨、氨分解、钒还原、氧化、熔化汽化反应均在熔化炉里面完成，具体如下：[0022]APV脱水脱氨(温度：550～650℃)：[0023](NH4)2V6O16→3V2O5+2NH3↑+H2O↑      式1；[0024]氨气分解(条件：镍基催化剂，800～825℃或氧化铁，650℃(不希望)：[0025]2NH3→2N2↑+3H2↑                       式2；

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还原反应(式3温度：约425～450℃；式4温度：约674℃，不希望)：

[0027]V2O5+H2→V2O4+H2O↑                   式3，[0028]V2O5+CO→V2O4+CO2↑                   式4；[0029]氧化反应(温度：约650～800℃，希望)：[0030]2V2O4+O2→2V2O5                      式5；[0031]熔化(温度：676℃，希望)：[0032]V2O5(s)→V2O5(l)                        式6；[0033]汽化(温度约900℃以上，不希望)：[0034]V2O5(l)→V2O5(g)                        式7。[0035]由上述分析可知，900℃以上钒会发生严重汽化，并且由于原料中含有极少量氧化铁，若钒在熔化炉内长时间停留，易发生氨气分解和还原反应。现有技术的冶炼过程中各个阶段都处于高温状态，且远远超过熔化的起始理论温度676℃，造成炉内汽化现象严重，炉内烟气弥漫，使得物料中氮氧化物，硫化物等超标排出，造成严重的环境污染，同时对炉内砌砖造成严重腐蚀，砌砖中的SiO2，A12O3等成分进入产品，造成产品质量差，收率低。因此本发明采用“即熔即出”思路，避免钒汽化和减少还原反应，减少炉内高温对砌砖的腐蚀和砌砖成分对产品的掺杂，避免产生高温SO2气体等造成的环保问题，以提高片状五氧化二钒的质量和产率。[0036]具体的，利用熔化炉冶炼五氧化二钒的方法，其包括以下步骤：[0037]A、通过加料口(1)向熔化炉内加入含钒物料，含钒物料堆成通向出料口(4)的两个斜三角料堆(3)；[0038]B、通过热源(2)先控制炉内温度达到300～550℃，进行干燥脱水；[0039]C、然后控制炉内温度达到550～650℃，进行脱氨脱水；[0040]D、最后控制炉内温度达到676～800℃，进行钒氧化和熔化，熔化物料从出料口(4)即熔即出。

[0041]本发明利用熔化炉冶炼五氧化二钒时，需要控制三个温度：[0042]第一阶段：脱除物料中的游离水(物质表面的以范德华力结合的水分子)和结晶水(以氢键形式结合的中性水分子)，300～550℃，干燥脱水反应0.5～1.5h：(NH4)2V6O16·nH2O→(NH4)2V6O16+nH2O；[0043]第二阶段：脱除物料中的结晶水，并分解，550-650℃，脱氨脱结合水(以化学键结合的水)反应2.5～3.5h：(NH4)2V6O16→3V2O5+H2O↑+2NH3↑；[0044]第三阶段：氧化熔化反应，650-800℃，熔化反应：V2O5(s)→V2O5(l)。[0045]本发明将冶炼分为三个阶段，避免熔化的五氧化二钒直接与水接触发生剧烈的反应，造成炉内的不稳定。

[0046]本发明通过改进熔化炉，使含钒物料原料堆成通向出料口的斜三角料堆，实现了“即熔即出”，并且可根据生产需求，采用“单次进料”的单期冶炼或“连续进料，连续出料”的连续生产模式。

[0047]在连续生产冶炼过程中，将钒氧化和熔化的温度控制为676～800℃，使斜三角料堆上层物料首先熔化，随即通过出料口留出，然后通过加料口(1)向两个斜三角料堆上补充含钒物料料层，熔化一层补充一层，未熔化的下层物料，可实现即熔即出的效果从而实现了

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“连续进料，连续出料”的连续生产模式。具体的说，根据本发明对氧化熔化温度的控制，加料速度为各加料口分别为0.5～1t/h，两个加料口共1～2t/h，从而使加料量与物料熔化流出速度相匹配，连续进料冶炼。[0048]加料过程中，料堆下层受到上层熔化物料的热量渗透，早已经完全脱水脱氨，但没有氧化和熔化，料堆上层是新加入的物料，由于新加料层厚度很薄，再受到下层物料的热渗透作用很快就脱氨脱水，受到热源的作用很快进入钒氧化熔化阶段，因此保持了连续加料后的连续熔化。加料时机可在冶炼过程中随时进行，例如从最开始加入物料就开始连续加料，也可在炉内物料开始熔化流出时开始连续加料；但无论何时开始向两个斜三角料堆上补充含钒物料料层，均能实现连续。[0049]在单期生产冶炼过程中，可一次性加入全部物料，也可在冶炼过程中分批次料；此外，未熔化的下层物料，在上层物料熔化过程中受到了热量的渗透，早已经完全脱水脱氨，冶炼后期也不用升温，恒温即可实现即熔即出的效果。[0050]本发明方法中，所述含钒物料为多钒酸铵。[0051]本发明方法中，为得到成品片状五氧化二钒产品，还包括以下步骤：E、熔化物料从出料口(4)出料后，经铸片装置铸片，得片状五氧化二钒。[0052]本发明还涉及了一种熔化炉，使其与上述方法相匹配，其包括两个加料口(1)、两个热源(2)和一个出料口(4)；其中，加料口(1)位于炉顶，两个热源(2)相对设置，出料口(4)位于炉底。

[0053]熔化炉的规格可根据实际需要进行设计，采用本发明方法和熔化炉能够实现连续生产，因此熔化炉可设计为大规格炉，以提高产量，例如本发明实施例中将其设计为炉底面积F＝20m2，生产能力380kg V2O5/m2·d；并且采用本发明方法，配合对间歇式熔化炉改进，甚至可以超过设计产能。

[0054]下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此将本发明保护范围限制在所述的实施例范围之中。

[0055]实施例1和2采用如图1所述熔化炉，其炉底面积F＝20m2，生产能力380kg V2O5/m2·d。

[0056]实施例1：连续冶炼生产[0057]A、整个冶炼过程中，通过加料口(1)向熔化炉内以1t/h的加料速度(各加料口加料速度为0.5t/h)连续加入含钒物料，含钒物料堆成通向出料口(4)的两个斜三角料堆(3)；[0058]B、通过热源(2)先控制炉内温度达到400±50℃，进行干燥脱水1h；[0059]C、然后控制炉内温度达到600±50℃，进行脱氨脱水3h；[0060]D、最后控制炉内温度达到700±50℃，进行钒氧化和熔化，熔化物料从出料口(4)即熔即出，同时步骤A中通过加料口(1)连续加入含钒物料，补充炉内物料，实现连续生产；[0061]E、熔化物料从出料口(4)出料后，经铸片装置铸片，得片状五氧化二钒。[0062]冶炼现象：冶炼过程中烟气中钒损失极少，不可见。[0063]片状五氧化二钒产量为0.63t/h，钒品位V2O5＝98.17％-98.96％，冶炼收率99.35％。

[0064]实施例2：单期冶炼生产

[0065]通过加料口(1)向熔化炉内加入含钒物料(各加料口投入5吨APV)，含钒物料堆成

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通向出料口(4)的两个斜三角料堆(3)；[0066]B、通过热源(2)先控制炉内温度达到400±50℃，，进行干燥脱水1h；[0067]C、然后控制炉内温度达到600±50℃，进行脱氨脱水3h；[0068]D、最后控制炉内温度达到700±50℃，进行钒氧化和熔化，熔化物料从出料口(4)即熔即出；[0069]E、熔化物料从出料口(4)出料后，经铸片装置铸片，得片状五氧化二钒。[0070]冶炼现象：冶炼过程中烟气中钒损失极少，不可见。[0071]冶炼结束，片状五氧化二钒产量6.3吨，钒品位V2O5＝98.19％，冶炼收率98.98％。[0072]对比例1

[0073]采用2112布料模式，冶炼温度：闷料分三个温度段：I段温度700-800℃冶炼1h，II段800-850℃冶炼3h，III段850-900℃冶炼1h；出料：900-1000℃冶炼3.5h。[0074]冶炼现象：炉子内烟气较重，烟气钒损失较大，清晰可见。[0075]冶炼效果：采用此前工艺，间歇冶炼16炉，总共投入APV(即红钒、多钒酸按平均含水量H2O＝29.66％，钒品位TV＝49.57％)93.54吨，总共产出片状五氧化二钒57.78吨(钒品位V2O5＝97.68％)，冶炼收率仅有96.91％；单炉平均加料APV约5.86吨，片钒平均出料量3.62吨。

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