選擇性氧化的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是用于選擇性氧化來(lái)自鐵熔體的一種或多種金屬的方法，包括如下步驟：在轉(zhuǎn)爐中提供鐵熔體，并且將易還原的氧化物添加到鐵熔體中，由此以便于氧化所述一種或多種金屬，其特征在于所述轉(zhuǎn)爐設(shè)置有用于感應(yīng)加熱的裝置，通過(guò)該用于感應(yīng)加熱的裝置可以完全或部分地控制在轉(zhuǎn)爐中的熱平衡。
【專利說(shuō)明】選擇性氧化

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于選擇性氧化來(lái)自鐵熔體的一種或多種金屬的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 通過(guò)例如在高爐或電矮豎爐（electrical low-shaft furnaces)中還原鐵礦而制 備的鐵含有許多金屬元素，所述金屬元素也被還原且進(jìn)入鐵中的稀溶液中。在這些金屬元 素當(dāng)中，釩和鈦尤其受到關(guān)注。這兩種金屬具有高的市場(chǎng)價(jià)值，但也給某些鐵合金帶來(lái)了問(wèn) 題，其中它們形成了不期望的碳化物。
[0003] 回收釩或鈦的方法包括通過(guò)添加氧氣和/或氧化物來(lái)氧化這些金屬。其目的在于 選擇性氧化釩和鈦而同時(shí)不會(huì)氧化鐵。鐵的氧化意味著釩氧化物/鈦氧化物被稀釋，這對(duì) 隨后的以純凈形式或純氧化物形式回收金屬的處理造成了困難。碳的氧化由于熱力學(xué)原因 并且在殘留的鐵將被用于制造鑄件的情況下也是不期望的。
[0004] 目前，氧化方法通常在鋼包型或轉(zhuǎn)爐型的反應(yīng)器中實(shí)施，在所述反應(yīng)器中借助振 動(dòng)臺(tái)或通過(guò)在金屬表面之下注入氣體來(lái)攪拌金屬。通過(guò)所添加的氧氣產(chǎn)生熱。具體地，所 形成的反應(yīng)產(chǎn)物是鐵的氧化物、釩的氧化物、鈦的氧化物、錳的氧化物和硅的氧化物。氧化 物浮動(dòng)至鐵浴的表面，并且連同可能的添加劑一起形成爐渣（slag)。
[0005] 近來(lái)，從LD爐渣中提取釩也已經(jīng)引起了極大的關(guān)注，尤其是在瑞典。在這種方 法中，在第一步中還原熱的LD爐渣，這會(huì)得到具有高的釩含量的金屬相。之后，實(shí)施選 擇性軌氧化。在第三步中，還原富含軌的爐澄，從而產(chǎn)生軌鐵。在得自Swedish Steel Producers'Association 的報(bào)告 D 816(Recovery off凡 from LD slag(Ye, 2006))和得自 Llllea University of Technology 的兩篇論文（Vanadinutvinningur LD-slagg [Recovery ofvanadium from LD slag], (S.JonssonjLTU 2006:127CIV)和 selective oxidation ofvanadium prior to iron and phosphorus (M.Lindvall, LTU 2006:288CIV))中給出了在 鐵和鋼的制備中回收釩的方法的概述。
[0006] 現(xiàn)有方法的缺點(diǎn)是，特別地，碳和鐵與氧的氧化增加熱量。于是局部形成高溫，這 有利于碳的氧化，代價(jià)是釩和鈦的氧化。調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度也變得困難，常常需要添加冷卻手段 如廢料和鐵氧化物。其它缺點(diǎn)在于在爐渣中的固體鐵的高比例和低的釩含量，以及會(huì)導(dǎo)致 低產(chǎn)率的飛派（splashing)。振動(dòng)臺(tái)也會(huì)引起機(jī)械問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于解決或至少最小化一部分上述問(wèn)題。具體地，本發(fā)明的目的在 于改進(jìn)選擇性氧化的收率。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明，該目的通過(guò)改進(jìn)的對(duì)反應(yīng)條件的控制來(lái)達(dá)到。這通過(guò)權(quán)利要求1中 所限定的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0009] 根據(jù)該方法，主要使用產(chǎn)生吸熱反應(yīng)或只產(chǎn)生微弱的放熱反應(yīng)的氧化劑，且鐵熔 體的溫度通過(guò)感應(yīng)加熱進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0010] 所有的氧化物以易還原的氧化物的形式添加。優(yōu)選使用鐵礦或其它形式的鐵氧化 物。采用通道型感應(yīng)爐或坩堝爐通過(guò)感應(yīng)加熱來(lái)保持熱平衡?？梢酝ㄟ^(guò)注入鐵氧化物來(lái)將 氧化物添加到浴表面或浴表面之下。從技術(shù)的角度來(lái)看，通過(guò)在浴表面之下注入進(jìn)行的添 加略為更復(fù)雜，但具有如下所述的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的優(yōu)勢(shì)。因此，在優(yōu)化的條件下，期望的 一種或多種金屬的氧化可以局部發(fā)生。
[0011] 如果將FeO用作氧化劑，則該反應(yīng)可以寫(xiě)作：
[0012] Me+FeO - MeO+Fe
[0013] 其中Me是在鐵熔體中的金屬，如CI^Mn、Si、Ti、V或Nb，MeO是在爐渣中形成和回 收的氧化物。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 本發(fā)明的目的在于通過(guò)選擇性氧化回收來(lái)自鐵熔體的一種或多種金屬。根據(jù)本發(fā) 明，主要使用產(chǎn)生吸熱反應(yīng)的氧化劑，且鐵熔體的溫度通過(guò)感應(yīng)加熱進(jìn)行調(diào)節(jié)。用于感應(yīng)加 熱的裝置可以是通道型感應(yīng)器，或者可替換地，該感應(yīng)器可以是坩堝型。例如，可以使用具 有描述于US3971547中的那種通道型感應(yīng)器的轉(zhuǎn)爐。
[0015] 本發(fā)明限定于專利權(quán)利要求書(shū)中。
[0016] 鐵熔體通常是生鐵，但它還可以是通過(guò)例如LD爐渣的還原獲得的低碳熔體。在下 文中，對(duì)于固體和液體元素，含量以重量％為單位給出，對(duì)于氣體，含量以體積％為單位給 出。
[0017] 據(jù)信，易于形成氧化物的元素對(duì)氧具有高親合性，以此類推，不易于形成氧化物的 物質(zhì)對(duì)氧具有低親合性。高活度的反應(yīng)物（即元素和氧源）和低活度的反應(yīng)產(chǎn)物（氧化 物）有利于其中元素與氧結(jié)合并且形成氧化物的化學(xué)反應(yīng)。對(duì)于溶液，規(guī)律是以高含量存 在的物質(zhì)具有高活度，而以低含量存在的物質(zhì)具有低活度。在某種程度上，在溶液中的物質(zhì) 也彼此影響，且活度增加或降低在一定程度上取決于該影響。然而，設(shè)定在溶液中物質(zhì)的活 度等于其含量通常是對(duì)于稀溶液的有效近似。反應(yīng)產(chǎn)物（即氧化物）的活度也由氧化物的 含量和它如何溶解于其它氧化物中決定。該物質(zhì)與其它氧化物在爐渣中溶解得越容易，則 該物質(zhì)的活度就越低。氣體的活度幾乎僅用它們的分壓來(lái)表示。
[0018] 如果以氧氣的形式添加氧，則在鐵溶液中金屬和氧之間的反應(yīng)可以寫(xiě)作：
[0019] Me+l/202-MeO
[0020] 如果取而代之以氧化物（此處為鐵氧化物）的形式添加氧，則該反應(yīng)寫(xiě)作：
[0021] Me+FeO - MeO+Fe
[0022] 凈反應(yīng)不能達(dá)到比平衡更進(jìn)一步的程度而不停止，這時(shí)已經(jīng)達(dá)到Me和MeO的含量 (例如，活度）之間的某個(gè)比例。這種狀態(tài)用平衡常數(shù)來(lái)描述，平衡常數(shù)對(duì)于不同的反應(yīng)是 不同的。在以上實(shí)例中，其中氧以氧氣的形式添加，則平衡常數(shù)K適用下式：

【權(quán)利要求】
1. 用于選擇性氧化來(lái)自鐵烙體的一種或多種金屬的方法，包括如下步驟；在轉(zhuǎn)爐中提 供鐵烙體，并且將易還原的氧化物添加到鐵烙體中，由此W便于氧化W下指定的金屬中的 一種或多種，其特征在于所述轉(zhuǎn)爐設(shè)置有用于感應(yīng)加熱的裝置，通過(guò)所述用于感應(yīng)加熱的 裝置能夠完全或部分地控制在轉(zhuǎn)爐中的熱平衡。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述用于感應(yīng)加熱的裝置是通道型感應(yīng)器或相蝸型感 應(yīng)器。
3. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述轉(zhuǎn)爐設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)噴槍和/或底 部噴嘴和/或側(cè)面噴嘴W允許加入氣體和固體，優(yōu)選陶瓷包覆的噴槍。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述轉(zhuǎn)爐開(kāi)口設(shè)置有蓋子，通過(guò)所述蓋 子能夠關(guān)閉所述轉(zhuǎn)爐，W使得在所述轉(zhuǎn)爐中能夠建立超壓，在所述轉(zhuǎn)爐中的壓力優(yōu)選為 1-lOatm。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述一種或多種金屬M(fèi)e選自群組Me = 化、]?11、51、1'1、￥和佩。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所使用的所述易還原的氧化物是鐵氧化物 或鐵礦。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中氧氣和/或二氧化碳和/或過(guò)熱蒸汽也 用于氧化所述來(lái)自鐵烙體的一種或多種金屬，其中0-50%、優(yōu)選0-10%的氧需求由氧氣組 成。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述鐵烙體是優(yōu)選具有3. 7% -4. 7%的碳 含量的生鐵。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中間歇地或連續(xù)地添加碳，從而調(diào)節(jié)所述鐵 烙體的碳含量，優(yōu)選借助于得自廢氣分析的數(shù)據(jù)。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中鐵浴的溫度為115(TC -1450°C，優(yōu)選為 1200°C -1380°C，更優(yōu)選為 1250°C -1350°C。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述選擇性氧化發(fā)生在若干階段，伴隨有 相關(guān)的爐渣的去除和新?tīng)t渣的形成。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所獲得的爐渣包括W下組分中的至少= 種；CaO、MnO、AI2O3、Si〇2、MgO、V203、乂2〇5、Ti〇2、化〇x和化 2〇3。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述轉(zhuǎn)爐還設(shè)置有用于使惰性氣體沖刷 通過(guò)所述烙體的裝置，優(yōu)選在轉(zhuǎn)爐底部的氣體沖刷組件。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中通過(guò)選擇性氧化回收饑，并且其中所獲得 的在所述爐渣中的V/Si比例優(yōu)選為至少1. 0和/或所述饑含量?jī)?yōu)選為至少10%。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的方法，或根據(jù)權(quán)利要求11-13中任一項(xiàng)引用權(quán)利要求 1-7中任一項(xiàng)的方法，其中所述鐵烙體的碳含量為小于1%。
【文檔編號(hào)】C21C1/04GK104471083SQ201380029487
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月8日
【發(fā)明者】P.倫德斯特羅姆, P-A.倫德斯特羅姆 申請(qǐng)人:尤萬(wàn)控股股份公司