CN102758116B - V2o5直接合金化的混合剂压块及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种V₂O₅直接合金化的混合剂压块及其使用方法。其技术方案是：该混合剂压块的原料及其含量是：V₂O₅粉为10～25wt%，还原剂为5～20wt%，添加剂为50～75wt%，水玻璃为5～15wt%。V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块制备方法是：按上述原料及其含量，先将V₂O₅粉、还原剂和添加剂混合，再加入水玻璃，搅拌均匀，压块，干燥，即得V₂O₅直接合金化的混合剂压块。本发明所制备的混合剂压块在钢液中还原V₂O₅速度快，钒的收得率高，操作简便易行，能单步得到所需的中低碳含钒微合金钢，经济效益显著。

Description

V2O5直接合金化的混合剂压块及其使用方法

技术领域

本发明直接合金化添加剂的技术领域，特别涉及一种V₂O₅直接合金化的混合剂压块及其使用方法。 

背景技术

目前，生产含钒合金钢主要有三种方法：第一是在炼钢炉内加入钒铁合金，这种方法最为普遍，为现阶段生产钒合金钢的主要方法；第二是直接在炼钢炉内加钒渣（含V₂O₅为15~20wt%）和还原剂的混合物进行合金化；第三是在冶炼氧化末期，扒渣后向炼钢炉内加入V₂O₅和还原剂，然后在还原期加入贫化剂进行合金化。 

在以钒铁为原料进行合金化时，需先用专用的生产设备冶炼钒铁合金，钒铁合金的冶炼工艺比较复杂，一般使用电硅热法和铝热法等。用钒铁合金进行钒合金钢的生产，需要冶炼钒铁合金和钢液合金化两个工序，该工艺比较复杂、冶炼时间较长、能耗较高和综合成本相对高昂，且钒在生产过程中损失较多，总的收得率只有80~85%。 

在以钒渣为原料进行合金化时，钒渣对钒合金钢冶炼有两个方面的不利影响：第一是钒渣中V₂O₅含量偏低，钒渣混合剂中V₂O₅的含量约为15~20wt%；第二是钒渣中其他杂质元素较多，故在合金化的同时引入了大量无用且有害的杂质，特别是钒渣中含磷量高达0.1~0.3wt%，当冶炼钒合金钢时，还原条件下增磷较明显。这些因素导致冶炼时渣量较大，耗费热能较高，对钒合金钢的冶炼不利。另外，到目前为止，钒渣直接合金化只可以生产含钒为0.1wt%左右的低钒合金钢，而生产含钒量较高的合金钢未有报道。 

《一种V₂O₅直接合金化炼钢工艺》（CN101067182A）公开了如下技术：当以V₂O₅为原料直接合金化时，在炼钢炉冶炼的氧化期末期，需扒除氧化渣，将V₂O₅与还原剂、熔剂、添加剂的混合物经破碎混匀后，装入炼钢炉内，从而使V₂O₅中的钒还原出来而对钢液直接进行合金化冶炼。在还原过程中，加入调整熔剂调整熔渣的成分，在还原期末，将炉渣贫化剂加入炉内，对含V₂O₅的炉渣进行还原贫化，使钒的收得率提高。该专利技术虽可得到较高的收得率，但加入的溶剂、调整剂和还原剂等种类繁较多，试剂用量较大；在反应过程中，生成的渣量较多；在实际的生产过程中，需在氧化期末期、还原期末期加入试剂，即需两步完成生产。 

发明内容：

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种V₂O₅直接合金化的混合剂压块。使用该V₂O₅直接合金化的混合剂压块在钢液中还原V₂O₅速度快、钒的收得率高、操作简便易行、可单步得到所需的钒合金钢和经济效益显著。

为实现上述目的，本发明采用技术方案是：该混合剂压块的原料及其含量是：V₂O₅粉为10~25wt%，还原剂为5~20wt%，添加剂为50~75wt%，水玻璃为5~15wt%。 

V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块的制备方法是：按上述原料及其含量，先将V₂O₅粉、还原剂和添加剂混合，再加入水玻璃，搅拌均匀，压块，干燥，即得V₂O₅直接合金化的混合剂压块。 

在上述技术方案中： 

V₂O₅粉中的V₂O₅含量≥90wt%；

还原剂的化学成分及其含量是：铝粉为70~80wt%，镁粉为20~30wt%；或还原硅粉为75~85%，碳粉为15~25wt%；其中：铝粉为工业级，镁粉为工业级；

添加剂为80~95wt%的铁粉和5~20wt%的CaF₂粉混合组成；其中，铁粉中的Fe含量≥95wt%。

所述的V₂O₅直接合金化的混合剂压块的使用方法是：在冶炼中低碳合金钢时，于冶炼还原期末期，扒渣后向钢包中加入V₂O₅直接合金化的混合剂压块，待V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块在钢液中反应完全后，即可得到所需含钒量的钒合金钢。V₂O₅直接合金化的混合剂压块的加入量为每吨钢3~22kg。 

由于采用上述技术方案，将本发明所制备的V₂O₅直接合金化的混合剂压块投入中低碳合金钢钢液中后，由于高温环境，诱发放热的还原反应，使得还原剂与V₂O₅发生反应，V₂O₅被还原剂快速还原出钒原子。 

由于本发明的还原剂中碳粉有一定的还原性，能对V₂O₅直接合金化的混合剂压块中的V₂O₅进行还原；同时，由于钒在高温环境中不稳定，与本发明所述还原剂中的碳粉或钢液中的C在高温环境中游离出的活性碳原子结合，形成稳定的VC。VC在钢中稳定的存在，具有析出强化和防止晶粒长大的作用，从而提高钢的强韧性。 

还原产生的钒不稳定，易被再氧化。当加入添加剂中的铁粉后，Fe与V可形成无限固溶体。还原产生的钒与铁结合形成FeV固溶体，FeV固溶体比单质钒稳定性更高，在钢液中不易被氧化，因此提高了钒的还原速率和钒的收得率；另外，加入铁粉能增加混合剂压块密度，将增加混合剂压块在钢液中的沉入部分，使之反应更加充分和完全。 

本发明所述还原剂中加入了镁粉，镁的还原能力较强，易于将V₂O₅还原成钒。同时V₂O₅与镁、铝、硅反应，对外放出大量的热量，能使得钢液的温度不降低。 

本发明所制备的V₂O₅直接合金化的混合剂压块中，所加入的还原剂和添加剂中的种类较少，试剂用量较小。在冶炼中低碳含钒微合金钢时，采用本发明所制备的V₂O₅直接合金化的混合剂压块生成渣量少，且不引入其它杂质。在实际操作过程中，只需根据钢中钒含量的多少，计算所需混合剂压块质量，在还原期末期扒渣后直接投入钢包，待其反应完全后，再经过后续精炼、浇铸、锻造、轧制工艺操作，即得所需钒含量的钒微合金钢。相当于单步一次得到所需的钒合金钢，且可使钒的收得率≥95%。 

因此，本发明所制备的混合剂压块还原V₂O₅速度快，钒的收得率高，操作简便易行，可单步得到所需的钒合金钢，经济效益显著。 

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。 

为避免重复，先将本具体实施方式所涉及到的原料统一描述如下，实施例中不再赘述： 

V₂O₅粉的V₂O₅含量≥90wt%；铝粉为工业级，镁粉为工业级；添加剂为80~95wt%的铁粉和5~20wt%的CaF₂粉混合组成，其中铁粉的Fe含量≥95wt%。

实施例1

一种V₂O₅直接合金化的混合剂压块及其使用方法。该混合剂压块的原料及其含量是：V₂O₅粉为10~15wt%，还原剂为5~10wt%，添加剂为65~75wt%，水玻璃为5~10wt%。

本实施例中：还原剂的化学成分及其含量是：铝粉为70~80wt%，镁粉为20~30wt%。 

V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块的制备方法是：按上述原料及其含量，先将V₂O₅粉、还原剂和添加剂混合，再加入水玻璃，搅拌均匀，压块，干燥，即得V₂O₅直接合金化的混合剂压块。 

本实施例制备的V₂O₅直接合金化的混合剂压块的使用方法是： 

在5吨的电弧炉上冶炼非调质钢40Mn2V，所述非调质钢的钒含量为0.1~0.12wt%。采用本实施例所制备的V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块作为钒的来源。在冶炼的还原期末期，扒渣后向钢包中加入V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块，V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块加入量为60~105kg，待V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块在钢液中反应完全后，即得含钒量为0.1~0.12wt%的钢液。再进行精炼、浇铸、锻造和轧制工艺，即得40Mn2V非调质钢。

实施例2

一种V₂O₅直接合金化的混合剂压块及其使用方法。该混合剂压块的原料及其含量是：V₂O₅粉为13~19wt%，还原剂为8~14wt%，添加剂为52~62wt%，水玻璃为10~15wt%。

本实施例中：还原剂的化学成分及其含量同实施例1；V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块的制备方法是同实施例1。 

本实施例制备的V₂O₅直接合金化的混合剂压块的使用方法是： 

在5吨的电弧炉上冶炼非调质钢36Mn2V，所述非调质钢的钒含量为0.11~0.16wt%。采用本实施例所制备的V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块作为钒的来源。在冶炼的还原期末期，扒渣后向钢包中加入V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块，V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块加入量为50~110kg，待V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块在钢液中反应完全后，即得含钒量为0.11~0.16wt%的钢液。再进行精炼、浇铸、锻造、轧制工艺，即得36Mn2V非调质钢。

实施例3

一种V₂O₅直接合金化的混合剂压块及其使用方法。该混合剂压块的原料及其含量是：V₂O₅粉为15~22wt%，还原剂为10~18wt%，添加剂为57~67wt%，水玻璃为8~13wt%。

本实施例中：还原剂的化学成分及其含量同实施例1；V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块的制备方法是同实施例1。 

本实施例制备的V₂O₅直接合金化的混合剂压块的使用方法是： 

在5吨的电弧炉上冶炼结构钢20MnV，所述结构钢的钒含量为0.07~0.12wt%。采用本实施例所制备的V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块作为钒的来源。在冶炼的还原期末期，扒渣后向钢包中加入V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块，V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块加入量为30~90kg，待V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块在钢液中反应完全后，即得含钒量为0.07~0.12wt%的钢液。再进行精炼、浇铸、锻造、轧制工艺，即得20MnV结构钢。

实施例4

一种V₂O₅直接合金化的混合剂压块及其使用方法。该混合剂压块的原料及其含量是：V₂O₅粉为20~25wt%，还原剂为15~20wt%，添加剂为50~55wt%，水玻璃为10~15wt%。

本实施例中：还原剂的化学成分及其含量同实施例1；V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块的制备方法是同实施例1。 

本实施例制备的V₂O₅直接合金化的混合剂压块的使用方法是： 

在5吨的电弧炉上冶炼结构钢15MnV，所述结构钢的钒含量为0.04~0.12wt%。采用本实施例所制备的V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块作为钒的来源。在冶炼的还原期末期，扒渣后向钢包中加入V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块，V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块加入量为15~50kg，待V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块在钢液中反应完全后，即得含钒量为0.04~0.12wt%的钢液。再进行精炼、浇铸、锻造、轧制工艺，即得15MnV结构钢。

实施例5

一种V₂O₅直接合金化的混合剂压块及其使用方法。除还原剂外，其余同实施例1。

还原剂为还原硅粉为75~85%和碳粉为15~25wt%。 

本实施例制备的V₂O₅直接合金化的混合剂压块的使用方法是： 

在5吨的电弧炉上冶炼非调质钢40Mn2V，所述非调质钢的钒含量为0.1~0.12wt%。采用本实施例所制备的V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块作为钒的来源。在冶炼的还原期末期，扒渣后向钢包中加入V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块，V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块加入量为60~105kg，待V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块在钢液中反应完全后，即得含钒量为0.1~0.12wt%的钢液。再进行精炼、浇铸、锻造、轧制工艺，即得40Mn2V非调质钢。

实施例6

一种V₂O₅直接合金化的混合剂压块及其使用方法。除还原剂外，其余同实施例2。

还原剂为还原硅粉为75~85%和碳粉为15~25wt%。 

本实施例制备的V₂O₅直接合金化的混合剂压块的使用方法是： 

在5吨的电弧炉上冶炼非调质钢36Mn2V，所述非调质钢的钒含量为0.11~0.16wt%。采用本实施例所制备的V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块作为钒的来源。在冶炼的还原期末期，扒渣后向钢包中加入V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块，V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块加入量为50~110kg，待V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块在钢液中反应完全后，即得含钒量为0.11~0.16wt%的钢液。再进行精炼、浇铸、锻造、轧制工艺，即得36Mn2V非调质钢。

实施例7

一种V₂O₅直接合金化的混合剂压块及其使用方法。除还原剂外，其余同实施例3。

还原剂为还原硅粉为75~85%和碳粉为15~25wt%。 

本实施例制备的V₂O₅直接合金化的混合剂压块的使用方法是： 

在5吨的电弧炉上冶炼结构钢20MnV，所述结构钢的钒含量为0.07~0.12wt%。采用本实施例所制备的V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块作为钒的来源。在冶炼的还原期末期，扒渣后向钢包中加入V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块，V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块加入量为30~90kg，待V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块在钢液中反应完全后，即得含钒量为0.07~0.12wt%的钢液。再进行精炼、浇铸、锻造、轧制工艺，即得20MnV结构钢。

实施例8

一种V₂O₅直接合金化的混合剂压块及其使用方法。除还原剂外，其余同实施例4。

还原剂为还原硅粉为75~85%和碳粉为15~25wt%。 

本实施例制备的V₂O₅直接合金化的混合剂压块的使用方法是： 

在5吨的电弧炉上冶炼结构钢15MnV，所述结构钢的钒含量为0.04~0.12wt%。采用本实施例所制备的V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块作为钒的来源。在冶炼的还原期末期，扒渣后向钢包中加入V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块，V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块加入量为15~50kg，待V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块在钢液中反应完全后，即得含钒量为0.04~0.12wt%的钢液。再进行精炼、浇铸、锻造、轧制工艺，即得15MnV结构钢。

本具体实施方式所制备的V₂O₅直接合金化的混合剂压块投入中低碳合金钢钢液中后，由于高温环境，诱发放热的还原反应，使得还原剂与V₂O₅发生反应，V₂O₅被还原剂快速还原出钒原子。 

由于本具体实施方式的还原剂中碳粉有一定的还原性，能对V₂O₅直接合金化的混合剂压块中的V₂O₅进行还原；同时，由于钒在高温环境中不稳定，与本具体实施方式所述还原剂中的碳粉或钢液中的C在高温环境中游离出的活性碳原子结合，形成稳定的VC。VC在钢中稳定的存在，具有析出强化和防止晶粒长大的作用，从而提高钢的强韧性。 

还原产生的钒不稳定，易被再氧化。当加入添加剂中的铁粉后，Fe与V可形成无限固溶体。还原产生的钒与铁结合形成FeV固溶体，FeV固溶体比单质钒稳定性更高，在钢液中不易被氧化，因此提高了钒的还原速率和钒的收得率；另外，加入铁粉能增加混合剂压块密度，将增加混合剂压块在钢液中的沉入部分，使之反应更加充分和完全。 

本具体实施方式所述还原剂中加入了镁粉，镁的还原能力较强，易于将V₂O₅还原成钒。同时V₂O₅与镁、铝、硅反应，对外放出大量的热量，能使得钢液的温度不降低。 

本具体实施方式所制备的V₂O₅直接合金化的混合剂压块中，所加入的还原剂和添加剂中的种类较少，试剂用量较小。在冶炼中低碳含钒微合金钢时，采用本具体实施方式所制备的V₂O₅直接合金化的混合剂压块生成渣量少，且不引入其它杂质。在实际操作过程中，只需根据钢中钒含量的多少，计算所需混合剂压块质量，在还原期末期扒渣后直接投入钢包，待其反应完全后，再经过后续精炼、浇铸、锻造、轧制工艺操作，即得所需钒含量的钒微合金钢。相当于单步一次得到所需的钒合金钢，且可使钒的收得率≥95% 

因此，本具体实施方式所制备的混合剂压块还原V₂O₅速度快，钒的收得率高，操作简便易行，可单步得到所需的钒合金钢，经济效益显著。

Claims (3)

1.一种V₂O₅直接合金化的混合剂压块，其特征在于该混合剂压块的原料及其含量是：V₂O₅粉为10~25wt%，还原剂为5~20wt%，添加剂为50~75wt%，水玻璃为5 ~15wt%；

V₂O₅粉直接合金化的混合剂压块的制备方法是：按上述原料及其含量，先将V₂O₅粉、还原剂和添加剂混合，再加入水玻璃，搅拌均匀，压块，干燥，即得V₂O₅直接合金化的混合剂压块；

所述还原剂的化学成分及其含量是：铝粉为70~80wt%，镁粉为20~30wt%；或还原硅粉为75~85wt%，碳粉为15~25wt%；其中：铝粉为工业级，镁粉为工业级；

所述添加剂为80~95wt%的铁粉和5~20wt%的CaF₂粉混合组成；所述铁粉的Fe含量≥95wt%。

2.根据权利要求1所述的V₂O₅直接合金化的混合剂压块，其特征在于所述V₂O₅粉的V₂O₅含量≥90wt%。

3.如权利要求1~2项中任一项所述的V₂O₅直接合金化的混合剂压块的使用方法，其特征在于在冶炼中低碳含钒微合金钢时，于冶炼还原期末期，扒渣后向钢包中加入混合剂压块；V₂O₅直接合金化的混合剂压块的加入量为每吨钢3~22kg。