CN103484752B

CN103484752B - 硅钒铁合金及其生产方法

Info

Publication number: CN103484752B
Application number: CN201310475994.8A
Authority: CN
Inventors: 陈守均; 陈守俊
Original assignee: Panzhihua City Ren Tongfan Industry Co Ltd
Current assignee: Panzhihua City Ren Tongfan Industry Co Ltd
Priority date: 2013-10-12
Filing date: 2013-10-12
Publication date: 2015-07-01
Anticipated expiration: 2033-10-12
Also published as: CN103484752A

Abstract

本发明属于铁合金技术领域，具体属于一种硅钒铁合金及其生产方法。本发明提供了一种硅钒铁合金，由下述重量配比的组分组成：钒50～65wt%、硅18～25wt%、余量为铁及不可避免的杂质。本发明还提供了上述硅钒铁合金的生产方法，包括以下步骤：原料研磨与均化、原料分析、混料、压球、干燥、冶炼、出炉、拆炉。本发明所得产品可以直接用于钢铁材料，也可以用作氮化硅钒铁生产的固体原料。

Description

硅钒铁合金及其生产方法

技术领域

本发明属于铁合金技术领域，具体属于一种硅钒铁合金及其生产方法。

背景技术

钢铁产业近年来最重要的技术进步是钢铁材料微合金化技术的开发与推广应用。常用的微合金化元素有铌、钒、钛等，它们通常以碳化物或者氮化物的形式加入，从经济的角度来看，也有采用直接加入硅钒铁合金或者氮化硅钒铁合金的。

钒铁的生产方法很多，但总体来看无非是硅热法与铝热法两种，铝热法的优点是产品含钒量高，缺点是将其中的硅含量当成杂质来控制，生产成本高；硅热法的缺点是产品钒含量较低，不能用于生产钒含量很高的钒铁，但它的最大优点是生产成本低。现用的硅热法生产钒铁，由于其中的目标是为了生产含硅较低的钒铁，故需要用金属铝来部分替代硅作为还原剂，既增加了生产成本，也使过程控制复杂，如果生产的硅钒铁具有一定的硅含量，则生产过程可以配加过量的硅来实现，既可以最大限度的提高钒的回收率，也可以降低生产成本。

中国发明专利ZL200810212508.2公开了一种钒硅合金及其制备和应用方法，该专利用钒渣、硅石与碳质还原剂为原料，造球后高温煅烧，制备出钒硅铁合金产品。该工艺的优点是原料成本低，缺点是产品中杂质含量高，产品的应用受到很大的局限。

发明内容

针对现有技术存在不足，本发明提供了一种硅钒铁合金及其生产方法。该方法具有生产工艺简单、钒收率高、生产成本低等优点。该方法通过选择合适的硅/钒质量配比、炉渣碱度，冶炼出硅钒铁合金产品，既可以直接用于钢铁材料，也可以用作氮化硅钒铁生产的原料。

本发明所解决的第一个技术问题是提供一种硅钒铁合金。该硅钒铁合金由下述重量配比的组分组成：钒50～65wt%、硅18～25wt%、余量为铁及不可避免的杂质。

本发明所解决的第二个技术问题是提供上述硅钒铁合金的生产方法。该方法包括以下步骤：

a、原料研磨与均化：将含钒原料、硅铁、石灰分别破碎到-100目～-140目，并分别混匀待用；

b、原料分析：分析上述破碎后的含钒原料中钒含量、硅铁中硅含量、石灰中氧化钙含量；

c、混料：按照质量比为Si/V₂O₅=0.5～0.6、CaO/V₂O₅=0.80～2.30进行配料，加入上述三种原料，将配好的料干混，然后加水湿混，加水量以控制湿混料中水分含量为4.0～8.0wt%即可；

d、压球：将湿混料压球得到湿料球，单颗湿料球质量控制在50～100g；

e、干燥：将湿料球干燥，得干料球；

f、冶炼：将干料球冶炼，冶炼过程中控制熔体温度1600～1700℃，冶炼终点炉渣中钒元素含量不超过0.25wt%；

g、出炉：冶炼结束，首先倒出大部分液体炉渣，再将余下的熔体一起倒出，冷却即得硅钒铁合金。

优选的，上述生产方法，步骤a中，所述的含钒原料为钒酸盐、氧化钒或含钒炉渣中至少一种；所述的硅铁为75SiFe、85SiFe或金属硅中至少一种；所述的石灰为冶金石灰或活性石灰中任意一种。

进一步，优选的，上述生产方法，步骤a中，所述的钒酸盐为钒酸钠或钒酸铵中至少一种；氧化钒为五氧化二钒、四氧化二钒或三氧化二钒中任意一种；所述的石灰中氧化钙含量在85wt%以上。

优选的，上述生产方法，步骤a中，含钒原料、硅铁、石灰研磨后的粒度为-100～-120目。

优选的，上述生产方法，步骤c中，质量比为Si/V₂O₅＝0.55，CaO/V₂O₅＝1.40～2.00。

优选的，上述生产方法，步骤c中，干混10min，然后湿混20min。

优选的，上述生产方法，步骤c中，湿混料的水分含量为5.0～6.0wt%。

优选的，上述生产方法，步骤d中，压球压力控制到8～12Mpa。

优选的，上述生产方法，步骤d中，单颗湿料球质量控制在75～85g。

具体的，上述生产方法，步骤e中，干料球水分含量不超过1wt%。

优选的，上述生产方法，步骤f中，冶炼熔体温度为1650℃。

具体的，上述生产方法，步骤g中，倒出80wt%的液体炉渣。

具体的，上述生产方法，步骤g中，将熔体空冷48h。

一种由上述生产方法制备所得的硅钒铁合金。

优选的，一种由上述生产方法制备所得的硅钒铁合金，由下述重量配比的组分组成：钒50～65wt%、硅18～25wt%、余量为铁及不可避免的杂质。

本发明方法通过选择合适的硅/钒质量配比、炉渣碱度，具有生产工艺简单、钒收率高、生产成本低等优点，该方法在电炉内就可以冶炼出硅钒铁合金产品，既可以直接用于钢铁材料，也可以用作氮化硅钒铁生产的固体原料。本发明所得产品中含有较高的硅，既有利于提高钒的回收率，也有利于用作生产氮化硅钒铁合金原料时减少硅的配加量。本发明方法不用严格限制硅的含量，配硅系数高，钒收率高，由于原料是在研磨后混合均匀造球，反应充分，所以本发明所得产品质量好，成分均匀；本发明方法原料种类少，只有钒原料、硅铁、石灰三种，生产组织方便；并且在冶炼过程中不用金属铝，钒收率高，生产成本低。

具体实施方式

一种硅钒铁合金，由下述重量配比的组分组成：钒50～65wt%、硅18～25wt%、余量为铁及不可避免的杂质。

上述硅钒铁合金的生产方法，包括以下步骤：

a、原料研磨与均化：将含钒原料、硅铁、石灰分别破碎到-100目～-140目，并分别混合均匀待用；

c、混料：按照质量比Si/V₂O₅=0.5～0.6、CaO/V₂O₅=0.80～2.30进行配料，加入上述三种原料，将配好的料干混10min，然后加水湿混20min，加水量以控制湿混料中水分含量4.0～8.0%即可；

d、压球：将湿混料压球得到湿料球，单颗湿料球质量控制在50～100g，压球压力控制到8～12MPa即可；

e、干燥：将湿料球干燥得到干料球，控制干料球中含水量不超过1wt%即可；

g、出炉：冶炼到达终点时，首先倒出80%的液体炉渣破碎，然后再将余下的熔体一次性倒入合金锭模中空冷即得硅钒铁合金。

一种由上述制备方法所得的硅钒铁合金。

本发明所得到的硅钒铁合金具有设定的硅、钒含量，由下述重量配比的组分组成：钒50～65wt%、硅18～25wt%、余量为铁及不可避免的杂质。

经研究发现，湿料球颗粒大了流动性不好，反应效果差；颗粒小了透气性不好，反应效果也差，所以本发明将湿料球的质量一般控制在50～100g，通过此质量的控制，大大改善了反应条件，减少了还原剂硅的氧化烧损，降低了消耗量；同时由于反应物之间结合较为紧密，可以加快反应速度，减少反应过程中的扬尘损失。

进一步的，本发明还主要控制了硅的使用量，由于较高的硅配比有利于反应充分，提高钒的回收率，但是按照普通工艺较高的配比带来的问题是产品的杂质硅含量较高，但是在本发明产品中硅是有用元素，所以这个问题不会有什么影响；并且，较低的硅含量则会造成反应不充分，带来的问题是产品的硅含量较低，对产品的利用不利，同时，较低的硅含量还会使钒的还原反应不充分，钒的收率较低，所以经过大量实验，本发明将硅与钒的含量控制在Si/V₂O₅＝0.5～0.6，不仅可以有效地利用硅来生产本发明的硅钒铁合金，同时使钒还原充分，钒收率高。

再者，为了提高钒的回收率，减少硅酸氧钒炉渣的生成，同时降低炉渣的熔点，改善反应的动力学条件和提高氧化钙与反应生成的酸性的二氧化硅结合，促使反应进行完全，本发明将氧化钙与钒的含量控制在CaO/V₂O₅=0.80～2.30，这样不仅能解决上述几个问题，同时还可以减少不必要的浪费，降低生产成本。

同时本发明发现，高的反应温度有利于降低炉渣的粘度，改善反应的动力学条件，让反应进行得更充分完全，渣铁分离好，提高钒的回收率，降低生产成本；相反，反应温度不足时，则会降低产品质量，渣铁分离不好，钒的回收率低，生产成本高，所以本发明将温度控制在1600～1700℃之间，从而能够很好地满足生产的需要。

可以根据炉渣的分析结果进行调整，根据反应效果来决定反应时间，可以从根本上保证反应充分，减少不必要的浪费。

通过上述工艺的控制，本发明取得了很好的技术效果，本发明还原剂为硅，成本低，同时还原剂单一，过程简单，易控制；同时产品中的硅不再是杂质，硅的配加量较大，有利于进一步提高钒的回收率。除此之外，其它杂质含量与传统工艺相当。

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例采用碾轮式混料机进行混料，采用压球机压球，采用干燥窑干燥湿料球，采用三相电弧炉冶炼干燥球。

实施例1

取铝热法冶炼钒铁的刚玉渣1300kg，破碎后在干式球磨机中研磨至全部通过-140目，分析其中的元素钒含量为2.1wt%；取75SiFe3000kg在干式球磨机中研磨至全部通过-120目，分析其中的硅元素含量为72.15wt%；取生石灰3000kg在干式球磨机中研磨至全部通过-100目，分析其中的氧化钙含量为85.7wt%。按质量比Si/V₂O₅＝0.5、CaO/V₂O₅＝2.30分别称取刚玉渣粉1300kg、75SiFe粉33.8kg、生石灰粉130.8kg，装入碾轮式混料机中干混10min，加入水127kg继续混合20min后出料，混合料在压球机中于8Mpa压力下压制成湿料球，单颗料球重75～78g，湿料球在干燥窑中干燥48h，测其水分含量为0.8wt%，将干料球加入到三相电弧炉中通电冶炼，控制熔体温度1650℃左右，直到炉渣钒元素含量达到0.20wt%结束，倾倒大部分炉渣后将剩余的熔体倒入锭模中空冷48h后拆炉，得到合金饼重43.0kg，经检测，合金饼含钒56.9wt%、含硅21.2wt%，钒收率89.6%。

实施例2

取片状五氧化二钒1000kg，破碎后在干式球磨机中研磨至全部通过-100目，分析其中的元素钒含量为54.88wt%。按质量比Si/V₂O₅＝0.6、CaO/V₂O₅＝0.80分别称取片状五氧化二钒粉末1000kg、实施例1中的75SiFe粉815.0kg、生石灰粉914.8kg，装入碾轮式混料机中干混10min，加入水114kg继续混合20min后出料，混合料在压球机中于10Mpa压力下压制成湿料球，单颗料球重70～75g，湿料球在干燥窑中干燥48h，测其水分含量为0.5wt%，将干料球加入到三相电弧炉中通电冶炼，控制熔体温度1680℃左右，直到炉渣钒元素含量达到0.25wt%结束，倾倒大部分炉渣后将剩余的熔体倒入锭模中空冷48h后拆炉，得到合金饼重954.0kg，经检测，合金饼含钒56.5wt%、含硅19.2wt%，钒收率98.2%。

实施例3

取五氧化二钒含量98.5wt%的粉状五氧化二钒150kg，按质量比Si/V₂O₅＝0.6、CaO/V₂O₅＝1.50分别称取实施例1中的75SiFe粉122.9kg、生石灰粉258.6kg，装入碾轮式混料机中干混10min，加入水40kg继续混合20min后出料，混合料在压球机中于12Mpa压力下压制成湿料球，单颗料球重68～72g，湿料球在干燥窑中干燥48h，测其水分含量为0.9wt%，将干料球加入到三相电弧炉中通电冶炼，控制熔体温度1630℃左右，直到炉渣钒元素含量达到0.18wt%结束，倾倒大部分炉渣后将剩余的熔体倒入锭模中空冷48h后拆炉，得到合金饼重149.4kg，经检测，合金饼含钒54.3wt%、含硅22.2wt%，钒收率98.0%。

实施例4

取多钒酸钠200kg在干式球磨机中研磨至全部通过-120目，分析其五氧化二钒含量为85.1wt%。按Si/V₂O₅＝0.55、CaO/V₂O₅＝1.81分别称取实施例1中的75SiFe粉129.7kg、生石灰粉308.1kg，装入碾轮式混料机中干混10min，加入水37.1kg继续混合20min后出料。混合料在压球机中于11Mpa压力下压制成湿料球，单颗料球重66～73g，湿料球在干燥窑中干燥48h，测其水分含量为0.8wt%，将干料球加入到三相电弧炉中通电冶炼，控制熔体温度1670℃左右，直到炉渣钒元素含量达到0.21wt%结束，倾倒大部分炉渣后将剩余的熔体倒入锭模中空冷48h后拆炉，得到合金饼重170.1kg，经检测，合金饼含钒52.5wt%、含硅26.8wt%，钒收率97.8%。

实施例5

取五氧化二钒含量88.50wt%的多钒酸铵粉末200kg，按质量比Si/V₂O₅＝0.60、CaO/V₂O₅＝2.02分别称取实施例1中的75SiFe粉147.2kg、生石灰粉357.5kg，装入碾轮式混料机中干混10min，加入水41kg继续混合20min后出料，混合料在压球机中于11Mpa压力下压制成湿料球，单颗料球重66～73g，湿料球在干燥窑中干燥48h，测其水分含量为0.5wt%，将干料球加入到三相电弧炉中通电冶炼，控制熔体温度接近1700℃，直到炉渣钒元素含量达到0.15wt%结束，倾倒大部分炉渣后将剩余的熔体倒入锭模中空冷48h后拆炉，得到合金饼重172.0kg，经检测，合金饼含钒56.8wt%、含硅19.0wt%，钒收率98.6%。

实施例6

取元素钒含量64.50wt%的三氧化二钒粉末200kg，按质量比Si/V₂O₅＝0.40、CaO/V₂O₅＝2.50分别称取实施例1中的75SiFe粉127.7kg、生石灰粉575.7kg，装入碾轮式混料机中干混10min，加入水77kg继续混合20min后出料，混合料在压球机中于11Mpa压力下压制成湿料球，单颗料球重66～73g，湿料球在干燥窑中干燥48h，测其水分含量为0.5wt%，将干料球加入到三相电弧炉中通电冶炼，控制熔体温度1685℃左右，直到炉渣钒元素含量达到0.25wt%结束。倾倒大部分炉渣后将剩余的熔体倒入锭模中空冷48h后拆炉，得到合金饼重203.8kg，经检测，合金饼含钒62.3wt%、含硅20.3wt%，钒收率98.4%。

实施例7

取元素钒含量61.30wt%的四氧化二钒粉末200kg，按质量比Si/V₂O₅＝0.50、CaO/V₂O₅＝1.60分别称取实施例1中的75SiFe粉151.7kg、生石灰粉350.1kg，装入碾轮式混料机中干混10min，加入水77kg继续混合20min后出料，混合料在压球机中于11Mpa压力下压制成湿料球，单颗料球重66～73g，湿料球在干燥窑中干燥48h，测其水分含量为0.5wt%，将干料球加入到三相电弧炉中通电冶炼，控制熔体温度1650℃左右，直到炉渣钒元素含量达到0.22wt%结束，倾倒大部分炉渣后将剩余的熔体倒入锭模中空冷48h后拆炉，得到合金饼重205.2kg，经检测，合金饼含钒58.9wt%、含硅19.7wt%，钒收率98.6%。

Claims

1.硅钒铁合金的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、原料研磨与均化：将含钒原料、硅铁、石灰分别破碎到-100目，并分别混匀待用；

e、干燥：将湿料球干燥，得干料球；

2.根据权利要求1所述的硅钒铁合金的生产方法，其特征在于：步骤a中，所述的含钒原料为含钒炉渣。

3.根据权利要求1所述的硅钒铁合金的生产方法，其特征在于：步骤a中，所述的含钒原料为钒酸盐或氧化钒中至少一种；所述的硅铁为75SiFe或85SiFe中至少一种；所述的石灰为冶金石灰或活性石灰中任意一种。

4.根据权利要求3所述的硅钒铁合金的生产方法，其特征在于：步骤a中，所述的钒酸盐为钒酸钠或钒酸铵中至少一种；所述的氧化钒为五氧化二钒、四氧化二钒或三氧化二钒中任意一种；所述的石灰中氧化钙含量在85wt%以上。

5.根据权利要求1所述的硅钒铁合金的生产方法，其特征在于：步骤a中，含钒原料、硅铁、石灰研磨后的粒度为-120目。

6.根据权利要求1所述的硅钒铁合金的生产方法，其特征在于：步骤a中，含钒原料、硅铁、石灰研磨后的粒度为-140目。

7.根据权利要求1所述的硅钒铁合金的生产方法，其特征在于：步骤c中，Si/V₂O₅＝0.55，CaO/V₂O₅＝1.40～2.00。

8.根据权利要求1所述的硅钒铁合金的生产方法，其特征在于：步骤c中，所述湿混料的水分含量为5.0～6.0wt%。

9.根据权利要求1所述的硅钒铁合金的生产方法，其特征在于：步骤d中，单颗湿料球质量控制在75～85g。

10.根据权利要求1所述的硅钒铁合金的生产方法，其特征在于：步骤e中，所述干料球水分含量不超过1wt%。

11.根据权利要求1所述的硅钒铁合金的生产方法，其特征在于：步骤g中，倒出80wt%的液体炉渣。