CN108179347B - 一种分步还原冶炼钼钒合金钢的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种分步还原冶炼钼钒合金钢的方法，包括如下步骤：(A)在钢包中插入隔离装置，在所述隔离装置内部建立还原反应区；(B)在所述还原反应区中加入钼碳块和钒碳块熔化反应后，添加钼硅块和钒硅块以熔化反应形成钼钒渣；(C)将所述钼钒渣依次进行硅还原和铝还原即可。该方法能够减少活泼金属的消耗量，避免了出现酸性渣，进而避免了与钢包中碱性渣、碱性炉衬之间的不良反应，具有良好的效果，并且采用上述方法冶炼钼钒合金钢时，钼收得率为97.5％以上，钒收得率为93.0％以上，该方法非常值得广泛推广应用。

Description

一种分步还原冶炼钼钒合金钢的方法

技术领域

本发明涉及合金冶炼领域，具体而言，涉及一种分步还原冶炼钼钒合金钢的方法。

背景技术

在现代工艺中，如果直接采用钼氧化物、钒氧化物还原冶炼钼钒合金钢，能够相应的缩短钼钒的冶炼流程，降低能源消耗，具有良好的经济效益和社会效益。

不过，将钼氧化物和钒氧化物与还原剂一起置于电弧炉中还原，虽然具有操作简便等优点，但在后续的氧化脱碳、脱磷过程中，钒容易烧损，难于达到高效利用的目的。在还原脱硫之后进行钼氧化物和钒氧化物的直接还原，虽然可以避免钒的烧损，但还原过程中产生的酸性渣与钢包中的碱性渣、碱性炉衬材料的相容性很差。

钼氧化物与钒氧化物的还原性能本身就不同，同时还原钼氧化物和钒氧化物常常会消耗更多的活泼金属，增加成本。如果采用分别还原方法，例如先还原钼氧化物，后还原钒氧化物，不仅会延长还原过程，还会相应的增加操作成本。

通过热力学计算表明，在炼钢温度下，碳能够很好地还原钼氧化物和钒氧化物，但在炼钢的实际工况下，碳的还原能力并不能得到有效的发挥；硅、铝能够很好地还原钼氧化物和钒氧化物，但容易形成大量酸性渣，且直接还原过程中，还原生成的含有钼钒的渣常与钢液表面原有的渣混合在一起，使渣量更大，在这种情况下，即使将钼钒在钢渣间的分配系数调整到较低值，渣中含有的钼钒总量也会较多。此外，直接还原生成的渣也会铺展在钢液的表面，使得还原生成的渣中的钼钒变得很分散，很难进行更加有效的利用，影响后续使用效果。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分步还原冶炼钼钒合金钢的方法，该方法通过采用隔离装置能够在钢包中实施同时还原钼氧化物和钒氧化物，这样一来能够减少活泼金属的消耗量，避免了出现酸性渣，进而避免了与钢包中碱性渣、碱性炉衬之间的不良反应，具有良好的效果，值得推广应用。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明提供了一种分步还原冶炼钼钒合金钢的方法，具体包括如下步骤：

(A)在钢包中插入隔离装置，在所述隔离装置内部建立还原反应区；

(B)在所述还原反应区中加入钼碳块和钒碳块熔化反应后，添加钼硅块和钒硅块以熔化反应形成钼钒渣；

(C)将所述钼钒渣依次进行硅还原、铝还原，即可。

冶炼操作主要按照如下步骤进行：首先用碳作还原剂将大部分钼、钒还原出来，接着用硅或碳化硅作还原剂，将渣中的钼、钒还原出来，最后用少量铝作还原剂，将渣中残留的钼、钒还原出来，实现钼、钒的有效利用，并减少活泼金属硅和铝的消耗量。在不影响冶炼效果的前提下，现有技术中的冶炼方法还不能有效减少活泼金属的消耗量以避免酸性渣的产生。本发明不仅保证了冶炼钼钒合金钢时有较高的钼钒收得率，还降低了活泼金属的消耗量，节约了操作成本，可谓一举两得。

本发明所选用的隔离装置可以为圆筒状的隔离罩，其内壁衬有碱性耐火材料。

或者，本发明采用的隔离装置为钢液导流滤渣器，其由导流管、导流盘和滤渣环组成，所述滤渣环内壁衬有碱性耐火材料。

优选地，碱性耐火材料可以为高镁砖。

本发明通过在钢包中插入隔离装置，将还原过程中生成的富含钼钒的渣集中在一起，使其与钢包中的碱性渣隔离开来，避免了渣中的钼钒被分散稀释。并且也便于将钼钒进行集中分步还原，能够更加高效有序的将钼、钒还原出来。

需要注意的是，本发明正因为减少了硅、铝的用量，相应的也减少了还原生成的总渣量，由于生成了碱性渣，使钼钒的还原可以在还原脱硫后有条不紊的进行。

另外，优选地，在本发明的步骤(A)中，还原反应的温度控制在1723K-1873K之间，反应温度控制在这个范围内可以保证还原反应的顺利进行。

优选地，所述步骤(B)中，所述钼硅块采用钼酸钙与硅铁粉或硅碳粉按照摩尔比Mo/Si＝1:(1-1.5)混合压制而成。

优选地，所述步骤(B)中，所述钒硅块采用钒酸钙与硅铁粉或硅碳粉按照摩尔比V/Si＝1:(1-1.25)混合压制而成。

优选地，所述步骤(B)中，所述钼碳块采用钼酸钙或二氧化钼与碳粉按照摩尔比Mo/C＝1:(2-3)混合压制而成。

优选地，所述步骤(B)中，所述钒碳块采用钒酸钙与碳粉按照摩尔比V/C＝1:(2-2.5)混合压制而成。

优选地，在整个还原反应过程中，添加铁粉以达到吸收反应热的目的，进而控制反应温度。

采用上述分步还原方法冶炼钼钒合金钢时，钼收得率为97.5％以上，钒收得率为93.0％以上。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明的分步还原冶炼钼钒合金钢的方法，采用了隔离装置将还原过程中产生的钼钒渣集中起来，便于同时对钼钒氧化物进行分步还原，能够有效地将钼、钒还原出来。

(2)主要用碳还原钼氧化物和钒氧化物，这样一来能够减少活泼金属的消耗量，避免了出现酸性渣，进而避免了与钢包中碱性渣、碱性炉衬之间的不良反应，具有良好的效果，值得广泛推广应用。

(3)由于生成碱性渣，所以钼钒的还原可以在还原脱硫后进行。

(4)采用上述冶炼方法得到钼钒合金钢时，钼收得率高，可达97.5％以上，钒收得率也高可达93.0％以上。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

分步还原方法冶炼Cr12MoV钢的具体工艺步骤按照如下步骤：

1)将钒酸钙CaV₂O₆、FeSi75-A硅铁粉按摩尔比V/Si＝1:1.25混合均匀，压制成钒硅块，烘干后备用；

将钼酸钙CaMoO₄、碳粉按摩尔比Mo/C＝1:3混合均匀，压制成钼碳块A，烘干后备用；将二氧化钼、碳粉按摩尔比Mo/C＝1:2混合均匀，压制成钼碳块B，烘干后备用；

将钒酸钙CaV₂O₆、碳粉按摩尔比V/C＝1:2.5混合均匀，压制成钒碳块，烘干后备用；

2)将脱磷后的钢液注入到LF炉中，经去渣、脱硫、调整碳和铬含量后，插入隔离罩(内壁衬有碱性耐火材料)，加入钼碳块A、钼碳块B和钒碳块，使通过钼碳块A加入的钼为总钼量的30％，通过钼碳块B加入的钼为总钼量的70％，通过钒碳块加入的钒为总钒量的80％，还原反应的温度控制在1723K；

待钼碳块、钒碳块反应结束后，加入钒硅块，通过钒硅块加入的钒为总钒量的20％。

3)待钒硅块反应完毕后，在隔离罩内加入FeSi75-A硅铁，使加入的硅量为0.02×(总钼量+总钒量)

待硅铁反应完毕后，在隔离罩内加入铝块，铝的加入量为：

(总钼量+总钒量)×0.03

待铝反应完毕后，拔出隔离罩，对钢液进行后续处理后出炉。

检验表明，Cr12MoV钢中钼钒含量合格，钼收得率为97.5-98.3％，钒收得率为93.2-94.5％。

实施例2

分步还原方法冶炼4Cr5MoSiV1钢的具体工艺步骤按照如下步骤：

1)将钼酸钙、FeSi75-A硅铁粉按摩尔比Mo/Si＝1:1混合均匀，压制成钼硅块，烘干后备用；

将钒酸钙、FeSi75-A硅铁粉按摩尔比V/Si＝1:1混合均匀，压制成钒硅块，烘干后备用；

将钼酸钙、碳粉按摩尔比Mo/C＝1:3混合均匀，压制成钼碳块，烘干后备用；

将钒酸钙、碳粉按摩尔比V/C＝1:2混合均匀，压制成钒碳块，烘干后备用；

2)将脱磷后的钢液注入到装有钢液导流滤渣器(由导流管、导流盘和滤渣环组成，滤渣环内壁衬有高镁砖)的LF炉中，经去渣、脱硫、调整碳和铬含量后，加入钼硅块和钒硅块，使加入的钼为总钼量的10％，加入的钒也为总钒量的10％。

待钼硅块和钒硅块熔化反应完毕后，在滤渣环内加入钼碳块和钒碳块，使加入的钼为总钼量的90％，加入的钒也为总钒量的90％，还原反应的温度控制在1873K，还原反应过程中添加铁粉以达到控温的效果；

3)待钼碳块和钒碳块熔化反应完毕后，在滤渣环内加入FeSi75-A硅铁块，使加入的硅量为：0.03×(总钼量+总钒量)

待硅铁反应完毕后，在滤渣环内加入铝块，铝的加入量为：

(总钼量+总钒量)×0.02

待铝反应完毕后，对钢液进行后续处理后出炉。

检验表明，4Cr5MoSiV1钢中钼钒含量合格，钼收得率为97.8-98.2％，钒收得率为93.3-93.8％。

实施例3

分步还原方法冶炼4Cr3Mo3SiV钢的具体工艺步骤按照如下步骤：

1)将钼酸钙、FeSi75-A硅铁粉按摩尔比Mo/Si＝1:1.5混合均匀，压制成钼硅块，烘干后备用；

将钒酸钙、FeSi75-A硅铁粉按摩尔比V/Si＝1:1.25混合均匀，压制成钒硅块，烘干后备用；

将钼酸钙CaMoO4、碳粉按摩尔比Mo/C＝1:3混合均匀，压制成钼碳块A，烘干后备用；将二氧化钼、碳粉按摩尔比Mo/C＝1:2混合均匀，压制成钼碳块B，烘干后备用；

将钒酸钙、碳粉按摩尔比V/C＝1:2.5混合均匀，压制成钒碳块，烘干后备用；

2)将脱磷后的钢液注入到装有钢液导流滤渣器的LF炉中，经去渣、脱硫、调整碳和铬含量后，

在滤渣环内加入钼碳块A、钼碳块B和钒碳块，使通过钼碳块A加入的钼为总钼量的30％，通过钼碳块B加入的钼为总钼量的60％，通过钒碳块加入的钒为总钒量的90％。

待钼碳块和钒碳块熔化反应完毕后，加入钼硅块和钒硅块，使加入的钼为总钼量的10％，加入的钒也为总钒量的10％，还原反应的温度控制在1800K，还原反应过程中添加铁粉以达到控温的效果；

待钼硅块和钒硅块熔化反应完毕后，在滤渣环内加入FeSi75-A硅铁块，使加入的硅量为：0.03×(总钼量+总钒量)

3)待硅铁反应完毕后，在滤渣环内加入铝块，铝的加入量为(总钼量+总钒量)×0.02

待铝反应完毕，对钢液进行后续处理后出炉。

检验表明，4Cr3Mo3SiV钢中钼钒含量合格，钼收得率为97.7-98.3％，钒收得率为93.1-94.4％。

实施例4

分步还原方法冶炼压力容器钢12Cr1MoV的具体工艺步骤按照如下步骤：

1)将钼酸钙、SiC粉按摩尔比Mo/Si＝1:1混合均匀，压制成钼硅块，烘干后备用；

将钒酸钙、SiC粉按摩尔比V/Si＝1:1.25混合均匀，压制成钒硅块，烘干后备用；

将钼酸钙CaMoO4、碳粉按摩尔比Mo/C＝1:3混合均匀，压制成钼碳块A，烘干后备用；将二氧化钼、碳粉按摩尔比Mo/C＝1:2混合均匀，压制成钼碳块B，烘干后备用；

将钒酸钙、碳粉按摩尔比V/C＝1:2.5混合均匀，压制成钒碳块，烘干后备用；

2)将脱磷后的钢液注入到装有钢液导流滤渣器的LF炉中，经去渣、脱硫、调整碳和铬含量后，在滤渣环内加入钼碳块A、钼碳块B和钒碳块，使通过钼碳块A加入的钼为总钼量的30％，通过钼碳块B加入的钼为总钼量的50％，通过钒碳块加入的钒为总钒量的80％。

3)待钼碳块和钒碳块熔化反应完毕后，加入钼硅块和钒硅块，使加入的钼为总钼量的20％，加入的钒也为总钒量的20％，还原反应的温度控制在1873K，还原反应过程中添加铁粉以达到控温的效果；

待钼硅块和钒硅块熔化反应完毕后，在滤渣环内加入FeSi75-A硅铁，使加入的硅量为：0.03×(总钼量+总钒量)

待硅铁反应完毕后，在滤渣环内加入铝块，铝的加入量为：

(总钼量+总钒量)×0.02

待铝反应完毕后，对钢液进行后续处理后出炉。

检验表明，钢12Cr1MoV钢中钼钒含量合格，钼收得率为97.8-98.2％，钒收得率为93.7-94.2％。

比较例1

具体操作步骤与实施例4一致，只是整个操作过程中没有隔离罩，最后钼钒合金钢中，钼收得率为93.5-94.3％，钒收得率为89.2-90.5％。

比较例2

现有技术中，采用钼铁合金和钒铁合金冶炼钼钒合金钢时，最后钼钒合金钢中，钼和钒收得率均在98％左右。考虑到钼铁合金生产中，钼的收得率为98％左右，钒铁合金生产中钒的收得率为90％左右，那么采用钼铁合金和钒铁合金冶炼钼钒合金钢时，钼和钒收得率依次在96％和88％左右。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (5)

1.一种分步还原冶炼钼钒合金钢的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(A)在钢包中插入隔离装置，在所述隔离装置内部建立还原反应区；

(B)在所述还原反应区中加入钼碳块和钒碳块熔化反应后，添加钼硅块和钒硅块以熔化反应形成钼钒渣；

(C)将所述钼钒渣依次进行硅还原、铝还原，即可；

所述钼硅块采用钼酸钙与硅铁粉或硅碳粉按照摩尔比Mo/Si＝1:(1-1.5)混合压制而成；

所述钒硅块采用钒酸钙与硅铁粉或硅碳粉按照摩尔比V/Si＝1:(1-1.25)混合压制而成；

所述钼碳块采用钼酸钙或二氧化钼与碳粉按照摩尔比Mo/C＝1:(2-3)混合压制而成；

所述钒碳块采用钒酸钙与碳粉按照摩尔比V/C＝1:(2-2.5)混合压制而成。

2.根据权利要求1所述的分步还原冶炼钼钒合金钢的方法，其特征在于，所述步骤(A)中，所述隔离装置为圆筒状的隔离罩，其内壁衬有碱性耐火材料。

3.根据权利要求1所述的分步还原冶炼钼钒合金钢的方法，其特征在于，所述步骤(A)中，所述隔离装置为钢液导流滤渣器，其由导流管、导流盘和滤渣环组成，所述滤渣环内壁衬有碱性耐火材料。

4.根据权利要求1所述的分步还原冶炼钼钒合金钢的方法，其特征在于，所述步骤(A)中，还原反应的温度控制在1723K-1873K之间。

5.根据权利要求1-4任一项所述的分步还原冶炼钼钒合金钢的方法，其特征在于，在还原反应过程中添加铁粉以用于吸收反应热，控制反应温度。