CN110042238B - 高品质FeV50合金的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高品质FeV50合金的生产方法，属于冶金技术领域。本发明解决的技术问题是现有直筒炉冶炼FeV50合金成分均匀性较差、钒冶炼收率不高、产品易砂化等问题。本发明提供高品质FeV50的生产方法，主要包括电铝热冶炼、浇铸、冷却的步骤，具体为将冶炼到符合要求的FeV50合金液出炉浇铸到锭模中，14～16min后开启水冷系统，110～130min后关闭水冷系统，20～24h后拆炉得到高品质FeV50合金。本发明制备得到高品质FeV50满足FeV50合金的A级品要求，且偏析程度小，无砂化现象，钒收率稳定在96％以上，应用前景广阔。

Description

高品质FeV50合金的生产方法
技术领域
本发明属于冶金领域，具体涉及高品质FeV50合金的生产方法。
背景技术
钒是钢的优良脱氧剂，钢中添加少量的钒，就可达到细化组织和晶粒，提高钢的强度、韧性和耐磨性的目的。钒铁合金因具有合金化程度高、钒利用率高、杂质含量低等优点，是应用最广泛的一种钢铁添加剂。
目前国内大多采用直筒炉冶炼FeV50，这种方法就是将氧化钒、金属铝、铁粒、造渣剂按一定比例混合均匀后装入电炉，在电炉内通电引弧发生金属热反应生成金属钒和氧化铝，金属钒与金属铁形成钒铁合金，氧化铝与造渣剂形成低熔点、低密度的炉渣，因合金与炉渣密度差异较大，所以在熔融状态下可自动分层，随炉冷却后得到钒铁合金。这种方法虽然工艺简单、操作容易，但却会经常出现合金成分均匀性较差、钒冶炼收率不高、产品表观质量差、易砂化等问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是现有直筒炉冶炼FeV50合金成分均匀性较差、钒冶炼收率不高、产品易砂化等问题。
本发明解决上述问题的技术方案是提供高品质FeV50合金的生产方法，主要包括电铝热冶炼、浇铸、冷却的步骤，具体为将冶炼到符合要求的FeV50合金液出炉浇铸到锭模中，14～ 16min后开启水冷系统，110～130min后关闭水冷系统，20～24h后拆炉得到高品质FeV50 合金。
其中，水冷系统冷却水的流量为45～55吨/h。
其中，将冶炼到符合要求的FeV50合金液出炉浇铸到4个锭模中。
其中，锭模的尺寸为中径：高＝3.5～4.5:1。中径为锭模高度方向中部直径。
其中，锭模打结层采用电熔镁砂打结。
其中，FeV50合金液的电铝热冶炼包括如下步骤：
a.将氧化钒、金属铝、铁粒、造渣剂按一定比例混合均匀后装入电弧炉中通电引弧进行一期冶炼，当渣中钒含量降低0.2％～0.5％时除去大部分渣；
b.加料进行二期冶炼，待渣中钒含量为0.5％～0.7％进行除渣操作；
c.加料进行三期冶炼，待钒含量在1.2％以下时渣铁同出，浇铸到锭模中，经冷却得到高品质FeV50合金。
其中，一二三期每期氧化钒的加料质量比为4:3:4。
其中，步骤a氧化钒为V2O3和V2O5的混合物，其中V2O3和V2O5的质量比为3:1，金属铝的加入量为氧化钒理论计算值的1.3倍，铁粒的加入量为FeV50合金理论含钒量的0.86～1.04 倍，造渣剂的用量为金属铝用量的0.2倍，引弧电压为180～190V。
其中，步骤b加料氧化钒为V2O3，其中TV≥64.0％，金属铝的加入量为氧化钒的理论计算值，铁粒的加入量为FeV50合金理论含钒量的0.86～1.04倍，造渣剂的用量为金属铝用量的0.25倍。
其中，步骤c加料氧化钒为V2O3和V2O5的混合物，其中V2O3和V2O5的质量比为3:1，金属铝的加入量为氧化钒的理论计算值的0.3倍，铁粒的加入量为FeV50合金理论含钒量的0.86～1.04倍，造渣剂的用量为金属铝用量的0.2倍。
本发明的有益效果：
本发明对出炉后的浇铸、冷却工艺进行了优化设计，充分考虑到锭模数量及其构造、具体冷却工艺参数对于产品质量的影响，生产得到的FeV50合金具有成分均匀性好、产品表观质量好、没有砂化现象的优点。
附图说明
图1为锭模结构示意图。
具体实施方式
本发明提供高品质FeV50合金的生产方法，主要包括电铝热冶炼、浇铸、冷却的步骤，具体为将冶炼到符合要求的FeV50合金液出炉浇铸到锭模中，14～16min后开启水冷系统， 110～130min后关闭水冷系统，20～24h后拆炉得到高品质FeV50合金。
本发明将合金液出炉倒入锭模中，14～16min后合金液的温度会下降至凝固点附近，此时开冷却水系统冷却110～130min，可最大程度的使合金从开始凝固的BCC相到后来析出的σ相成分均匀，避免了缓慢冷却造成的合金宏观、微观成分偏析，关闭冷却水，随炉冷却20～24h，σ相可进一步长大，合金表观质量好。
其中，水冷系统冷却水的流量为45～55吨/h。
作为优选的，水冷系统流量控制在50吨/h。
其中，将冶炼到符合要求的FeV50合金液出炉浇铸到4个锭模中。
锭模数量是根据合金液的量来确定的，因宏观偏析不可避免的会存在，而通过增加锭模数量来减小合金饼的体积是减小宏观偏析最有效的手段，但锭模数量也不宜太多，因为不仅会增加操作难度也会因过快的冷却速度而影响产品质量。通过大量实验验证，四个锭模是本专利认为较为合适的数量。
其中，锭模的尺寸为中径：高＝3.5～4.5:1。
锭模的尺寸也会影响产品质量，尤其影响合金的冷却速度和偏析程度。本发明将锭模的尺寸设计为中径：高＝3.5～4.5:1。
其中，锭模打结层采用电熔镁砂打结。
其中，为了使FeV50合金液更好的符合要求，FeV50合金液的电铝热冶炼可按如下步骤进行：
a.将氧化钒、金属铝、铁粒、造渣剂按一定比例混合均匀后装入可倾翻的电弧炉中通电引弧进行一期冶炼，当渣中钒含量降低0.2％～0.5％时除去大部分渣；
b.加料进行二期冶炼，待渣中钒含量为0.5％～0.7％进行除渣操作；
c.加料进行三期冶炼，待钒含量在1.2％以下时渣铁同出，浇铸到锭模中，经冷却得到高品质FeV50合金。
其中，一二三期每期氧化钒的加料质量比为4:3:4。
为了取得更好的冶炼效果，二三两期也加入氧化钒、金属铝、铁粒、造渣剂进行冶炼。
其中，步骤a氧化钒为V2O3和V2O5的混合物，铁粒的加入量为FeV50合金理论含钒量的0.86～1.04倍，引弧电压为180～190V。
为了取得更好的冶炼效果，一期加料冶炼可按照下述操作执行：
氧化钒中V2O3和V2O5的质量比为3:1；
金属铝的加入量按照氧化钒理论计算值计算，作为优选的，金属铝的加入量为氧化钒理论计算值的1.3倍；
进一步，造渣剂的用量为金属铝用量的0.2倍。
其中，步骤b加料氧化钒为TV≥64.0％的V2O3，铁粒的加入量为FeV50合金理论含钒量的0.86～1.04倍。
为了取得更好的冶炼效果，二期加料冶炼可按照下述操作执行：
金属铝的加入量按照氧化钒理论计算值计算，作为优选的，金属铝的加入量为氧化钒理论计算值；
进一步，造渣剂的用量为金属铝用量的0.25倍；
其中，步骤c加料氧化钒为V2O3和V2O5的混合物，铁粒的加入量为FeV50合金理论含钒量的0.86～1.04倍。
为了取得更好的冶炼效果，三期加料冶炼可按照下述操作执行：
氧化钒中V2O3和V2O5的质量比为3:1；
金属铝的加入量按照氧化钒理论计算值计算，作为优选的，金属铝的加入量为氧化钒理论计算值的0.3倍；
进一步，造渣剂的用量为金属铝用量的0.2倍。
为了更好地实现本发明，上述各原料其中，V2O5的纯度≥99.0％，V2O3的TV≥64.0％，金属铝的纯度≥99.5％，铁粒的纯度≥99.5％，造渣剂为纯度≥85％且S≤0.03％，C≤0.40％， P≤0.03％，SiO2≤2％的CaO。
以下通过实施例对本发明作进一步的解释和说明。
实施例1
将1000kg V2O5(纯度为99％)、3000kg V2O3(TV为64％)、1512.08kg金属铝(纯度为99.6％)、2227.36kg铁粒(纯度为99.5％)、302.42kg造渣剂(纯度为87％的CaO，其中S为0.027％，C为0.35％，P为0.02％，SiO2为1.85％)混合均匀后装入可倾翻的电弧炉中用185V二次电压通电引弧，待渣中的钒含量下降到0.3％时进行除渣，除渣后加入3000kg V2O3(TV为64％)、1020.55kg金属铝(纯度为99.6％)、1728kg铁粒(纯度为99.5％)、255.14kg造渣剂(纯度为87％的CaO，其中S为0.027％，C为0.35％，P为0.02％，SiO2为1.85％)，待渣中钒含量下降到0.6％时再次进行除渣，除渣后再加入1000kg V2O5(纯度为99％)、3000kg V2O3(TV为64％)、1512.08kg金属铝(纯度为99.6％)、2227.36kg铁粒(纯度为99.5％)、302.42kg造渣剂(纯度为87％的CaO，其中S为0.027％，C为0.35％，P为0.02％，SiO2为1.85％)，待渣中钒含量为1.18％时浇铸到4个锭模中，15min后开启水冷系统，2h后关闭水冷系统， 20h后拆炉得到的FeV50合金V含量为53.8％，C含量为0.3％，Si含量为1.1％，P含量为 0.04％，S含量为0.03％，Al含量为1.08％，满足A极品要求，合金无砂化现象，钒收率为 96.5％，抽检样品的极差最大为0.92％，均匀性良好。
实施例2
将1000kg V2O5(纯度为99.3％)、3000kg V2O3(TV为65％)、1527.97kg金属铝(纯度为99.7％)、2506.52kg铁粒(纯度为99.6％)、305.59kg造渣剂(纯度为86％的CaO，其中S 为0.028％，C为0.38％，P为0.03％，SiO2为1.9％)混合均匀后装入可倾翻的电弧炉中用180V二次电压通电引弧，待渣中的钒含量下降到0.4％时进行除渣，除渣后加入3000kg V2O3(TV为65％)、1035.46kg金属铝(纯度为99.7％)、1950kg铁粒(纯度为99.6％)、258.86kg造渣剂(纯度为86％的CaO，其中S为0.028％，C为0.38％，P为0.03％，SiO2为1.9％)，待渣中钒含量下降到0.55％时再次进行除渣，除渣后再加入1000kg V2O5(纯度为99.3％)、3000kg V2O3(TV为65％)、1527.97kg金属铝(纯度为99.7％)、2506.52kg铁粒(纯度为99.6％)、305.59kg造渣剂(纯度为86％的CaO，其中S为0.028％，C为0.38％，P为0.03％，SiO2为1.9％)，待渣中钒含量为1.19％时浇铸到4个锭模中，15min后开启水冷系统，2h后关闭水冷系统，20h后拆炉得到的FeV50合金V含量为51.3％，C含量为0.33％，Si含量为1.3％，P 含量为0.05％，S含量为0.03％，Al含量为1.05％，满足A极品要求，合金无砂化现象，钒收率为96.2％，抽检样品的极差最大为0.95％，均匀性良好。
实施例3
将1000kg V2O5(纯度为99.5％)、3000kg V2O3(TV为64.5％)、1522.53kg金属铝(纯度为99.6％)、2567.42kg铁粒(纯度为99.7％)、304.51kg造渣剂(纯度为85％的CaO，其中 S为0.03％，C为0.39％，P为0.03％，SiO2为2％)混合均匀后装入可倾翻的电弧炉中用190V二次电压通电引弧，待渣中的钒含量下降到0.35％时进行除渣，除渣后加入3000kg V2O3(TV为64.5％)、1028.52kg金属铝(纯度为99.6％)、1993.05kg铁粒(纯度为99.7％)、257.13kg造渣剂(纯度为85％的CaO，其中S为0.03％，C为0.39％，P为0.03％，SiO2为2％)，待渣中钒含量下降到0.65％时再次进行除渣，除渣后加入1000kg V2O5(纯度为99.5％)、3000kg V2O3(TV为64.5％)、1522.53kg金属铝(纯度为99.6％)、2567.42kg铁粒(纯度为99.7％)、304.51kg造渣剂(纯度为85％的CaO，其中S为0.03％，C为0.39％，P为0.03％，SiO2为 2％)，待渣中钒含量为1.17％时浇铸到4个锭模中，15min后开启水冷系统，2h后关闭水冷系统，20h后拆炉得到的FeV50合金V含量为49.6％，C含量为0.35％，Si含量为1.3％，P 含量为0.05％，S含量为0.03％，Al含量为1.06％，满足A极品要求，合金无砂化现象，钒收率为96.4％，抽检样品的极差最大为0.87％，均匀性良好。
通过以上实施例1～3可知，采用本发明可以生产成分均匀、表观质量好、钒收率高的FeV50 合金。

Claims (3)

1.高品质FeV50合金的生产方法，包括电铝热冶炼、浇铸、冷却的步骤，其特征在于：将冶炼到符合要求的FeV50合金液出炉浇铸到锭模中，14～16min后开启水冷系统，110～130min后关闭水冷系统，20～24h后拆炉得到高品质FeV50合金；所述水冷系统冷却水的流量为45～55吨/h；所述锭模的尺寸为中径：高 =3.5~4.5:1；锭模打结层采用电熔镁砂打结；所述FeV50合金液的电铝热冶炼包括如下步骤：
a. 将1000kg V2O5、3000kg V2O3、金属铝1512.08kg、铁粒2227.36kg、造渣剂302.42kg；或1000kg V2O5、3000kg V2O3、金属铝1527.97kg、铁粒2506.52kg、造渣剂305.59kg；或1000kg V2O5、3000kg V2O3、金属铝1522.53kg、铁粒2567.42kg、造渣剂304.51kg混合均匀后装入电弧炉中通电引弧进行一期冶炼，当渣中钒含量降低到0.2%~0.5%时除去大部分渣；
b. 加料进行二期冶炼，3000kg V2O3、1020.55 kg金属铝、1728kg铁粒、255.14kg造渣剂；或3000kg V2O3、1035.46 kg金属铝、1950kg铁粒、258.86kg造渣剂；或3000kg V2O3、1028.52kg金属铝、1993.05kg铁粒、257.13kg造渣剂；待渣中钒含量为0.5%~0.7%进行除渣操作；
c. 加料进行三期冶炼，1000kg V2O5、3000kg V2O3、1512.08kg金属铝、2227.36kg铁粒、302.42kg造渣剂；或1000kg V2O5、3000kg V2O3、1527.97kg金属铝、2506.52kg铁粒、305.59kg造渣剂；或1000kg V2O5、3000kg V2O3、1522.53kg金属铝、2567.42kg铁粒、304.51kg造渣剂；待钒含量在1.2%以下时渣铁同出，浇铸到4个锭模中，经冷却得到高品质FeV50合金。
2.根据权利要求1所述的高品质FeV50合金的生产方法，其特征在于：步骤a引弧电压为180~190V。
3.根据权利要求1所述的高品质FeV50合金的生产方法，其特征在于：V2O5的纯度≥99.0%，V2O3的TV≥64.0%，金属铝的纯度≥99.5%，铁粒的纯度≥99.5%，造渣剂为纯度≥85%且S≤0.03%，C≤0.40%，P≤0.03%，SiO2≤2%的CaO。
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