CN111088425B - 一种可替代钒铁合金的复合合金及其生产工艺与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于炼钢技术领域，涉及钒渣在替代钒铁合金中的应用，具体涉及一种可替代钒铁合金的复合合金及其生产工艺与应用。所述复合合金包括以下原料及其质量百分比：钒渣93.0‑96.0％，石墨2.0‑3.0％,有机粘结剂2.0‑4.0％；所述生产工艺包括以下步骤：收集钒渣、石墨废弃物料，筛选、化验、配料；将钒渣、石墨和有机粘结剂各原料分别加热，混合搅拌，压球机造球，烘干，包装；钒渣、碳素石墨造球过程中钒、碳元素收得率可达99％。本发明复合合金在替代钒铁合金在炼钢中的应用。采用本发明复合合金在转炉出钢过程中对钢水进行钒合金化，合金元素收得率高，钒回收率可达93‑96％。

Description

一种可替代钒铁合金的复合合金及其生产工艺与应用
技术领域
本发明属于炼钢技术领域，涉及钒渣在替代钒铁合金中的应用，具体涉及一种可替代钒铁合金的复合合金及其生产工艺与应用。
背景技术
钒在冶钢中具有重要的应用，主要因为钒钢具有良好的铸造性能；对钒钢可采用低均热温度，从而充分利用能源；钒钢的轧制负荷低，生产得率高；钒钢具有耐磨性和良好的焊接热影响区韧性。
钢铁行业对钒铁合金需求量大，而钒铁合金价格昂贵，从而大大增加了钒钢的生产成本。此外，钒铁合金钒含量一般在50％左右，但部分钢种钒成份目标含量低，导致钒铁合金加入量少，现场称量精度要求高，钒成份精准控制易出波动，影响钢材质量。
中国专利申请(CN 108193011A)公开了一种含钒半钢转炉冶炼采用钒渣进行钒合金化的方法，该方法包括以下步骤：将钒渣破碎成块；转炉出钢前或出钢过程中，钢包到位后，根据转炉终点成份分析结果，将钒渣加入钢包内，并在出钢过程中加入脱氧剂与目标钢种的其他合金成分；出钢结束时控制钢包渣厚，并在渣面加入石灰和萤石。该方法所得钢种，钒的收得率稳定，工艺流程短，成本低廉，其化学成分和性能指标完全可以达到相关标准要求，为含钒钢种的生产提供了一条更经济的途径。
而本发明人在实际生产中发现，将破碎后的钒渣直接进行钒合金化炼钢，存在以下不足：破碎后的钒渣未经筛取、优选，属于粗加工产品，且钒含量波动大，每炉钢冶炼过程中钒渣加入量不统一，增加了现场操作难度；钒渣粒度大小不一、杂质含量高，加入钢水后熔化时间长，需增加吹氩时间1-2min，促使成分均匀；由于钒渣杂质含量高，加入钢包后钢水温降大，势必要提高初炼炉的出钢温度，增加了冶炼成本。
发明内容
为克服上述问题，本发明提供一种可替代钒铁合金的复合合金及其生产工艺与应用。
本发明技术方案如下：
本发明第一个方面，提供一种复合合金，所述复合合金中各元素质量百分比如下：钒 1.0-5.0％，碳1.0-5.0％，硅0.1-1.0％,磷0.0-1.0％，硫0.0-1.0％，余量为铁。
优选的，所述复合合金包括以下原料及其质量百分比：钒渣93.0-96.0％，石墨2.0-3.0％, 有机粘结剂2.0-4.0％；优选的，所述钒渣粒度≤5.0mm；优选的，所述钒渣中各元素质量百分比为：钒2.5-5.0％，碳0.1-0.2％，硅0.2-0.5％，磷0.02-0.05％，硫0.02-0.05％，铝2.0-5.0％,其余为铁。
本发明第二个方面，提供以上所述复合合金的生产工艺，所述生产包工艺括以下步骤：收集钒渣、石墨废弃物料，筛选、化验、配料；将钒渣、石墨和有机粘结剂各原料分别加热，混合搅拌，压球机造球，烘干，包装。
本发明第三个方面，提供以上所述复合合金在替代钒铁合金在炼钢中的应用。
本发明第四个方面，提供采用以上所述复合合金进行钒合金化的方法，所述方法包括以下步骤:在转炉炼钢出钢时，向钢包中加入以上所述复合合金，出钢结束后对钢水进行搅拌至均匀，取样、分析，得合格钢水。
本发明将钒渣、石墨等废弃物料配加有机结合剂进行造球，制备得到复合合金，钒渣、石墨造球过程中钒、碳元素收得率可达99％。本发明复合合金有效利用了钢铁生产加工中产生的钒渣、石墨废弃原料，降低生产成本，达到废弃资源循环利用，符合新旧动能转换精神和要求；并且本复合合金生产工艺工艺简单、设备投资小、回收率高。
钒铁复合合金是将钒渣与石墨、有机粘结剂混合制备的复合合金属于精加工产品，优选原料、钒含量稳定、杂质少、粒度统一，现场使用过程中加入量稳定、操作简便，有利于提高生产效率；钒铁复合合金熔化快，且成份均匀，钒合金收得率可达93-96％，降本成效显著。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为实施例3生产工艺制备得到的复合合金。
图2为具体实施方式中复合合金的生产工艺流程图；
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。
为解决背景技术中所述的技术问题，本发明提出了一种可替代钒铁合金的复合合金及其生产工艺与应用。
在本公开一个或一些典型的实施方式中，提供一种复合合金，所述复合合金中各元素质量百分比如下：钒1.0-5.0％，碳1.0-5.0％，硅0.1-1.0％,磷0.0-1.0％，硫0.0-1.0％，余量为铁。
进一步地，所述复合合金中各元素质量百分比如下：钒2.0-4.0％，碳1.0-3.0％，硅0.1-1.0％,磷0.0-0.5％，硫0.0-0.5％，余量为铁；优选的，所述复合合金中各元素质量百分比如下：钒2.5-3.0％，碳1.5-3.0％，硅0.1-1.0％,磷0.0-0.5％，硫0.0-0.5％，余量为铁。
进一步地，所述复合合金包括以下原料及其质量百分比：钒渣93.0-96.0％，石墨2.0-3.0％,有机粘结剂2.0-4.0％；优选的，所述钒渣粒度≤5.0mm；优选的，所述钒渣中各元素质量百分比为：钒2.5-5.0％，碳0.1-0.2％，硅0.2-0.5％，磷0.02-0.05％，硫0.02-0.05％，铝2.0-5.0％,其余为铁。
进一步地，石墨粒度≤5.0mm，所述石墨中各元素质量百分比为：碳≥98.5％，磷≤0.045％，硫≤0.02％。
进一步地，所述有机粘结剂可为双酚A型液体环氧树脂。
在本公开一个或一些典型的实施方式中，提供以上所述复合合金的生产工艺，所述生产工艺包括以下步骤：收集钒渣、石墨废弃物料，筛选、化验、配料；将钒渣、石墨和有机粘结剂各原料分别加热，混合搅拌，压球机造球，烘干，包装。
所述生产工艺流程如图2所示。
进一步地，各原料加热温度为50-75℃，优选的55-65℃，混合搅拌后，将原料温度控制在55-60℃；所得复合合金粒径为15-30mm。
在本公开一个或一些典型的实施方式中，提供以上所述复合合金在替代钒铁合金在炼钢中的应用。
在本公开一个或一些典型的实施方式中，提供一种采用以上所述复合合金进行钒合金化的方法，所述方法包括以下步骤:在转炉炼钢出钢时，向钢包中加入以上所述复合合金，出钢结束后对钢水进行搅拌至均匀，取样、分析，得合格钢水。
进一步地，所述复合合金加入量为1.5-2.5Kg/吨钢，优选的2.0Kg/吨钢；采用钢包底吹氩气进行搅拌，吹氩气时间为：2-4min；吹氩气强度为：1-5L/min.t钢。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例与对比例详细说明本发明的技术方案。
实施例1 一种复合合金及其生产工艺
所述复合合金包括以下原料及其质量百分比：钒渣96.0Kg，石墨2.0Kg,有机粘结剂2.0Kg；所述钒渣粒度1.0mm；所述钒渣中各元素质量百分比为：钒5.0％，碳0.2％，硅0.5％，磷0.05％，硫0.05％，铝5.0％,其余为铁。石墨粒度1.0mm，所述石墨中各元素质量百分比为：碳98.5％，磷0.045％，硫0.02％，余量为其它成分。所述有机粘结剂可为双酚A型液体环氧树脂。
所述复合合金生产工艺，包括如下步骤：
收集钒渣、石墨废弃物料，筛选、化验、配料；所述钒渣粒度1.0mm；所述钒渣中各元素质量百分比为：钒5.0％，碳0.2％，硅0.5％，铝5.0％,其余为铁；石墨粒度1.0mm，石墨中各元素质量百分比为：碳98.5％，磷0.045％，硫0.02％，余量为其它成分。将钒渣、石墨和有机粘结剂各原料分别加热，加热温度为75℃；然后将钒渣、石墨和有机粘结剂倒入搅拌器中混合搅拌4分钟，搅拌后的钒渣、石墨温度控制在60℃；将搅拌均匀的钒渣、石墨放在传送带上送入压球机进行压球，压球后烘干称重，得到钒铁复合合金球96.6Kg，钒含量4.9％，造球过程中钒收得率99.2％。所得复合合金强度：将合金抛至5米高空落至地面不破碎。
实施例2 一种复合合金及其生产工艺
所述复合合金包括以下原料及其质量百分比：钒渣93.0Kg，石墨3.0Kg,有机粘结剂4.0 Kg；所述钒渣粒度5.0mm；所述钒渣中各元素质量百分比为：钒2.5％，碳0.1％，硅0.2％，磷 0.02％，硫0.02％，铝2.0％,其余为铁。石墨粒度5.0mm，所述石墨中各元素质量百分比为：碳99.5％，磷0.025％，硫0.01％，余量为其它成分。所述有机粘结剂可为双酚A型液体环氧树脂。
所述复合合金生产工艺，包括如下步骤：
收集钒渣、石墨废弃物料，筛选、化验、配料；所述钒渣粒度5.0mm；所述钒渣中各元素质量百分比为：钒2.5％，碳0.1％，硅0.2％，磷0.02％，硫0.02％，铝2.0％,其余为铁；所述石墨中各元素质量百分比为：石墨粒度5.0mm，所述石墨中各元素质量百分比为：碳99.5％，磷0.025％，硫0.01％，余量为其它成分。将钒渣、石墨和有机粘结剂各原料分别加热，加热温度为50℃,然后将钒渣、石墨和有机粘结剂倒入搅拌器中混合搅拌4分钟，搅拌后的钒渣、石墨温度控制在55℃；将搅拌均匀的钒渣、石墨放在传送带上送入压球机进行压球，压球后烘干称重，得到钒铁复合合金球93.7Kg，钒含量2.5％，造球过程中钒收得率99.5％。所得复合合金强度：将合金抛至5米高空落至地面不破碎。
实施例3 一种复合合金及其生产工艺
所述复合合金包括以下原料及其质量百分比：钒渣95Kg，石墨2.0Kg,有机粘结剂3.0Kg；所述钒渣粒度3mm；所述钒渣中各元素质量百分比为：钒2.8％，碳0.15％，硅0.5％，磷 0.035％，硫0.03％，铝2.0,其余为铁。石墨粒度2.0mm，所述石墨中各元素质量百分比为：碳99％，磷0.035％，硫0.02％。所述有机粘结剂可为双酚A型液体环氧树脂。
所述复合合金生产工艺，包括如下步骤：
收集钒渣、石墨废弃物料，筛选、化验、配料；所述钒渣粒度3.0mm；所述钒渣中各元素质量百分比为：钒2.8％，碳0.15％，硅0.5％，磷0.035％，硫0.03％，铝2.0,其余为铁；所述石墨中各元素质量百分比为：碳99％，磷0.035％，硫0.02％。将钒渣、石墨和有机粘结剂各原料分别加热，加热温度为60℃；然后将钒渣细粉、碳素石墨和有机粘结剂倒入搅拌器中混合搅拌4分钟，搅拌后的钒渣、石墨温度控制在55℃；将搅拌均匀的钒渣、石墨放在传送带上送入压球机进行压球，压球后烘干称重，得到钒铁复合合金球95.8Kg，钒含量2.8％，造球过程中钒收得率99％。所得复合合金强度：将合金抛至5米高空落至地面不破碎。
实施例4 采用复合合金进行钒合金化的方法
所述方法包括以下步骤：
转炉炼钢达到终点钢水成份和出钢温度1650-1660℃的要求时，进行取样分析钢水残余钒含量0.001％。出钢采用挡渣出钢，且在出钢同时根据钢种要求，随钢流向钢包中按2.0Kg/吨钢的量加入实施例3所述钒铁复合合金，约1min钒复合合金初步熔化，出钢结束后采用钢包底吹氩气体对钢水进行混合、搅拌2min，至钢水成份充分熔化，成份均匀，取样、分析钢水中钒含量0.0063％，钢水量140t。经计算钢水钒合金化过程金属钒收得率95.5％。
吹氩气时间为：2min；吹氩气强度为：2.5L/min.t钢，即可使各成分混合均匀。
对比例1 采用钒渣进行钒合金化的方法
所述方法包括以下步骤：
转炉炼钢达到终点钢水成份和出钢温度1662-1670℃要求时，进行取样分析钢水残余钒含量0.001％。出钢采用挡渣出钢，且在出钢同时根据钢种要求，随钢流向钢包中按2.0Kg/吨钢的量加入钒渣细粉(粒度3.0mm)，约2min钒复合合金初步熔化。出钢结束后采用钢包底吹氩气体对钢水进行混合、搅拌4min，至钢水成份均匀，取样、分析钢水中钒含量0.006％，钢水量140t。经计算钢水钒合金化过程金属钒收得率90％。
吹氩气时间需至少4min才可使各成分混合均匀；吹氩气强度为：2.5L/min.t钢。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种复合合金，其特征在于，所述复合合金中各元素质量百分比如下：
钒2.0-4.0％，碳1.0-3.0％，硅0.1-1.0％，磷0.0-0.5％，硫0.0-0.5％，余量为铁；
所述复合合金由以下原料及其质量百分比加工得到：钒渣93.0-96.0％，石墨2.0-3.0％，有机粘结剂2.0-4.0％；
所述钒渣中各元素质量百分比为：钒2.5-5.0％，碳0.1-0.2％，硅0.2-0.5％，磷0.02-0.05％，硫0.02-0.05％，铝2.0-5.0％，其余为铁。
2.根据权利要求1所述的复合合金，其特征在于，所述复合合金中各元素质量百分比如下：钒2.5-3.0％，碳1.5-3.0％，硅0.1-1.0％，磷0.0-0.5％，硫0.0-0.5％，余量为铁。
3.如权利要求1所述复合合金，其特征在于，所述钒渣粒度≤5.0mm。
4.如权利要求1所述复合合金，其特征在于，石墨粒度≤5.0mm，所述石墨中各元素质量百分比为：碳≥98.5％，磷≤0.045％，硫≤0.02％。
5.如权利要求1所述复合合金，其特征在于，所述有机粘结剂为双酚A型液体环氧树脂。
6.权利要求1-5任一项所述复合合金的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：收集钒渣、石墨废弃物料，筛选、化验、配料；将钒渣、石墨和有机粘结剂各原料分别加热，混合搅拌，压球机造球，烘干，包装；
各原料加热温度为50-75℃，混合搅拌后，将原料温度控制在55-60℃；所得复合合金粒径为15-30mm。
7.权利要求1-5任一项所述复合合金在替代钒铁合金在炼钢中的应用。
8.采用权利要求1-5任一项所述复合合金进行钒合金化的方法，其特征在于，包括以下步骤:在转炉炼钢出钢时，向钢包中加入权利要求1-5任一项所述复合合金，出钢结束后对钢水进行搅拌至均匀，取样、分析，得合格钢水；所述复合合金加入量为1.5-2.0Kg/吨钢；采用钢包底吹氩气进行搅拌，吹氩气时间为：2-4min；吹氩气强度为：1-5L/min.t钢。
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