CN114921642A - 一种含钒合金添加剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及合金技术领域，尤其涉及一种含钒合金添加剂的制备方法，至少包括如下步骤：将湿基含钒固废与强化剂混合均匀，于400～600℃烘干，得第一混合物料；将所述第一混合物料与氧化铁皮和粘结剂混合均匀，得第二混合物料；将所述第二混合物料压制成型，于500～800℃热处理4～8h，得所述含钒合金添加剂。本发明的含钒合金添加剂的制备方法不仅充分利用了含钒固废资源，将其高效转化为可利用产品，同时大大减少了含钒钢生产过程中钒铁合金的使用量，降低了含钒钢的生产成本，实现了固废中钒的利用率在90％以上。通过本发明的制备方法得到的含钒合金添加剂质量稳定，在高效处理固废的同时，可作为低价钒产品应用于炼钢系统，有利于工业化推广。

Description

一种含钒合金添加剂的制备方法
技术领域
本发明涉及合金技术领域，尤其涉及一种含钒合金添加剂的制备方法。
背景技术
采用传统的钠化焙烧法制备五氧化二钒的过程中会产生大量废水，这些废水中含有大量的钒，为了达到国家废水排放标准，在废水排放前需要进行处理，目前成熟的处理方式是将废水中的钒进行沉淀固化处理，最终形成含钒固废。该含钒固废的主要成份为钒酸铁，同时含有少量的钙、镁、铬等金属氧化物和硫酸盐，水分含量高达50％以上，呈泥状。目前尚没有关于此类含钒固废的高效利用方法，只能将其作为含钒原料与钒渣进行掺混后返回焙烧系统，但这种处理方法的能耗较高，含钒固废的利用率较低。
在冶炼含钒钢材过程中通常需要添加钒氮合金作为合金添加剂。目前常用的钒氮合金主要以五氧化二钒或者三氧化二钒为原料，通过石墨还原及高温氮化的方式制备得到。现有的钒氮合金的制备方法存在如下问题：以石墨作为还原剂会导致大量碳排放，进而导致地球温度上升，严重影响生态环境；高温氮化过程需要高温和长时间的氮化，导致大量的电能和氮气消耗，不仅提高了生产成本还造成了资源浪费。
发明内容
鉴于此，本申请提供一种含钒合金添加剂的制备方法，本申请的制备方法不仅充分利用了含钒固废资源，将其高效转化为可利用产品，同时大大减少了钒合金的使用量，降低了含钒钢的生产成本，通过本申请的制备方法得到的产品质量稳定，在高效处理固废的同时，可作为低价钒产品应用于炼钢系统，克服了现有技术的缺陷。
为达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
本申请第一方面提供了一种含钒合金添加剂的制备方法，至少包括如下步骤：
将湿基含钒固废与强化剂混合均匀，于400～600℃烘干，得第一混合物料；
将所述第一混合物料与氧化铁皮和粘结剂混合均匀，得第二混合物料；
将所述第二混合物料压制成球，于500～800℃热处理4～8h，得所述含钒合金添加剂。
本申请提供的含钒合金添加剂的制备方法，首先将湿基含钒固废与强化剂混合均匀，在高温下进行烘干，通过烘干能够初步降低湿基含钒固废中的水分含量，得到干燥的含钒固废粉末即第一混合物料；然后将含钒固废粉末与氧化铁皮和粘结剂混合均匀，压制成球后进行热处理，通过高温热处理能够将氧化铁皮、强化剂与含钒固废粉末高温化合形成高硬度混合物，经热处理后得到低水分含量、高强度的球状含钒合金添加剂；本申请通过加入强化剂能够增加混合物料的成球强度，在制球和合金球干燥过程中能够防止料球碎裂，同时还能增大球状含钒合金添加剂的比重进而有助于其进入钢液中，能够提高后续炼钢过程中钒的利用率。本申请通过将混合物料压制成球，能够增大含钒合金添加剂的比重，在后续炼钢过程中，球状的含钒合金添加剂加入钢液中更容易吸收，而粉状的混合物料由于比重小，在高温下容易在钢液表面悬浮或随烟气一起被吹出，大大降低了钒的利用率。本申请的含钒合金添加剂的制备方法简单可控，不需要投入大量的设备与原料，不仅充分利用了含钒固废资源，将其高效转化为可再利用的含钒合金添加剂，同时本申请的含钒合金添加剂的制备方法还大大减少了炼钢中钒氮合金、钒铁合金等钒合金的使用量，降低了含钒钢的生产成本，减少了碳排放量，降低了资源浪费，克服了现有技术的缺陷。
结合第一方面，湿基含钒固废中铁的质量百分含量为20％～25％，钒的质量百分含量为10％～15％，水分的质量百分含量为50％～60％。
湿基含钒废料主要为含钒废水处理过程中产生的钒酸铁泥，其中铁的质量百分含量为20％～25％，钒的质量百分含量为10％～15％，水分的质量百分含量为50％～60％，此外还含有少量的钙、硅、铬等元素的氧化物及硫酸盐。
结合第一方面，强化剂为氧化铝和/或氧化钙，强化剂的质量为湿基含钒固废质量的2％～4％。
强化剂能够增加混合物料的成球强度，在制球和合金球干燥过程中防止料球碎裂，同时还能增大含钒合金添加剂的比重，能够提高后续炼钢过程中钒的利用率。
结合第一方面，烘干至第一混合物料中的水分的质量百分含量小于20％。
将湿基含钒固废在回转窑内进行加热烘干，通过烘干能够初步降低湿基含钒固废中的水分含量，另一方面在高温下含钒固废中的铁与钒能够形成高强度复合盐，进而增强物料的强度，含钒固废中的钙、硅、铬等元素的氧化物及硫酸盐，还能够增加物料的粘度，便于后期物料压制成型。
结合第一方面，氧化铁皮与湿基含钒固废的质量比为1：5～10。
氧化铁皮中Fe含量大于70％，同时S、P、Si、C等杂质元素含量低，在保证最终产品性能的前提下，以价格较低的氧化铁皮代替价格较高的钢屑，能够大大降低钒铁合金生产的成本。
结合第一方面，粘结剂为聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚乙烯醇或淀粉。
通过添加粘结剂能够增加混合物料的粘度，便于后期混合物料的压制成型。
结合第一方面，粘结剂的添加量与湿基含钒固废的质量比为1：15～25。
结合第一方面，将第二混合物料通过对辊式压球机压制成球，对辊式压球机的压力为200～300MPa。
结合第一方面，热处理在电烘干窑里进行。
热处理过程能够进一步降低物料中的水分含量，同时通过热处理能够使氧化铁皮、强化剂与含钒氧化物高温化合，形成高硬度盐碱混合物，最后得到低水分含量、高强度的球状含钒合金添加剂。
本申请第二方面提供了一种含钒合金添加剂，用上述的含钒合金添加剂的制备方法制备得到。
本申请提供的含钒合金添加剂质量稳定，生产成本低，实现了固废中钒的利用率在90％以上，在高效处理固废的同时，可作为低价产品应用于炼钢系统，具有很好的社会效益和经济效益。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提供一种含钒合金添加剂的制备方法，至少包括如下步骤：将湿基含钒固废(含钒固废中的水分的质量百分含量为55％，钒的质量百分含量为12％，铁的质量百分含量为21.5％)与氧化铝(氧化铝的质量为湿基含钒固废质量的3％)混合均匀，放入回转窑内，于400℃烘干至水分含量为18％，得第一混合物料；
将第一混合物料与氧化铁皮和聚丙烯酰胺混合均匀(氧化铁皮与湿基含钒固废的质量比为1：8，聚丙烯酰胺与湿基含钒固废的质量比为1：20)，得第二混合物料；
将第二混合物料通过对辊式压球机压制成球，对辊式压球机的压力为300MPa，将物料球放入电烘干窑中于500℃热处理8h，得含钒合金添加剂；含钒合金添加剂的成份为V：4.1％，Fe:57.2％，Mn：0.3％，Si:0.2％，Cr：0.4％，P:0.0025％，S：0.3％，Al:0.06％，水分：2.1％。在100吨炼钢炉中加入200kg含钒合金添加剂后，钢中增钒为0.0059％，产品在钢中钒收率为92.5％，其余成份均合格。
实施例2
本实施例提供一种含钒合金添加剂的制备方法，至少包括如下步骤：将湿基含钒固废(含钒固废中的水分的质量百分含量为58％，钒的质量百分含量为13.5％，铁的质量百分含量为22.5％)与氧化钙(氧化钙的质量为湿基含钒固废质量的2％)混合均匀，放入回转窑内，于600℃烘干至水分含量为19％，得第一混合物料；
将第一混合物料与氧化铁皮和聚乙二醇混合均匀(氧化铁皮与湿基含钒固废的质量比为1：9，聚乙二醇与湿基含钒固废的质量比为1：20)，得第二混合物料；
将第二混合物料通过对辊式压球机压制成球，对辊式压球机的压力为200MPa，将物料球放入电烘干窑中于800℃热处理4h，得含钒合金添加剂；含钒合金添加剂的成份为V：4.5％，Fe:57.5％，Mn：0.35％，Si:0.25％，Cr：0.4％，P:0.0020％，S：0.35％，Al:0.05％，水分：2.0％。在100吨炼钢炉中加入200kg含钒合金添加剂后，钢中增钒为0.0061％，产品在钢中钒收率为92.3％，其余成份均合格。
实施例3
本实施例提供一种含钒合金添加剂的制备方法，至少包括如下步骤：将湿基含钒固废(含钒固废中的水分的质量百分含量为60％，钒的质量百分含量为14％，铁的质量百分含量为22.5％)与质量比为1:1的氧化铝和氧化钙的混合物(氧化铝和氧化钙的混合物的质量为湿基含钒固废质量的4％)混合均匀，放入回转窑内，于500℃烘干至水分含量为15％，得第一混合物料；
将第一混合物料与氧化铁皮和聚乙烯醇混合均匀(氧化铁皮与湿基含钒固废的质量比为1：10，聚乙烯醇与湿基含钒固废的质量比为1：20)，得第二混合物料；
将第二混合物料通过对辊式压球机压制成球，对辊式压球机的压力为250MPa，将物料球放入电烘干窑中于600℃热处理6h，得含钒合金添加剂；含钒合金添加剂的成份为V：4.0％，Fe:57.3％，Mn：0.25％，Si:0.25％，Cr：0.35％，P:0.0028％，S：0.35％，Al:0.05％，水分：1.8％。在100吨炼钢炉中加入200kg含钒合金添加剂后，钢中增钒为0.0065％，产品在钢中钒收率为92.1％，其余成份均合格。
实施例4
本实施例提供一种含钒合金添加剂的制备方法，至少包括如下步骤：将湿基含钒固废(含钒固废中的水分的质量百分含量为56％，钒的质量百分含量为15％，铁的质量百分含量为21.8％)与氧化钙(氧化钙的质量为湿基含钒固废质量的3％)混合均匀，放入回转窑内，于450℃烘干至水分含量为16％，得第一混合物料；
将第一混合物料与氧化铁皮和淀粉混合均匀(氧化铁皮与湿基含钒固废的质量比为1：10，淀粉与湿基含钒固废的质量比为1：20)，得第二混合物料；
将第二混合物料通过对辊式压球机压制成球，对辊式压球机的压力为280MPa，将物料球放入电烘干窑中于700℃热处理7h，得含钒合金添加剂；含钒合金添加剂的成份为V：4.8％，Fe:56.2％，Mn：0.41％，Si:0.33％，Cr：0.35％，P:0.0028％，S：0.36％，Al:0.07％，水分：1.9％。在100吨炼钢炉中加入200kg含钒合金添加剂后，钢中增钒为0.0062％，产品在钢中钒收率为92.1％，其余成份均合格。
实施例5
本实施例提供一种含钒合金添加剂的制备方法，至少包括如下步骤：将湿基含钒固废(含钒固废中的水分的质量百分含量为57％，钒的质量百分含量为15.5％，铁的质量百分含量为20.5％)与氧化铝(氧化铝的质量为湿基含钒固废质量的4％)混合均匀，放入回转窑内，于550℃烘干至水分含量为16％，得第一混合物料；
将第一混合物料与氧化铁皮和淀粉混合均匀(氧化铁皮与湿基含钒固废的质量比为1：8，淀粉与湿基含钒固废的质量比为1：20)，得第二混合物料；
将第二混合物料通过对辊式压球机压制成球，对辊式压球机的压力为200～300MPa，将物料球放入电烘干窑中于650℃热处理6h，得含钒合金添加剂；含钒合金添加剂的成份为V：5.1％，Fe:55.2％，Mn：0.33％，Si:0.15％，Cr：0.45％，P:0.0028％，S：0.28％，Al:0.05％，水分：1.8％。在100吨炼钢炉中加入200kg含钒合金添加剂后，钢中增钒为0.0061％，产品在钢中钒收率为92.2％，其余成份均合格。
对比例1
本对比例提供了研究过程中试验过的一种含钒合金添加剂的制备方法，至少包括如下步骤：将湿基含钒固废(含钒固废中的水分的质量百分含量为60％，钒的质量百分含量为14％，铁的质量百分含量为22.5％)放入回转窑内，于500℃烘干至水分含量为15％，得第一物料；
将第一物料与氧化铁皮和聚乙烯醇混合均匀(氧化铁皮与湿基含钒固废的质量比为1：10，聚乙烯醇与湿基含钒固废的质量比为1：20)，得第二混合物料；
将第二混合物料通过对辊式压球机压制成球，对辊式压球机的压力为250MPa，将物料球放入电烘干窑中于600℃热处理6h，得含钒合金添加剂；含钒合金添加剂的成份为V：4.1％，Fe:57.1％，Mn：0.25％，Si:0.25％，Cr：0.36％，P:0.0029％，S：0.32％，Al:0.07％，水分：2.0％。在100吨炼钢炉中加入200kg含钒合金添加剂后，钢中增钒为0.0064％，产品在钢中钒收率为90.1％，其余成份均合格。
对比例2
本对比例提供了研究过程中试验过的一种含钒合金添加剂的制备方法，至少包括如下步骤：将湿基含钒固废(含钒固废中的水分的质量百分含量为56％，钒的质量百分含量为15％，铁的质量百分含量为21.8％)与氧化钙(氧化钙的质量为湿基含钒固废质量的3％)混合均匀，放入回转窑内，于450℃烘干至水分含量为16％，得第一混合物料；
将第一混合物料与氧化铁皮和淀粉混合均匀(氧化铁皮与湿基含钒固废的质量比为1：10，淀粉与湿基含钒固废的质量比为1：20)，得第二混合物料；
将第二混合物料放入电烘干窑中于700℃热处理7h，得含钒合金添加剂；含钒合金添加剂的成份为V：4.9％，Fe:56.4％，Mn：0.42％，Si:0.33％，Cr：0.34％，P:0.003％，S：0.37％，Al:0.08％，水分：3.2％。在100吨炼钢炉中加入200kg含钒合金添加剂后，钢中增钒为0.0058％，产品在钢中钒收率为89.2％，其余成份均合格。
对比例3
本对比例提供了研究过程中试验过的一种含钒合金添加剂的制备方法，至少包括如下步骤：至少包括如下步骤：将湿基含钒固废(含钒固废中的水分的质量百分含量为57％，钒的质量百分含量为15.5％，铁的质量百分含量为20.5％)与氧化铝(氧化铝的质量为湿基含钒固废质量的4％)混合均匀，放入回转窑内，于550℃烘干至水分含量为16％，得第一混合物料；
将第一混合物料与氧化铁皮和淀粉混合均匀(氧化铁皮与湿基含钒固废的质量比为1：8，淀粉与湿基含钒固废的质量比为1：20)，得第二混合物料；
将第二混合物料通过对辊式压球机压制成球，对辊式压球机的压力为200～300MPa，得含钒合金添加剂；含钒合金添加剂的成份为V：5.3％，Fe:55.1％，Mn：0.34％，Si:0.17％，Cr：0.46％，P:0.003％，S：0.27％，Al:0.06％，水分：2.1％。在100吨炼钢炉中加入200kg含钒合金添加剂后，钢中增钒为0.0059％，产品在钢中钒收率为90.2％，其余成份均合格。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含钒合金添加剂的制备方法，其特征在于，至少包括如下步骤：
将湿基含钒固废与强化剂混合均匀，于400～600℃烘干，得第一混合物料；
将所述第一混合物料与氧化铁皮和粘结剂混合均匀，得第二混合物料；
将所述第二混合物料压制成球，于500～800℃热处理4～8h，得所述含钒合金添加剂。
2.如权利要求1所述的含钒合金添加剂的制备方法，其特征在于：所述湿基含钒固废中铁的质量百分含量为20％～25％，钒的质量百分含量为10％～15％，水分的质量百分含量为50％～60％。
3.如权利要求1所述的含钒合金添加剂的制备方法，其特征在于：所述强化剂为氧化铝和/或氧化钙，所述强化剂的质量为所述湿基含钒固废质量的2％～4％。
4.如权利要求1所述的含钒合金添加剂的制备方法，其特征在于：所述烘干至所述第一混合物料中的水分的质量百分含量小于20％。
5.如权利要求1所述的含钒合金添加剂的制备方法，其特征在于：所述氧化铁皮占所述湿基含钒固废的质量比为1：5～10。
6.如权利要求1所述的含钒合金添加剂的制备方法，其特征在于：所述粘结剂为聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚乙烯醇或淀粉。
7.如权利要求1所述的含钒合金添加剂的制备方法，其特征在于：所述粘结剂的添加量与所述湿基含钒固废的质量比为1：15～25。
8.如权利要求1所述的含钒合金添加剂的制备方法，其特征在于：将所述第二混合物料通过对辊式压球机压制成球，所述对辊式压球机的压力为200～300MPa。
9.如权利要求1所述的含钒合金添加剂的制备方法，其特征在于：所述热处理在电烘干窑中进行。
10.一种含钒合金添加剂，其特征在于，用权利要求1-9任一项所述的含钒合金添加剂的制备方法制备得到。
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