矽釩鐵合金及其生產方法
2023-08-10 19:17:26
矽釩鐵合金及其生產方法
【專利摘要】本發明屬於鐵合金【技術領域】，具體屬於一種矽釩鐵合金及其生產方法。本發明提供了一種矽釩鐵合金，由下述重量配比的組分組成：釩50～65wt%、矽18～25wt%、餘量為鐵及不可避免的雜質。本發明還提供了上述矽釩鐵合金的生產方法，包括以下步驟：原料研磨與均化、原料分析、混料、壓球、乾燥、冶煉、出爐、拆爐。本發明所得產品可以直接用於鋼鐵材料，也可以用作氮化矽釩鐵生產的固體原料。
【專利說明】矽釩鐵合金及其生產方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於鐵合金【技術領域】，具體屬於一種矽釩鐵合金及其生產方法。
【背景技術】
[0002]鋼鐵產業近年來最重要的技術進步是鋼鐵材料微合金化技術的開發與推廣應用。常用的微合金化元素有鈮、釩、鈦等，它們通常以碳化物或者氮化物的形式加入，從經濟的角度來看，也有採用直接加入娃f凡鐵合金或者氮化娃f凡鐵合金的。
[0003]釩鐵的生產方法很多，但總體來看無非是矽熱法與鋁熱法兩種，鋁熱法的優點是產品含釩量高，缺點是將其中的矽含量當成雜質來控制，生產成本高；矽熱法的缺點是產品釩含量較低，不能用於生產釩含量很高的釩鐵，但它的最大優點是生產成本低。現用的矽熱法生產釩鐵，由於其中的目標是為了生產含矽較低的釩鐵，故需要用金屬鋁來部分替代矽作為還原劑，既增加了生產成本，也使過程控制複雜，如果生產的矽釩鐵具有一定的矽含量，則生產過程可以配加過量的矽來實現，既可以最大限度的提高釩的回收率，也可以降低生產成本。
[0004]中國發明專利 ZL200810212508.2公開了一種釩矽合金及其製備和應用方法，該專利用釩渣、矽石與碳質還原劑為原料，造球後高溫煅燒，製備出釩矽鐵合金產品。該工藝的優點是原料成本低，缺點是產品中雜質含量高，產品的應用受到很大的局限。
【發明內容】
[0005]針對現有技術存在不足，本發明提供了一種矽釩鐵合金及其生產方法。該方法具有生產工藝簡單、釩收率高、生產成本低等優點。該方法通過選擇合適的矽/釩質量配比、爐渣鹼度，冶煉出矽釩鐵合金產品，既可以直接用於鋼鐵材料，也可以用作氮化矽釩鐵生產的原料。
[0006]本發明所解決的第一個技術問題是提供一種矽釩鐵合金。該矽釩鐵合金由下述重量配比的組分組成:f凡50~65wt%、娃18~25wt%、餘量為鐵及不可避免的雜質。
[0007]本發明所解決的第二個技術問題是提供上述矽釩鐵合金的生產方法。該方法包括以下步驟:
[0008]a、原料研磨與均化:將含釩原料、矽鐵、石灰分別破碎到-100目~-140目，並分別混勻待用；
[0009]b、原料分析:分析上述破碎後的含釩原料中釩含量、矽鐵中矽含量、石灰中氧化鈣
含量;
[0010]C、混料:按照質量比為Si/V205=0.5~0.6,CaOA2O5=0.80~2.30進行配料，加入上述三種原料，將配好的料幹混，然後加水溼混，加水量以控制溼混料中水分含量為4.0~
8.0wt% 即可；
[0011 ] d、壓球:將溼混料壓球得到溼料球，單顆溼料球質量控制在50~100g ；
[0012]e、乾燥:將溼料球乾燥，得乾料球；[0013]f、冶煉:將乾料球冶煉，冶煉過程中控制熔體溫度1600~1700°C，冶煉終點爐渣中鑰;元素含量不超過0.25wt% ；
[0014]g、出爐:冶煉結束，首先倒出大部分液體爐渣，再將餘下的熔體一起倒出，冷卻即得矽釩鐵合金。
[0015]優選的，上述生產方法，步驟a中，所述的含釩原料為釩酸鹽、氧化釩或含釩爐渣中至少一種；所述的娃鐵為75SiFe、85SiFe或金屬娃中至少一種；所述的石灰為冶金石灰或活性石灰中任意一種。
[0016]進一步，優選的，上述生產方法，步驟a中，所述的釩酸鹽為釩酸鈉或釩酸銨中至少一種；氧化釩為五氧化二釩、四氧化二釩或三氧化二釩中任意一種；所述的石灰中氧化鈣含量在85wt%以上。
[0017]優選的，上述生產方法，步驟a中，含釩原料、矽鐵、石灰研磨後的粒度為-100~-120目。
[0018]優選的，上述生產方法，步驟c中，質量比為SiA2O5 = 0.55，Ca0/V205 = 1.40~2.00。
[0019]優選的，上述生產方法，步驟c中，幹混lOmin，然後溼混20min。
[0020]優選的，上述生產方法，步驟c中，溼混料的水分含量為5.0~6.0wt%。
[0021]優選的，上述生產方法，步驟d中，壓球壓力控制到8~12Mpa。
[0022]優選的，上述生產方法，步驟d中，單顆溼料球質量控制在75~85g。
[0023]具體的，上述生產方法，步驟e中，乾料球水分含量不超過lwt%。
[0024]優選的，上述生產方法，步驟f中，冶煉熔體溫度為1650°C。
[0025]具體的，上述生產方法，步驟g中，倒出80wt%的液體爐渣。
[0026]具體的，上述生產方法，步驟g中，將熔體空冷48h。
[0027]—種由上述生產方法製備所得的矽釩鐵合金。
[0028]優選的，一種由上述生產方法製備所得的矽釩鐵合金，由下述重量配比的組分組成:鑰;50~65wt%、娃18~25wt%、餘量為鐵及不可避免的雜質。
[0029]本發明方法通過選擇合適的矽/釩質量配比、爐渣鹼度，具有生產工藝簡單、釩收率高、生產成本低等優點，該方法在電爐內就可以冶煉出矽釩鐵合金產品，既可以直接用於鋼鐵材料，也可以用作氮化矽釩鐵生產的固體原料。本發明所得產品中含有較高的矽，既有利於提高釩的回收率，也有利於用作生產氮化矽釩鐵合金原料時減少矽的配加量。本發明方法不用嚴格限制矽的含量，配矽係數高，釩收率高，由於原料是在研磨後混合均勻造球，反應充分，所以本發明所得產品質量好，成分均勻；本發明方法原料種類少，只有釩原料、矽鐵、石灰三種，生產組織方便；並且在冶煉過程中不用金屬鋁，釩收率高，生產成本低。
【具體實施方式】
[0030]一種娃鑰;鐵合金，由下述重量配比的組分組成:鑰;50~65wt%、娃18~25wt%、餘量為鐵及不可避免的雜質。
[0031]上述矽釩鐵合金的生產方法，包括以下步驟:
[0032]a、原料研磨與均化:將含釩原料、矽鐵、石灰分別破碎到-100目~_140目，並分別混合均勻待用；[0033]b、原料分析:分析上述破碎後的含釩原料中釩含量、矽鐵中矽含量、石灰中氧化鈣
含量;
[0034]C、混料:按照質量比Si/V205=0.5~0.6、Ca0/V205=0.80~2.30進行配料，加入上述三種原料，將配好的料幹混lOmin，然後加水溼混20min，加水量以控制溼混料中水分含量4.0~8.0%即可；
[0035]d、壓球:將溼混料壓球得到溼料球，單顆溼料球質量控制在50~100g，壓球壓力控制到 8~12MPa即可；
[0036]e、乾燥:將溼料球乾燥得到乾料球，控制乾料球中含水量不超過lwt%即可；
[0037]f、冶煉:將乾料球冶煉，冶煉過程中控制熔體溫度1600~1700°C，冶煉終點爐渣中鑰;元素含量不超過0.25wt% ；
[0038]g、出爐:冶煉到達終點時，首先倒出80%的液體爐渣破碎，然後再將餘下的熔體一次性倒入合金錠模中空冷即得矽釩鐵合金。
[0039]一種由上述製備方法所得的矽釩鐵合金。
[0040]本發明所得到的矽釩鐵合金具有設定的矽、釩含量，由下述重量配比的組分組成:釩50~65wt%、矽18~25wt%、餘量為鐵及不可避免的雜質。
[0041]經研究發現，溼料球顆粒大了流動性不好，反應效果差；顆粒小了透氣性不好，反應效果也差，所以本發明將溼料球的質量一般控制在50~100g，通過此質量的控制，大大改善了反應條件，減少了還原劑矽的氧化燒損，降低了消耗量；同時由於反應物之間結合較為緊密，可以加快反應速度，減少反應過程中的揚塵損失。
[0042]進一步的，本發明還主要控制了矽的使用量，由於較高的矽配比有利於反應充分，提高釩的回收率，但是按照普通工藝較高的配比帶來的問題是產品的雜質矽含量較高，但是在本發明產品中矽是有用元素，所以這個問題不會有什麼影響；並且，較低的矽含量則會造成反應不充分，帶來的問題是產品的矽含量較低，對產品的利用不利，同時，較低的矽含量還會使釩的還原反應不充分，釩的收率較低，所以經過大量實驗，本發明將矽與釩的含量控制在Si/V205 = 0.5~0.6，不僅可以有效地利用矽來生產本發明的矽釩鐵合金，同時使鑰;還原充分，I凡收率聞。
[0043]再者，為了提高釩的回收率，減少矽酸氧釩爐渣的生成，同時降低爐渣的熔點，改善反應的動力學條件和提高氧化鈣與反應生成的酸性的二氧化矽結合，促使反應進行完全，本發明將氧化鈣與釩的含量控制在Ca0/V205=0.80~2.30，這樣不僅能解決上述幾個問題，同時還可以減少不必要的浪費，降低生產成本。
[0044]同時本發明發現，高的反應溫度有利於降低爐渣的粘度，改善反應的動力學條件，讓反應進行得更充分完全，渣鐵分離好，提高釩的回收率，降低生產成本；相反，反應溫度不足時，則會降低產品質量，渣鐵分離不好，釩的回收率低，生產成本高，所以本發明將溫度控制在1600~1700°C之間，從而能夠很好地滿足生產的需要。
[0045] 可以根據爐渣的分析結果進行調整，根據反應效果來決定反應時間，可以從根本上保證反應充分，減少不必要的浪費。
[0046]通過上述工藝的控制，本發明取得了很好的技術效果，本發明還原劑為矽，成本低，同時還原劑單一，過程簡單，易控制；同時產品中的矽不再是雜質，矽的配加量較大，有利於進一步提高釩的回收率。除此之外，其它雜質含量與傳統工藝相當。[0047]下面結合實施例對本發明的【具體實施方式】做進一步的描述，並不因此將本發明限制在所述的實施例範圍之中。
[0048]實施例採用碾輪式混料機進行混料，採用壓球機壓球，採用乾燥窯乾燥溼料球，採用三相電弧爐冶煉乾燥球。
[0049]實施例1
[0050]取鋁熱法冶煉釩鐵的剛玉渣1300kg，破碎後在乾式球磨機中研磨至全部通過-140目，分析其中的元素釩含量為2.lwt% ;取75SiFe3000kg在乾式球磨機中研磨至全部通過-120目，分析其中的矽元素含量為72.15被％;取生石灰3000kg在乾式球磨機中研磨至全部通過-100目，分析其中的氧化鈣含量為85.7wt%。按質量比Si/V205 = 0.5, CaO/V2O5 = 2.30分別稱取剛玉渣粉1300kg、75SiFe粉33.8kg、生石灰粉130.8kg，裝入碾輪式混料機中幹混IOmin,加入水127kg繼續混合20min後出料,混合料在壓球機中於8Mpa壓力下壓製成溼料球，單顆料球重75~78g，溼料球在乾燥窯中乾燥48h，測其水分含量為0.8wt%,將乾料球加入到三相電弧爐中通電冶煉，控制熔體溫度1650°C左右，直到爐渣釩元素含量達到0.20wt%結束，傾倒大部分爐渣後將剩餘的熔體倒入錠模中空冷48h後拆爐，得到合金餅重43.0kg,經檢測，合金餅含釩56.9wt%、含矽21.2wt%,釩收率89.6%。
[0051]實施例2
[0052]取片狀五氧化二釩1000kg，破碎後在乾式球磨機中研磨至全部通過-100目，分析其中的元素釩含量為54.88wt%0按質量比Si/V205 = 0.6, Ca0/V205 = 0.80分別稱取片狀五氧化二釩粉末1000kg、實施例1中的75SiFe粉815.0kg、生石灰粉914.8kg，裝入碾輪式混料機中幹混IOmin,加入水114kg繼續混合20min後出料,混合料在壓球機中於IOMpa壓力下壓製成溼料球，單顆料球重70~75g，溼料球在乾燥窯中乾燥48h，測其水分含量為0.5wt%,將乾料球加入到三相電弧爐中通電冶煉，控制熔體溫度1680°C左右，直到爐渣釩元素含量達到0.25wt%結束，傾倒大部分爐渣後將剩餘的熔體倒入錠模中空冷48h後拆爐，得到合金餅重954.0kg，經檢測，合 金餅含釩56.5wt%、含矽19.2wt%，釩收率98.2%。
[0053]實施例3
[0054]取五氧化二釩含量98.5wt%的粉狀五氧化二釩150kg，按質量比Si/V205 = 0.6、Ca0/V205 = 1.50分別稱取實施例1中的75SiFe粉122.9kg、生石灰粉258.6kg，裝入碾輪式混料機中幹混IOmin,加入水40kg繼續混合20min後出料,混合料在壓球機中於12Mpa壓力下壓製成溼料球，單顆料球重68~72g，溼料球在乾燥窯中乾燥48h，測其水分含量為0.9wt%,將乾料球加入到三相電弧爐中通電冶煉，控制熔體溫度1630°C左右，直到爐渣釩元素含量達到0.18wt%結束，傾倒大部分爐渣後將剩餘的熔體倒入錠模中空冷48h後拆爐，得到合金餅重149.4kg，經檢測，合金餅含釩54.3wt%、含矽22.2wt%，釩收率98.0%。
[0055]實施例4
[0056]取多釩酸鈉200kg在乾式球磨機中研磨至全部通過-120目，分析其五氧化二釩含量為85.lwt%。按SiA2O5 = 0.55、Ca0/V205 = 1.81分別稱取實施例1中的75SiFe粉129.7kg、生石灰粉308.1kg,裝入碾輪式混料機中幹混IOmin,加入水37.1kg繼續混合20min後出料。混合料在壓球機中於IlMpa壓力下壓製成溼料球，單顆料球重66~73g，溼料球在乾燥窯中乾燥48h，測其水分含量為0.8wt%,將乾料球加入到三相電弧爐中通電冶煉，控制熔體溫度1670°C左右，直到爐渣釩元素含量達到0.21wt%結束，傾倒大部分爐渣後將剩餘的熔體倒入錠模中空冷48h後拆爐，得到合金餅重170.1kg，經檢測，合金餅含釩52.5wt%、含矽 26.8wt%，釩收率 97.8%。
[0057]實施例5
[0058]取五氧化二釩含量88.50wt%的多釩酸銨粉末200kg，按質量比Si/V205 = 0.60、Ca0/V205 = 2.02分別稱取實施例1中的75SiFe粉147.2kg、生石灰粉357.5kg，裝入碾輪式混料機中幹混IOmin,加入水41kg繼續混合20min後出料,混合料在壓球機中於IlMpa壓力下壓製成溼料球，單顆料球重66~73g，溼料球在乾燥窯中乾燥48h，測其水分含量為
0.5wt%,將乾料球加入到三相電弧爐中通電冶煉，控制熔體溫度接近1700°C，直到爐渣釩元素含量達到0.15wt%結束，傾倒大部分爐渣後將剩餘的熔體倒入錠模中空冷48h後拆爐，得到合金餅重172.0kg，經檢測，合金餅含釩56.8wt%、含矽19.0wt%，釩收率98.6%。
[0059]實施例6
[0060]取元素釩含量64.50wt%的三氧化二釩粉末200kg，按質量比Si/V205 = 0.40、CaO/V2O5 = 2.50分別稱取實施例1中的75SiFe粉127.7kg、生石灰粉575.7kg，裝入碾輪式混料機中幹混IOmin,加入水77kg繼續混合20min後出料,混合料在壓球機中於I IMpa壓力下壓製成溼料球，單顆料球重66~73g，溼料球在乾燥窯中乾燥48h，測其水分含量為0.5wt%,將乾料球加入到三相電弧爐中通電冶煉，控制熔體溫度1685°C左右，直到爐渣釩元素含量達到0.25wt%結束。傾倒大部分爐渣後將剩餘的熔體倒入錠模中空冷48h後拆爐，得到合金餅重203.8kg，經檢測，合金餅含釩62.3wt%、含矽20.3wt%,釩收率98.4%。
[0061]實施例7
[0062]取元素釩含量61.30wt%的四氧化二釩粉末200kg，按質量比Si/V205 = 0.50,CaO/V2O5 = 1.60分別稱取實施例1中的75SiFe粉151.7kg、生石灰粉350.1kg，裝入碾輪式混料機中幹混IOmin,加入水77kg繼續混合20min後出料,混合料在壓球機中於I IMpa壓力下壓製成溼料球，單顆料球重66~73g，溼料球在乾燥窯中乾燥48h，測其水分含量為0.5wt%,將乾料球加入到三相電弧爐中通電冶煉，控制熔體溫度1650°C左右，直到爐渣釩元素含量達到0.22wt%結束，傾倒大部分爐渣後將剩餘的熔體倒入錠模中空冷48h後拆爐，得到合金餅重205.2kg，經檢測，合金餅含釩58.9wt%、含矽19.7wt%,釩收率98.6%。
【權利要求】
1.一種矽釩鐵合金，其特徵在於:由下述重量配比的組分組成:釩50~65wt%、矽18~25wt%、餘量為鐵及不可避免的雜質。
2.矽釩鐵合金的生產方法，其特徵在於:包括以下步驟: a、原料研磨與均化:將含釩原料、矽鐵、石灰分別破碎到-100目~-140目，並分別混勻待用； b、原料分析:分析上述破碎後的含釩原料中釩含量、矽鐵中矽含量、石灰中氧化鈣含量; C、混料:按照質量比為SiA2O5=0.5~0.6、CaOA2O5=0.80~2.30進行配料，加入上述三種原料，將配好的料幹混，然後加水溼混，加水量以控制溼混料中水分含量為4.0~8.0wt% 即可； d、壓球:將溼混料壓球得到溼料球，單顆溼料球質量控制在50~100g； e、乾燥:將溼料球乾燥，得乾料球； f、冶煉:將乾料球冶煉，冶煉過程中控制熔體溫度1600~1700°C，冶煉終點爐渣中釩元素含量不超過0.25wt% ； g、出爐:冶煉結束，首先倒出大部分液體爐渣，再將餘下的熔體一起倒出，冷卻即得矽鑰;鐵合金。
3.根據權利要求2所述的矽釩鐵合金的生產方法，其特徵在於:步驟a中，所述的含釩原料為釩酸鹽、氧化釩或含 釩爐渣中至少一種；所述的矽鐵為75SiFe、85SiFe或金屬矽中至少一種；所述的石灰為冶金石灰或活性石灰中任意一種。
4.根據權利要求3所述的矽釩鐵合金的生產方法，其特徵在於:步驟a中，所述的釩酸鹽為釩酸鈉或釩酸銨中至少一種；所述的氧化釩為五氧化二釩、四氧化二釩或三氧化二釩中任意一種；所述的石灰中氧化鈣含量在85wt%以上。
5.根據權利要求2所述的矽釩鐵合金的生產方法，其特徵在於:步驟a中，含釩原料、矽鐵、石灰研磨後的粒度為-100~-120目。
6.根據權利要求2所述的娃f凡鐵合金的生產方法,其特徵在於:步驟c中，SiA2O5=0.55，Ca0/V205 = 1.40 ~2.00。
7.根據權利要求2所述的矽釩鐵合金的生產方法，其特徵在於:步驟c中，所述溼混料的水分含量為5.0~6.0wt%。
8.根據權利要求2所述的矽釩鐵合金的生產方法，其特徵在於:步驟d中，單顆溼料球質量控制在75~85g。
9.根據權利要求2所述的矽釩鐵合金的生產方法，其特徵在於:步驟e中，所述乾料球水分含量不超過lwt%。
10.根據權利要求2所述的娃鑰;鐵合金的生產方法,其特徵在於:步驟g中，倒出80wt%的液體爐渣。
【文檔編號】C22C27/02GK103484752SQ201310475994
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年10月12日 優先權日:2013年10月12日
【發明者】陳守均, 陳守俊 申請人:攀枝花市仁通釩業有限公司