CN108179339A

CN108179339A - 钒铬硅合金及其生产方法

Info

Publication number: CN108179339A
Application number: CN201711473405.7A
Authority: CN
Inventors: 王永钢; 王小江; 杜勇; 周芳; 任俊
Original assignee: Pangang Group Steel Vanadium and Titanium Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Steel Vanadium and Titanium Co Ltd
Priority date: 2017-12-29
Filing date: 2017-12-29
Publication date: 2018-06-19

Abstract

本发明属于钒铁冶炼领域，具体涉及一种钒铬硅合金及其生产方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种钒铬硅合金及其生产方法，该钒铬硅合金主要成分组成为：V 20.0～60.0％、Cr 10.0～30.0％、Si 10.0～30.0％，余量为铁及不可避免的杂质。本发明能够一次性提供钒铬硅合金。

Description

钒铬硅合金及其生产方法

技术领域

本发明属于钒铁冶炼领域，具体涉及一种钒铬硅合金及其生产方法。

背景技术

钒、铬、硅是最常用的钢中合金化元素，世界上90％以上的钒、85％以上的铬和50％以上的硅均应用于钢铁行业，钢铁行业是钒、铬、硅的最大用户，因此综合利用该三项元素首选是用于炼钢的合金添加剂。目前钒、铬、硅应用于炼钢中分别是以钒铁(或钒氮合金)、铬铁、硅铁的形式分别添加，大部分结构钢、微合金钢、合金钢均有该三项元素作为合金化因子，典型的钢种有：合金钢中的CrMoV系列、CrV系列、CrNiMoV系列的合金钢；合金工具钢中的冷作模具钢Cr12MoV、热作模具钢、无磁模具钢如Cr12Mo1V等；高速工具钢中的WCrV系列、WMoCrV系列；马氏体耐热钢的CrMoV系列、弹簧钢的SiCrV系列；以及低合金结构钢中和微合金结构等。因此开发钒铬硅的复合合金的用途相当广泛，产品市场广阔。国内钢铁行业目前每年消耗钒铁(含钒氮合金、折合50钒铁)超过4万吨、铬铁约400万吨、硅铁约600万吨，但目前尚无一种能同时提供钒、铬、硅元素的复合合金来满足炼钢的需要。

作为添加到炼钢中的钒、铬、硅三元素目前均以钒铁、铬铁、硅铁三种铁合金方式分别添加，尚未有以一种复合合金形式添加的报道。

发明内容

本发明的目的提供一种钒铬硅合金及其生产方法。该钒铬硅合金能用于钢铁或有色行业领域，提供改善性能所需的V、Cr、Si三大合金化元素的合金添加剂，具有资源利用率高、生产简便、能耗低、清洁环保的优势。本发明方法以含铬原料(铬铁矿粉、钒铬废渣或其他含铬原料)，配加氧化钒和还原剂(硅铁或铝粉)在电弧炉内冶炼得到钒铬硅合金。

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种钒铬硅合金，其主要成分组成为：V20.0～60.0％、Cr 10.0～30.0％、Si 10.0～30.0％，余量为铁及不可避免的杂质。

进一步的，上述钒铬硅合金中，当为钒铬硅合金25时，其主要成分组成为：V 20.0～30.0％、Cr 20.0～30.0％、Si 10.0～15.0％、C≤0.3％、P≤0.06％、S≤0.06％、Al≤2.0％，余量为铁。

进一步的，上述钒铬硅合金中，当为钒铬硅合金35时，其主要成分组成为：V 30.0～40.0％、Cr 20.0～30.0％、Si 10.0～15.0％、C≤0.3％、P≤0.06％、S≤0.06％、Al≤2.0％，余量为铁。

进一步的，上述钒铬硅合金中，当为钒铬硅合金45时，其主要成分组成为：V 40.0～50.0％、Cr 20.0～30.0％、Si 10.0～15.0％、C≤0.3％、P≤0.06％、S≤0.06％、Al≤2.0％，余量为铁。

进一步的，上述钒铬硅合金中，当为钒铬硅合金55时，其主要成分组成为：V 50.0～60.0％、Cr 20.0～30.0％、Si 10.0～15.0％、C≤0.25％、P≤0.06％、S≤0.06％、Al≤2.0％，余量为铁。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述钒铬硅合金的生产方法。该生产方法包括以下步骤：以铬铁矿或钒铬废渣、氧化钒、铝粉、硅铁为原料，配入造渣剂，根据终合金产品中各元素含量和原料中各元素含量进行计算，按计算结果添加上述原料；上述原料混合均匀后通电进行冶炼，冶炼至残渣中V、Cr含量分别小于0.3％时停止冶炼，出渣，检测此时合金的成分，然后根据检测结果和终合金产品成分的差别，加入精炼料进行精炼，精炼至合金成分满足要求为止，然后将合金浇铸到锭模中，即得钒铬硅合金。

优选的，上述生产方法中，根据终产品硅含量，确认是否需要加入硅铁作为冶炼原料。

优选的，上述生产方法中，所述铬铁矿的粒度在50mm以下。

优选的，上述生产方法中，所述钒铬废渣加水洗涤、过滤、烘干至含水量在3％以下。

优选的，上述生产方法中，冶炼采用多期冶炼的方式进行。

优选的，上述生产方法中，所述精炼料为氧化钒和氧化铁皮的混合物。两者混合比例根据冶炼结束后合金成分检测结果和终合金产品成分的差别视情况而定。

优选的，上述生产方法中，所述冶炼采用的设备为三相交流电弧炉。

本发明方法能一次性地为钢铁冶炼领域提供改善性能所需的V、Cr、Si三大合金化元素，较传统钒铁、铬铁、硅铁三种合金同时使用的方式更有效，采用钒铬废渣作原料，能有效实现钒铬废渣的无害化处理和资源化利用，具有资源利用率高、生产简便、能耗低、清洁环保的优势。

具体实施方式

钒铬硅合金的生产方法，包括以下步骤：

(1)将铬铁矿或钒铬废渣预处理为适合冶炼进行的原料：其中，将铬铁矿破碎成可入炉冶炼的合适粒度，即粒度在50mm以下；将钒铬废渣加水洗涤、过滤，去除或减少影响产品质量和冶炼过程稳定的成分如P、S、钠盐等(一次洗涤后P、S均可控制到<0.5％、Na₂O<3％)，将过滤后滤饼烘干脱水(H₂O<3％)等，为减少冶炼过程产生飞扬污染可将原料压制成球以利于下步冶炼；

(2)经步骤(1)处理后的铬铁矿或钒铬渣和氧化钒根据目标合金成分要求按一定比例配入还原剂铝粉与硅铁，混合均匀；

(3)经步骤(2)配制完成的炉料加入电弧炉内通电冶炼，冶炼分多期进行，通电加热炉料使炉料熔化，进行深度还原，将炉料中有价元素V、Cr尽可能还原，过程补加还原剂铝粉，贫化冶炼炉渣(控制残渣中残留V、Cr<0.3％)，然后出贫渣到渣盘，合金液留在炉内，取合金样化验(确定精炼料组成)，加入精炼料(精炼料有氧化钒和氧化铁皮，合金V品位高时减少氧化钒，合金V品位低时增加氧化钒用量)进行精炼，脱除合金中超标的铝，调整合金成分合格后，出合金液浇铸到锭模；

(4)成品处理：合金冷凝后清理表面附渣后，经精整、破碎、筛分、包装成为合格钒铬硅成品。

本发明方法将钒铬渣处理除杂达到冶炼要求后，按不同配比配制炉料，在电弧炉内通电熔炼，炉料在高温下充分反应形成液态的熔渣和合金液，出炉后熔渣和合金液冷却凝固，将炉渣和合金分离，得到的钒铬硅合金饼经精整、砸铁、破碎、筛分处理后包装入库，作为成品提供给用户使用。

本发明方法冶炼过程中，炉料中的V₂O₅、Cr₂O₃和部分SiO₂被还原成单质的熔体形成合金液沉积在炉膛底部，产生的Al₂O₃与CaO等形成熔渣聚集在合金液上方，一期炉料反应结束后，倾动炉体，倒出大部分熔渣，合金液留在炉内；炉体回位后加入第二期炉料继续前一个过程进行第二期冶炼；当炉内合金液增加到额定量后，倾炉将合金液浇铸到锭模中，冷却凝固后脱模，清理干净合金表面附渣，将合金精整、破碎、筛分即得钒铬硅合金。

本发明原料铬铁矿可在炉料市场购买，含Cr₂O₃40～50％；钒铬废渣为钒化工企业废水处理的废渣，含V₂O₅ 2～8％、Cr₂O₃ 20～40％、SiO₂ 8～15％。若合金中硅不足，可补充部分硅铁。

本发明方法冶炼步骤主体设备一般为三相交流电弧炉，冶炼过程一般为如下步骤：

①冶炼电炉系统准备完全后，处理配制好的炉料通过加料系统加入炉内，通电冶炼将炉料熔化；

②炉料中的还原剂硅铁(或铝粉)在高温熔化状态下将炉料中氧化态的钒、铬还原出来形成合金液沉积在炉体底部，炉前检验分析渣中残留钒、铬含量<0.3％以后，转动炉体，将贫渣倒出；

③炉体复位加入下一批次炉料继续冶炼，综合炉内容积和原料情况决定每次炉料加入量和出渣次数；

④当炉内合金液聚集到一定量后，出完贫渣加入精炼料调整合金成分，合金成分合格后，倾动炉体出铁，将合金液浇铸到锭模；

⑤炉体复位，修补炉体进行下一炉冶炼。

本发明方法中，由于所选择的原料的来源不同，所要求获得的产品不同，则各原料的配比关系不同，实际配料过程中，可根据产品需求和原料成分来合理地进行配比；同时，由于采用的冶炼设备不同、冶炼方式不同，控制的冶炼参数(如电流、电压)也不同，实际冶炼过程中，可根据实际冶炼情况合理地控制冶炼条件，只有能够将残渣中钒和铬分别控制在0.3％以下即可。

本发明产品和方法中，未经特殊说明的，所述的比例、含量均为重量百分比。

本发明方法冶炼所得钒铬硅合金成分范围为V 20～60％、Cr 10～30％、Si 10～30％，按用户要求可动态调整合金中各元素的组成如下表1：

表1

实施例1

攀枝花冶炼厂使用废水钒铬渣(成分为V₂O₅ 5.92％、Cr₂O₃ 37.1％、SiO₂ 13.0％)3000kg，干燥压球后配入1580kg氧化钒(含V₂O₅ 98.5％)、500kg75硅铁和1300kg铝粉在3200KVA的三相电弧炉内冶炼，经过三期加料(每期加入1/3的炉料、冶炼通电二次电压135V、电流11000～13000A)、三期出渣、一期精炼(精炼料为120kg石灰和300kg氧化铁皮)的操作，得到钒铬硅合金成品2900kg，所得合金成分为V 35.6％、Cr 25.8％、Si 13.5％、C0.15％、P 0.06％、S 0.04％，冶炼过程V回收率98.5％，Cr回收率99.3％，冶炼所得钒铬硅合金销售给一模具钢企业用于生产模具钢，用户反应良好。冶炼副产物SiO₂-CaO-MgO炉渣提供水泥厂家做原料。

实施例2

攀枝花冶炼厂使用2000kg铬铁矿粉(含Cr₂O₃ 45％)配入氧化钒(含V₂O₅97.5％)2200kg、380kg硅铁75和1650kg铝粉在3200KVA的三相电弧炉内冶炼，经过三期加料冶炼(每期加入1/3的炉料、冶炼通电二次电压135V、电流11000～13000A)、三期出渣、一期精炼(精炼料为100kg石灰和200kg氧化铁皮)的操作，得到钒铬硅合金成品2560kg，所得合金成分为V 46.1％、Cr 25.2％、Si 11.5％、C 0.13％、P 0.05％、S 0.03％，冶炼过程V回收率98.2％，Cr回收率99.1％，冶炼所得钒铬硅合金销售给一工具钢企业用于生产工具钢，用户反应良好，冶炼副产物SiO₂-CaO-MgO炉渣提供水泥厂家做原料。

Claims

1.钒铬硅合金，其特征在于：主要成分组成为：V 20.0～60.0％、Cr 10.0～30.0％、Si10.0～30.0％，余量为铁及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的钒铬硅合金，其特征在于：当为钒铬硅合金25时，其主要成分组成为：V 20.0～30.0％、Cr 20.0～30.0％、Si 10.0～15.0％、C≤0.3％、P≤0.06％、S≤0.06％、Al≤2.0％，余量为铁。

3.根据权利要求1所述的钒铬硅合金，其特征在于：当为钒铬硅合金35时，其主要成分组成为：V 30.0～40.0％、Cr 20.0～30.0％、Si 10.0～15.0％、C≤0.3％、P≤0.06％、S≤0.06％、Al≤2.0％，余量为铁。

4.根据权利要求1所述的钒铬硅合金，其特征在于：当为钒铬硅合金45时，其主要成分组成为：V 40.0～50.0％、Cr 20.0～30.0％、Si 10.0～15.0％、C≤0.3％、P≤0.06％、S≤0.06％、Al≤2.0％，余量为铁。

5.根据权利要求1所述的钒铬硅合金，其特征在于：当为钒铬硅合金55时，其主要成分组成为：V 50.0～60.0％、Cr 20.0～30.0％、Si 10.0～15.0％、C≤0.25％、P≤0.06％、S≤0.06％、Al≤2.0％，余量为铁。

6.权利要求1～5任一项所述的钒铬硅合金的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：以铬铁矿或钒铬废渣、氧化钒、铝粉、硅铁为原料，配入造渣剂，根据终合金产品中各元素含量和原料中各元素含量进行计算，按计算结果添加上述原料；上述原料混合均匀后通电进行冶炼，冶炼至残渣中V、Cr含量分别小于0.3％时停止冶炼，出渣，检测此时合金的成分，然后根据检测结果和终合金产品成分的差别，加入精炼料进行精炼，精炼至合金成分满足要求为止，然后将合金浇铸到锭模中，即得钒铬硅合金。

7.根据权利要求6所述的钒铬硅合金的生产方法，其特征在于：所述铬铁矿的粒度在50mm以下。

8.根据权利要求6所述的钒铬硅合金的生产方法，其特征在于：所述钒铬废渣加水洗涤、过滤、烘干至含水量在3％以下。

9.根据权利要求6所述的钒铬硅合金的生产方法，其特征在于：所述精炼料为氧化钒和氧化铁皮的混合物。

10.根据权利要求6～9任一项所述的钒铬硅合金的生产方法，其特征在于：所述冶炼采用的设备为三相交流电弧炉。