一种在电渣重熔过程中直接钒合金化的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电渣重熔技术领域，更具体地说，涉及一种在电渣重熔过程中直接钒合金化的方法。
【背景技术】
[0002]电渣重熔作为一种特种冶金新技术，在特殊钢行业占据举足轻重的作用。经过电渣冶炼的钢锭，纯度高、含硫量低、非金属夹杂物少、钢锭表面光滑、结晶均匀致密、金相组织和化学成分均匀，该技术正在获得越来越广泛的应用。目前，电渣重熔技术主要用于合金钢的生产，特别是模具钢、工具钢的生产，而这些钢中绝大部分都含有合金元素钒。但是用电渣重熔方法生产这些含钒合金钢有以下两个问题:
[0003](I)电渣重熔过程需要金属自耗电极。自耗电极由初炼炉熔炼铁水、废钢及钒铁合金而制成。但是生产钒铁合金需要冶炼钒铁，而钒铁冶炼过程复杂、生产率低、劳动强度大，能耗较高，环境污染严重；而且钒铁冶炼过程钒的收得率不高，浪费资源。
[0004](2)在自耗电极制造过程中，一旦自耗电极中的钒没有达到目标含量，那么自耗电极就不能进行电渣重熔，而是必须返回初炼炉重新熔化、冶炼，造成大量的能耗、资源(合金元素)的浪费，而且污染环境。
[0005]目前的电渣重熔企业在含钒合金钢的生产过程中，主要是对钒成分合格的金属自耗电极进行重熔熔炼。在电渣重熔过程中没有采取任何钒合金化的措施。因此，如果能够在电渣过程进行钒的合金化，对于改善产品质量，节约能耗具有重要的意义。
[0006]经专利文献检索，查阅到两个涉及氧化钒直接合金化的专利，其公开号分别为CN101798618A，CN101067182。公开号为CN101798618A的专利，其利用钒渣在LF炉还原，从而使钢液增钒，合金化的方式为先将含钒渣直接加入炉内，然后再加入还原剂还原钒渣。但是其还原剂为铝粉、电石，还原产物为氧化铝。这种方法会导致LF精炼过程渣量大量增加，从而增加能耗，污染钢液。公开号为CN101067182的专利，主要利用V2O5在电弧炉内还原，使钢液增钒。合金化方式同样是先加入V2O5，再加入还原剂还原。所采用还原剂为硅和Al，还原产物为二氧化硅和氧化铝，同样会导致炉内渣量增加。
[0007]根据现有钒直接合金化技术来看，如何在电渣重熔过程中有效的加入钒，并控制炉内的渣量，是本发明要解决的关键技术问题。
【发明内容】
[0008]1.发明要解决的技术问题
[0009]本发明的目的在于解决如何在电渣重熔过程利用V2O5实现含钒钢的直接合金化的问题，提供了一种在电渣重熔过程中直接钒合金化的方法。本发明的钒合金化的方法，V2O5的还原速度快，且不污染钢液，钒的收得率高，工艺简单；采用本发明的技术方案可以重熔含钒的冷作模具钢、热作模具钢、冷轧钢用钢及高速钢等，重熔过程稳定，钢锭表面质量良好，化学成分分布均匀。
[0010]2.技术方案
[0011]为达到上述目的，本发明提供的技术方案为:
[0012]本发明的一种在电渣重熔过程中直接钒合金化的方法，其步骤为:
[0013]步骤一、将氧化钒和石墨按照一定的比例混合，采用铁皮包裹成合金线；所采用氧化钒中各成分的质量百分比为￥205>98%沖〈0.03%，5〈0.015%，粒度不大于100目；石墨中各成分的质量百分比为C>99%，S<0.02%, P〈0.01%，粒度不大于100目；氧化钒和石墨的重量比为1:1?1.5:1 ;合金线直径为5?1mm ;
[0014]步骤二、采用液渣启动方式，开始电渣重熔，即先将重熔渣在电渣炉外熔化后，再倒入电渣炉，然后电极下降，重熔过程开始；所采用的电渣炉为采用T型结晶器的抽锭式电渣重熔炉，其中T型结晶器渣池内衬组成由内到外依次为石墨砖-高铝砖-钢板，钢板无需水冷；液渣的温度不低于1600°c，然后进入正常重熔过程，重熔过程金属自耗电极的熔速为(0.7?0.8) XD钢,定(钢锭直径，mm)，kg/h ；
[0015]步骤三、向渣池中喂入步骤一所制的合金线，喂入量按照如下计算公式确定:
[0016]W合金线=3.04.Wni.%?3.65.Wni.Wv
[0017]式中为每分钟喂入渣池的合金线的量，不包括铁皮的重量，kg/min ；
[0018]Wm为自耗电极每分钟的熔化速率，kg/min
[0019]WvS成品电渣钢锭中的钒含量，%
[0020]所采用的熔渣成分为70 % CaF2+30 % Al2O3;
[0021]步骤四、在电渣重熔过程中，向步骤三的渣池中连续加入铝粒，进行扩散脱氧，铝粒加入量为0.5-1.0kg/吨钢，粒度在2mm?5mm ；
[0022]步骤五、正常电渣重熔过程完毕后，停止合金线的喂入，进入补缩阶段，补缩阶段完成后，重恪过程结束，其中补缩完成后钢徒心部凸出尚度为Icm?2cm。
[0023]本发明利用电渣重熔过程中温度较高的特点，根据分析，发现在如此高的温度下碳就可以还原氧化钒，且脱氧产物的CO气体，不会造成渣量增加。在LF炉采用氧化物直接还原合金化时，一般精炼渣量为钢水重量的1.8%左右。以冶炼含V 0.5?I %的合金钢为例，钢的质量为I吨，采用的精炼渣量为18kg，吨钢含有的钒为5?10kg。这些钒完全由铝还原V2O5而来。根据计算，由于还原V2O5而生成的氧化铝为8?16kg，这些氧化铝完全进入渣中，渣的增加量为44% -88%。
[0024]电渣重熔过程中，所采用的熔渣质量一般占钢锭质量的5%，重熔过程中用来扩散脱氧的铝的添加量为0.5-1.0kg/to以重熔I吨钢为例，所采用的熔渣质量为50kg。重熔过程采用0.5?1.0kg铝进行脱氧，将这些金属铝折合成氧化铝(脱氧生成氧化铝)后为0.94?1.89kg，渣的增加量为1.9%?3.8%。由此可见，在普通的炼钢工艺中，由于炼钢温度的限制，不适合采用C还原V2O5,而只能采用AL还原，因此会导致钒合金化时渣量的大增。
[0025]本发明中采用石墨作为还原剂，可以将其与氧化钒混合制成合金线，利用喂线机向T型结晶器渣池中添加氧化钒，容易控制加入量，避免将气体带入钢液中，且钢液反映平稳、均匀，使合金收得率大幅提高。在喂线过程中，C还原V2O5，但是根据热力学基本原理，V2O5会有很少的残余进入渣中，此时加入扩散脱氧剂AL是为了进一步使氧化钒还原，一是可以进一步提高钒的收得率；二是为了防止V2O5中的氧进入钢锭导致钢的纯净度降低。
[0026]3.有益效果
[0027]采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果:
[0028]本发明的一种在电渣重熔过程中直接钒合金化的方法，在电渣重熔过程中温度高达1800°C以上，在此高温下可以利用C代替传统的AL来还原氧化钒，无需再冶炼钒铁，实现了钒的直接合金化，与现有技术相比，其有益效果在于:1、巧妙的将喂线技术应用到电渣重熔过程中，并将钒的合金化与喂线技术相结合，采用石墨作为主要还原剂，大大提高了钒的收得率，且还原产物为一氧化碳，不会对电渣重熔过程所用的渣系产生污染；2、在电渣重熔过程中利用氧化钒直接钒合金化，既可以避免采用氧化钒冶炼钒铁所造成的能耗、环境污染，又可以避免由于自耗电极钒含量出格所造成的自耗电极报废现象，节约了原料资源，降低了生产成本，精简了生产工艺。
【具体实施方式】
[0029]为进一步了解本发明的内容，结合实施例对本发明作详细描述。
[0030]实施例1
[0031]本实施例的一种在电渣重熔过程中直接钒合金化的方法，生产钒含量为0.1?0.2%的9Cr2MoV冷轧辊用钢，针对钒的合金化，采用的工艺路线为电渣重熔液渣启动一渣池喂入合金线一渣中添加扩散脱氧剂Al —补缩阶段一补缩完成，断电一脱模一退火。使用的氧化钒中各成分的质量百分比为:V205为98.2%,P<0.03%,S<0.