V₂O₅直接合金化的混合剂压块及其使用方法

专利名称：V₂O₅直接合金化的混合剂压块及其使用方法
技术领域：
本发明直接合金化添加剂的技术领域，特别涉及一种V2O5直接合金化的混合剂压块及其使用方法。
背景技术：
目前，生产含钒合金钢主要有三种方法第一是在炼钢炉内加入钒铁合金，这种方法最为普遍，为现阶段生产钒合金钢的主要方法；第二是直接在炼钢炉内加钒渣(含V2O5为15 20wt%)和还原剂的混合物进行合金化；第三是在冶炼氧化末期，扒渣后向炼钢炉内加入V2O5和还原剂，然后在还原期加入贫化剂进行合金化。 在以钒铁为原料进行合金化时，需先用专用的生产设备冶炼钒铁合金，钒铁合金的冶炼工艺比较复杂，一般使用电硅热法和铝热法等。用钒铁合金进行钒合金钢的生产，需要冶炼钒铁合金和钢液合金化两个工序，该工艺比较复杂、冶炼时间较长、能耗较高和综合成本相对高昂，且钒在生产过程中损失较多，总的收得率只有8(T85%。在以钒渣为原料进行合金化时，钒渣对钒合金钢冶炼有两个方面的不利影响 第一是钒渣中V2O5含量偏低，钒渣混合剂中V2O5的含量约为15 20wt% ;第二是钒渣中其他杂质元素较多，故在合金化的同时引入了大量无用且有害的杂质，特别是钒渣中含磷量高达0. ro. 3wt%,当冶炼钒合金钢时，还原条件下增磷较明显。这些因素导致冶炼时渣量较大，耗费热能较高，对钒合金钢的冶炼不利。另外，到目前为止，钒渣直接合金化只可以生产含钒为0. lwt%左右的低钒合金钢，而生产含钒量较高的合金钢未有报道。《一种V2O5直接合金化炼钢工艺》(CN101067182A)公开了如下技术当以V2O5为原料直接合金化时，在炼钢炉冶炼的氧化期末期，需扒除氧化渣，将V2O5与还原剂、熔剂、添加剂的混合物经破碎混匀后，装入炼钢炉内，从而使V2O5中的钒还原出来而对钢液直接进行合金化冶炼。在还原过程中，加入调整熔剂调整熔渣的成分，在还原期末，将炉渣贫化剂加入炉内，对含V2O5的炉渣进行还原贫化，使钒的收得率提高。该专利技术虽可得到较高的收得率，但加入的溶剂、调整剂和还原剂等种类繁较多，试剂用量较大；在反应过程中，生成的渣量较多；在实际的生产过程中，需在氧化期末期、还原期末期加入试剂，即需两步完成生产。

发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种V2O5直接合金化的混合剂压块。使用该V2O5直接合金化的混合剂压块在钢液中还原V2O5速度快、钒的收得率高、操作简便易行、可单步得到所需的钒合金钢和经济效益显著。为实现上述目的，本发明采用技术方案是该混合剂压块的原料及其含量是=V2O5粉为10 25wt%，还原剂为5 20wt%，添加剂为50 75wt%，水玻璃为5 15wt%。V2O5粉直接合金化的混合剂压块的制备方法是按上述原料及其含量，先将V2O5粉、还原剂和添加剂混合，再加入水玻璃，搅拌均匀，压块，干燥，即得V2O5直接合金化的混合剂压块。
在上述技术方案中
V2O5粉中的V2O5含量彡90wt% ；
还原剂的化学成分及其含量是铝粉为7(T80wt%，镁粉为2(T30wt% ;或还原硅粉为75 85%，碳粉为15 25wt%;其中铝粉为工业级，镁粉为工业级；
添加剂为8(T95wt%的铁粉和5 20wt%的CaF2粉混合组成；其中，铁粉中的Fe含量^ 95wt%0所述的V2O5直接合金化的混合剂压块的使用方法是在冶炼中低碳合金钢时，于冶炼还原期末期，扒渣后向钢包中加入V2O5直接合金化的混合剂压块，待V2O5粉直接合金化的混合剂压块在钢液中反应完全后，即可得到所需含钒量的钒合金钢。V2O5直接合金化的混合剂压块的加入量为每吨钢3 22kg。由于采用上述技术方案，将本发明所制备的V2O5直接合金化的混合剂压块投入中 低碳合金钢钢液中后，由于高温环境，诱发放热的还原反应，使得还原剂与V2O5发生反应，V2O5被还原剂快速还原出钒原子。由于本发明的还原剂中碳粉有一定的还原性，能对V2O5直接合金化的混合剂压块中的V2O5进行还原；同时，由于钒在高温环境中不稳定，与本发明所述还原剂中的碳粉或钢液中的C在高温环境中游离出的活性碳原子结合，形成稳定的VC。VC在钢中稳定的存在，具有析出强化和防止晶粒长大的作用，从而提高钢的强韧性。还原产生的钒不稳定，易被再氧化。当加入添加剂中的铁粉后，Fe与V可形成无限固溶体。还原产生的钒与铁结合形成FeV固溶体，FeV固溶体比单质钒稳定性更高，在钢液中不易被氧化，因此提高了钒的还原速率和钒的收得率；另外，加入铁粉能增加混合剂压块密度，将增加混合剂压块在钢液中的沉入部分，使之反应更加充分和完全。本发明所述还原剂中加入了镁粉，镁的还原能力较强，易于将V2O5还原成钒。同时V2O5与镁、铝、硅反应，对外放出大量的热量，能使得钢液的温度不降低。本发明所制备的V2O5直接合金化的混合剂压块中，所加入的还原剂和添加剂中的种类较少，试剂用量较小。在冶炼中低碳含钒微合金钢时，采用本发明所制备的V2O5直接合金化的混合剂压块生成渣量少，且不引入其它杂质。在实际操作过程中，只需根据钢中钒含量的多少，计算所需混合剂压块质量，在还原期末期扒渣后直接投入钢包，待其反应完全后，再经过后续精炼、浇铸、锻造、轧制工艺操作，即得所需钒含量的钒微合金钢。相当于单步一次得到所需的钒合金钢，且可使钒的收得率> 95%。因此，本发明所制备的混合剂压块还原V2O5速度快，钒的收得率高，操作简便易行，可单步得到所需的钒合金钢，经济效益显著。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。为避免重复，先将本具体实施方式
所涉及到的原料统一描述如下，实施例中不再赘述
V2O5粉的V2O5含量> 90wt% ;铝粉为工业级，镁粉为工业级；添加剂为8(T95wt%的铁粉和5 20wt%的CaF2粉混合组成，其中铁粉的Fe含量彡95wt%。实施例I一种V2O5直接合金化的混合剂压块及其使用方法。该混合剂压块的原料及其含量是V2O5粉为10 15wt%，还原剂为5 10wt%，添加剂为65 75wt%，水玻璃为5 10wt%。本实施例中还原剂的化学成分及其含量是铝粉为70 80被％，镁粉为20 30被％。V2O5粉直接合金化的混合剂压块的制备方法是按上述原料及其含量，先将V2O5粉、还原剂和添加剂混合，再加入水玻璃，搅拌均匀，压块，干燥，即得V2O5直接合金化的混合剂压块。本实施例制备的V2O5直接合金化的混合剂压块的使用方法是
在5吨的电弧炉上冶炼非调质钢40Mn2V，所述非调质钢的钒含量 为0. f 0. 12wt%。采用本实施例所制备的V2O5粉直接合金化的混合剂压块作为钒的来源。在冶炼的还原期末期，扒渣后向钢包中加入V2O5粉直接合金化的混合剂压块，V2O5粉直接合金化的混合剂压块加入量为6(Tl05kg，待V2O5粉直接合金化的混合剂压块在钢液中反应完全后，即得含钒量为0. ro. 12wt%的钢液。再进行精炼、浇铸、锻造和轧制工艺，即得40Mn2V非调质钢。实施例2
一种V2O5直接合金化的混合剂压块及其使用方法。该混合剂压块的原料及其含量是V2O5粉为13 19wt%，还原剂为8 14wt%，添加剂为52 62wt%，水玻璃为10 15wt%。本实施例中还原剂的化学成分及其含量同实施例I ;V205粉直接合金化的混合剂压块的制备方法是同实施例I。本实施例制备的V2O5直接合金化的混合剂压块的使用方法是
在5吨的电弧炉上冶炼非调质钢36Mn2V，所述非调质钢的钒含量为0. lTO. 16wt%。采用本实施例所制备的V2O5粉直接合金化的混合剂压块作为钒的来源。在冶炼的还原期末期，扒渣后向钢包中加入V2O5粉直接合金化的混合剂压块，V2O5粉直接合金化的混合剂压块加入量为5(Tll0kg，待V2O5粉直接合金化的混合剂压块在钢液中反应完全后，即得含钒量为0. lTO. 16wt%的钢液。再进行精炼、浇铸、锻造、轧制工艺，即得36Mn2V非调质钢。实施例3
一种V2O5直接合金化的混合剂压块及其使用方法。该混合剂压块的原料及其含量是V2O5粉为15 22wt%，还原剂为10 18wt%，添加剂为57 67wt%，水玻璃为8 13wt%。本实施例中还原剂的化学成分及其含量同实施例I ;V205粉直接合金化的混合剂压块的制备方法是同实施例I。本实施例制备的V2O5直接合金化的混合剂压块的使用方法是
在5吨的电弧炉上冶炼结构钢20MnV，所述结构钢的钒含量为0. 07 0. 12wt%。采用本实施例所制备的V2O5粉直接合金化的混合剂压块作为钒的来源。在冶炼的还原期末期，扒渣后向钢包中加入V2O5粉直接合金化的混合剂压块，V2O5粉直接合金化的混合剂压块加入量为3(T90kg，待V2O5粉直接合金化的混合剂压块在钢液中反应完全后，即得含钒量为0. 07 0. 12wt%的钢液。再进行精炼、浇铸、锻造、轧制工艺，即得20MnV结构钢。实施例4
一种V2O5直接合金化的混合剂压块及其使用方法。该混合剂压块的原料及其含量是V2O5粉为20 25wt%，还原剂为15 20wt%，添加剂为50 55wt%，水玻璃为10 15wt%。本实施例中还原剂的化学成分及其含量同实施例I ;V205粉直接合金化的混合剂压块的制备方法是同实施例I。
本实施例制备的V2O5直接合金化的混合剂压块的使用方法是
在5吨的电弧炉上冶炼结构钢15MnV，所述结构钢的钒含量为0. 04、. 12wt%。采用本实施例所制备的V2O5粉直接合金化的混合剂压块作为钒的来源。在冶炼的还原期末期，扒渣后向钢包中加入V2O5粉直接合金化的混合剂压块，V2O5粉直接合金化的混合剂压块加入量为15飞0kg，待V2O5粉直接合金化的混合剂压块在钢液中反应完全后，即得含钒量为0. 04、. 12wt%的钢液。再进行精炼、浇铸、锻造、轧制工艺，即得15MnV结构钢。实施例5
一种V2O5直接合金化的混合剂压块及其使用方法。除还原剂外，其余同实施例I。还原剂为还原硅粉为75 85%和碳粉为15 25wt%。本实施例制备的V2O5直接合金化的混合剂压块的使用方法是
在5吨的电弧炉上冶炼非调质钢40Mn2V，所述非调质钢的钒含量为0. f 0. 12wt%。采用本实施例所制备的V2O5粉直接合金化的混合剂压块作为钒的来源。在冶炼的还原期末期，扒渣后向钢包中加入V2O5粉直接合金化的混合剂压块，V2O5粉直接合金化的混合剂压块加入量为6(Tl05kg，待V2O5粉直接合金化的混合剂压块在钢液中反应完全后，即得含钒量为0. ro. 12wt%的钢液。再进行精炼、浇铸、锻造、轧制工艺，即得40Mn2V非调质钢。实施例6
一种V2O5直接合金化的混合剂压块及其使用方法。除还原剂外，其余同实施例2。还原剂为还原硅粉为75 85%和碳粉为15 25wt%。本实施例制备的V2O5直接合金化的混合剂压块的使用方法是
在5吨的电弧炉上冶炼非调质钢36Mn2V，所述非调质钢的钒含量为0. lTO. 16wt%。采用本实施例所制备的V2O5粉直接合金化的混合剂压块作为钒的来源。在冶炼的还原期末期，扒渣后向钢包中加入V2O5粉直接合金化的混合剂压块，V2O5粉直接合金化的混合剂压块加入量为5(Tll0kg，待V2O5粉直接合金化的混合剂压块在钢液中反应完全后，即得含钒量为0. lTO. 16wt%的钢液。再进行精炼、浇铸、锻造、轧制工艺，即得36Mn2V非调质钢。实施例7
一种V2O5直接合金化的混合剂压块及其使用方法。除还原剂外，其余同实施例3。还原剂为还原硅粉为75 85%和碳粉为15 25wt%。本实施例制备的V2O5直接合金化的混合剂压块的使用方法是
在5吨的电弧炉上冶炼结构钢20MnV，所述结构钢的钒含量为0. 07 0. 12wt%。采用本实施例所制备的V2O5粉直接合金化的混合剂压块作为钒的来源。在冶炼的还原期末期，扒渣后向钢包中加入V2O5粉直接合金化的混合剂压块，V2O5粉直接合金化的混合剂压块加入量为3(T90kg，待V2O5粉直接合金化的混合剂压块在钢液中反应完全后，即得含钒量为0. 07 0. 12wt%的钢液。再进行精炼、浇铸、锻造、轧制工艺，即得20MnV结构钢。实施例8
一种V2O5直接合金化的混合剂压块及其使用方法。除还原剂外，其余同实施例4。还原剂为还原硅粉为75 85%和碳粉为15 25wt%。本实施例制备的V2O5直接合金化的混合剂压块的使用方法是
在5吨的电弧炉上冶炼结构钢15MnV，所述结构钢的钒含量为0. 04、. 12wt%。采用本实施例所制备的V2O5粉直接合金化的混合剂压块作为钒的来源。在冶炼的还原期末期，扒渣后向钢包中加入V2O5粉直接合金化的混合剂压块，V2O5粉直接合金化的混合剂压块加入量为15飞0kg，待V2O5粉直接合金化的混合剂压块在钢液中反应完全后，即得含钒量为
0.04、. 12wt%的钢液。再进行精炼、浇铸、锻造、轧制工艺，即得15MnV结构钢。本具体实施方式
所制备的V2O5直接合金化的混合剂压块投入中低碳合金钢钢液中后，由于高温环境，诱发放热的还原反应，使得还原剂与V2O5发生反应，V2O5被还原剂快速还原出钒原子。由于本具体实施方式
的还原剂中碳粉有一定的还原性，能对V2O5直接合金化的混合剂压块中的V2O5进行还原；同时，由于钒在高温环境中不稳定，与本具体实施方式
所述还原剂中的碳粉或钢液中的C在高温环境中游离出的活性碳原子结合，形成稳定的VC。VC在钢中稳定的存在，具有析出强化和防止晶粒长大的作用，从而提高钢的强韧性。还原产生的钒不稳定，易被再氧化。当加入添加剂中的铁粉后，Fe与V可形成无 限固溶体。还原产生的钒与铁结合形成FeV固溶体，FeV固溶体比单质钒稳定性更高，在钢液中不易被氧化，因此提高了钒的还原速率和钒的收得率；另外，加入铁粉能增加混合剂压块密度，将增加混合剂压块在钢液中的沉入部分，使之反应更加充分和完全。本具体实施方式
所述还原剂中加入了镁粉，镁的还原能力较强，易于将V2O5还原成钒。同时V2O5与镁、铝、硅反应，对外放出大量的热量，能使得钢液的温度不降低。本具体实施方式
所制备的V2O5直接合金化的混合剂压块中，所加入的还原剂和添加剂中的种类较少，试剂用量较小。在冶炼中低碳含钒微合金钢时，采用本具体实施方式
所制备的V2O5直接合金化的混合剂压块生成渣量少，且不引入其它杂质。在实际操作过程中，只需根据钢中钒含量的多少，计算所需混合剂压块质量，在还原期末期扒渣后直接投入钢包，待其反应完全后，再经过后续精炼、浇铸、锻造、轧制工艺操作，即得所需钒含量的钒微合金钢。相当于单步一次得到所需的钒合金钢，且可使钒的收得率> 95%
因此，本具体实施方式
所制备的混合剂压块还原V2O5速度快，钒的收得率高，操作简便易行，可单步得到所需的钒合金钢，经济效益显著。
权利要求
1.一种V2O5直接合金化的混合剂压块，其特征在于该混合剂压块的原料及其含量是V2O5粉为10 25wt%，还原剂为5 20wt%，添加剂为50 75wt%，水玻璃为5 15wt% ； V2O5粉直接合金化的混合剂压块的制备方法是按上述原料及其含量，先将V2O5粉、还原剂和添加剂混合，再加入水玻璃，搅拌均匀，压块，干燥，即得V2O5直接合金化的混合剂压块。
2.根据权利要求I所述的V2O5直接合金化的混合剂压块，其特征在于所述V2O5粉的V2O5 含量彡 90wt%o
3.根据权利要求I所述的V2O5直接合金化的混合剂压块，其特征在于所述还原剂的化学成分及其含量是铝粉为7(T80wt%，镁粉为2(T30wt% ;或还原硅粉为75 85wt%，碳粉为15^25wt% ;其中铝粉为工业级，镁粉为工业级。
4.根据权利要求I所述的V2O5直接合金化的混合剂压块，其特征在于所述添加剂为80 95wt%的铁粉和5 20wt%的CaF2粉混合组成；所述铁粉的Fe含量> 95wt%。
5.如权利要求f4项中任一项所述的V2O5直接合金化的混合剂压块的使用方法，其特征在于在冶炼中低碳含钒微合金钢时，于冶炼还原期末期，扒渣后向钢包中加入混合剂压块；v205直接合金化的混合剂压块的加入量为每吨钢3 22kg。
全文摘要
本发明涉及一种V2O5直接合金化的混合剂压块及其使用方法。其技术方案是该混合剂压块的原料及其含量是V2O5粉为10~25wt%，还原剂为5~20wt%，添加剂为50~75wt%，水玻璃为5~15wt%。V2O5粉直接合金化的混合剂压块制备方法是按上述原料及其含量，先将V2O5粉、还原剂和添加剂混合，再加入水玻璃，搅拌均匀，压块，干燥，即得V2O5直接合金化的混合剂压块。本发明所制备的混合剂压块在钢液中还原V2O5速度快，钒的收得率高，操作简便易行，能单步得到所需的中低碳含钒微合金钢，经济效益显著。
文档编号C22C38/12GK102758116SQ201210263210
公开日2012年10月31日 申请日期2012年7月27日 优先权日2012年7月27日
发明者刘静, 周欢, 戴明杰, 杨文钗, 甘章华, 袁泽喜 申请人:武汉科技大学