本发明涉及一种材料生产过程中直接微合金化方法，属于材料制备
技术领域：
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背景技术：
：微合金化元素通常指在原有主加合金元素基础上，添加微量的铌、钒、钛等碳氮化物形成元素、稀土元素及硼元素等，从而对力学性能有影响，或对耐蚀性、耐热性起作用。现代钢铁生产过程中，由于低氧低硫和高纯净冶炼技术的不断发展，为微合金化元素的微合金化作用发挥提供了必要的前提条件。我国存在较多的共生矿床。例如，白云鄂博铁矿是大型的铁、稀土、铌等多种有用矿物共生矿，其中稀土储量占全国总储量的90％以上，占世界已探明总储量的六分之五，有“世界稀土宝库”之称。为了实现共生矿中的微合金化元素可以直接微合金化到钢铁材料中，同时也为我国的稀土产业由资源优势转化为资源加技术优势。因此，本发明为微合金化元素以固溶形式存在于钢铁材料中发挥微合金化作用，提供了一种安全可行和原材料廉价易得的方法。早在20世纪40年代，日本、美国、德国等相继在电炉、平炉和感应炉上研究应用采用钨矿粉代替钨铁合金进行直接还原合金化，直接微合金化的研究就此拉开序幕。20世纪70年代，美国在工业生产上用氧化钼代替钼铁进行炼钢时的合金化。20世纪80年代，日本率先进行了大量的铬矿熔融还原方面的研究，并应用于工业生产。川上正博在感应炉上利用Si和C还原了粉末状的铬矿。家田幸冶等人在顶底复吹转炉上利用焦炭还原铬矿。从20世纪90年代至今我国已相继进行了直接合金化方面的研究。高运明等人在实验室中模拟了转炉出钢过程中的氧化钼直接合金化过程，苗治民等人在上钢五厂30t电炉冶炼GCr15轴承钢时采用铬矿直接合金化工艺，马钢在冶炼搪瓷用钢06VTi时，采用钒渣代替钒铁在转炉内进行直接合金化，济钢在10t转炉钢包中采用喷射铌精矿的方式进行冶炼含铌低合金钢实验，试验结果表明Nb的回收率可达76％以上。但是上述直接合金化其本质都是在转炉炼钢阶段加入合金元素的氧化物，再利用还原剂将氧化物还原成单质态金属的过程，虽然少了冶炼中间合金的过程，但是氧化物仍然需要人为获取，而且在加入时直接加入氧化物，由于氧化物的密度较小，首先会上浮造渣，往往与后面加入的还原剂不能充分接触反应，因此并未真正在生产现场普及使用，同时从概念上，现存的直接合金化的理论都是从转炉炼钢开始，这是整个冶炼过程的中间阶段，并不是从原料矿石开始。目前，往材料中加入合金的方法，主要是加入中间合金、纯金属或者是转炉阶段加入氧化物再还原，然而由于有些元素例如稀土元素的化学性质非常活泼，极易氧化，在人工加入时非常容易被氧化而导致烧损现象，使加入后的收得率很低，而且绝大多数以氧化物形式存在，几乎难以发挥微合金化作用。造成稀土这一宝贵的资源极大浪费，制约了稀土在钢铁工业的应用与发展。技术实现要素：本发明要解决的技术问题就在于：克服现有技术的缺陷，提供一种钢铁材料生产过程中直接微合金化方法，它可以在钢铁材料生产过程中有效地利用具有较强吸附能力的主要合金元素为微合金化元素的载体进行直接微合金化，为钢铁材料生产中微合金元素的直接微合金化提供了一种全新的思路，可以有效地使钢铁材料中得到以固溶形式存在的微合金化元素，从而发挥微合金化作用。为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：本发明提供一种钢铁材料生产过程中直接微合金化合金化方法，所述方法包括：采用共生矿为材料冶炼生产的原始来料，在精矿冶炼过程中加入具有较强吸附能力的主要合金元素为载体，将共生矿中所含的微合金化元素吸附固定在其中，随着自身重力和铁水的冲刷作用，这些具有吸附能力的载体会吸附这微合金化元素进入到铁水中，通过加入脱氧剂可以将上述载体中吸附的微合金化元素还原成单质态，从而以固溶形式进入到材料中发挥微合金化作用。具体步骤为：(1)原料来源：采用含微合金化元素的共生矿为材料冶炼的原始来料，例如，包头的白云鄂博稀土-铁共生矿床、攀枝花钒钛磁铁矿床等；其中白云鄂博共生矿床所选出的铁精矿含有TFe：60％-70％、REO：0.01％-1％；攀枝花钒钛磁铁矿床所选出的铁精矿含有TFe：50％-70％，TiO2：1％-10％，V2O3：0.1％-5％。(2)吸附载体：采用具有较强吸附能力的主要合金元素为载体，例如，膨胀石墨、海绵金属、氧化石墨、活性炭、焦炭、多孔硅、活性钙中的一种或几种混合加入；(3)加入方式：在高炉炼铁过程中，将吸附载体和矿石原料通过共混从高炉顶端料口或从高炉喷煤口单独喷吹等方式加入；(4)吸附过程：吸附载体和铁精矿进入高炉的炉腹区，在炉腹区随着铁精矿的熔化，吸附载体将铁精矿中的微合金化元素吸附并固定；(5)传递过程：吸附载体随着自身重力和铁水的冲刷作用，进入转炉炼钢流程中；(6)微合金化过程：在转炉炼钢流程中，通过吹氧脱碳，载体会被消耗，将稀土元素以氧化物的形式释放出来，转炉终点(温度为1500℃-1650℃)冶炼完成后，在出钢过程中通过加入脱氧剂(例如硅钙线、铁钙线、铝线、硅铁、硅锰、硅钙钡镁等)，可以将上述载体中吸附的微合金化元素还原成单质态，从而使微合金化元素以固溶形式进入到材料中发挥微合金化作用。本发明的优势及应用价值：1.本发明选用的原材料均为工厂企业常用材料，廉价易得，所涉及的化学反应较为稳定，安全性好，对现场生产工况无需做特殊调整，易于生产。2.本发明通过采用共生矿为钢铁材料冶炼生产的原始来料，在冶炼过程中加入具有较强吸附能力的主要合金元素为载体，将共生矿中所含的微合金化元素吸附固定在其中，随着自身重力和金属熔体的冲刷作用，这些具有吸附能力的载体会吸附这微合金化元素进入到金属熔体中，通过加入脱氧剂将载体中吸附的微合金化元素还原成单质态，从而微合金化元素以固溶形式进入到材料中发挥微合金化作用。3.本发明可以在钢铁材料生产过程中有效地利用具有较强吸附能力的主要合金元素为微合金化元素的载体进行直接微合金化，为钢铁材料生产中微合金元素的直接微合金化提供了一种全新的思路，可以有效地使钢铁材料中得到以固溶形式存在的微合金化元素，从而发挥微合金化作用。该方法生产过程安全，材料来源简单易得，工业生产时容易进行，资源配置利用合理等特点。具体实施方式白云鄂博铁矿是一座富含稀土资源的共生矿床，在选矿后的铁精矿中会含有一定量的稀土元素和铁精矿共存进入到后续的钢铁冶炼流程中，从而为稀土元素在钢中的直接合金化提供了必要条件。表1白云鄂博稀土-铁共生矿的选矿后铁精矿的成分(wt/％)TFeSiO2FH2OSPNa2OK2OREO其它脉石成分60-701-20.2-0.35-10％0.5-1.50.05-0.10.1-0.20.1-0.20.01-1余量表中TFe指全铁；REO是稀土元素氧化物的简称。实施例1：一种钢铁材料生产过程中直接微合金化方法，其具体步骤为：(1)主要原料：采用白云鄂博稀土-铁共生矿为高炉炼铁的矿石原始来料，在选矿过程中稀土元素会随着富铁的颗粒一起进入铁精矿中，铁精矿成分如表1；(2)吸附载体：采用氧化石墨和焦炭为吸附微合金化元素的载体，氧化石墨加入量为铁精矿的1％，焦炭加入量为铁精矿的25％；(3)加入方式：在高炉炼铁过程中，将焦炭和铁精矿在通过共混从高炉顶端料口加入，氧化石墨从喷煤口喷吹方式加入；(4)吸附过程：吸附载体和铁精矿进入高炉的炉腹区(温度为：1400℃-1800℃)，在炉腹区随着铁精矿的熔化，吸附载体将铁精矿中的微合金化元素吸附并固定；(5)传递过程：吸附载体随着自身重力和铁水的冲刷作用，进入转炉炼钢流程中；(6)微合金化过程：在转炉炼钢过程中，通过吹氧脱碳，载体会被消耗，将稀土元素以氧化物的形式释放出来，转炉终点(温度为1500℃-1650℃)冶炼完成后，在出钢过程中加入脱氧剂，其中硅钙线加入量为钢水重量的0.06％-0.1％、铁钙线为钢水重量的0.02％-0.1％、硅铁为钢水重量的0.04％-0.1％，可以将上述载体中吸附的微合金化元素还原成单质态，再通过炉外精炼和连铸后室温冷却成钢坯，从而使微合金化元素以固溶形式进入到钢坯中发挥微合金化作用。本方法直接合金化后最终微合金化稀土元素在钢坯中的固溶量为3-10ppm。实施例2：一种钢铁材料生产过程中直接微合金化方法，其具体步骤为：(1)主要原料：采用白云鄂博稀土-铁共生矿为高炉炼铁的矿石原始来料，在选矿过程中稀土元素会随着富铁的颗粒一起进入铁精矿中铁精矿成分如表1所示；(2)吸附载体：采用焦炭为吸附微合金化元素的载体，焦炭的加入量为铁精矿重量的25％；(3)加入方式：在高炉炼铁过程中，将焦炭和铁精矿在通过共混从高炉顶端料口加入；(4)吸附过程：吸附载体和铁精矿进入高炉的炉腹区，在炉腹区随着铁精矿的熔化，吸附载体将铁精矿中的微合金化元素吸附并固定；(5)传递过程：吸附载体随着自身重力和铁水的冲刷作用，进入转炉炼钢流程中；(6)微合金化过程：在转炉炼钢过程中，通过吹氧脱碳，载体会被消耗，将稀土元素以氧化物的形式释放出来，转炉终点(温度为1500℃-1650℃)冶炼完成后，在出钢过程中加入脱氧剂，其中硅钙线加入量为0.06％-0.1％、铁钙线为0.02％-0.1％、硅铁为0.04％-0.1％，可以将上述载体中吸附的微合金化元素还原成单质态，在通过炉外精炼和连铸后室温冷却成钢坯，从而使微合金化元素以固溶形式进入到钢坯中发挥微合金化作用。本方法直接合金化后最终微合金化稀土元素在钢坯中的固溶量为1-2ppm。实施例3：一种钢铁材料生产过程中直接微合金化方法，其具体步骤为：(1)主要原料：采用白云鄂博稀土-铁共生矿为高炉炼铁的矿石原始来料，在选矿过程中稀土元素会随着富铁的颗粒一起进入铁精矿中，铁精矿成分如表1所示；(2)吸附载体：采用氧化石墨和焦炭为吸附微合金化元素的载体，氧化石墨加入量为铁精矿的5％，焦炭加入量为铁精矿的25％；(3)加入方式：在高炉炼铁过程中，将焦炭和铁精矿在通过共混从高炉顶端料口加入，氧化石墨从喷煤口喷吹方式加入；(4)吸附过程：吸附载体和铁精矿进入高炉的炉腹区，在炉腹区随着铁精矿的熔化，吸附载体将铁精矿中的微合金化元素吸附并固定；(5)传递过程：吸附载体随着自身重力和铁水的冲刷作用，从而进入转炉炼钢流程中；(6)微合金化过程：在转炉炼钢过程中，通过吹氧脱碳，载体会被消耗，将稀土元素以氧化物的形式释放出来，转炉终点(温度为1500℃-1650℃)冶炼完成后，在出钢过程中加入脱氧剂，其中包括硅钙线加入量为0.06％-0.1％、铁钙线为0.02％-0.1％、硅铁为0.04％-0.1％，可以将上述载体中吸附的微合金化元素还原成单质态，在通过炉外精炼和连铸后室温冷却成钢坯，从而使微合金化元素以固溶形式进入到钢坯中发挥微合金化作用。本方法直接合金化后最终微合金化稀土元素在钢坯中的固溶量为8-20ppm。最后应说明的是：上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。当前第1页1 2 3