一种五氧化二钒代替钒合金冶炼含钒合金钢的方法与流程

本发明属于合金钢制备领域，涉及一种含钒合金的制备方法，尤其涉及一种五氧化二钒代替钒合金冶炼含钒合金钢的方法。
背景技术：
：钒是钢铁生产中十分重要的合金元素，有金属“维生素”之称。在钢中加入钒，可显著改善钢的性能。实践表明，在结构钢中加入0.1％的钒，可提高强度10～20％，减轻结构重量15～25％，降低成本8～10％。若采用含钒高强度钢时，可减轻金属结构重量40～50％，比普通结构钢的成本低15～30％。近年来中国含钒钢产量不断提高，品种不断增加，特别是在建筑用钢、管线钢、重轨钢和汽车及火车结构用钢等方面，发展十分迅速。目前在转炉冶炼一般含钒钢时，多采用钒铁进行钒合金化工艺，但冶炼钒铁的过程中会消耗大量的原料以及硅、铝等优良还原剂和大量的电量，并产生大量的烟尘污染环境。受工艺及设备的影响，原料v2o5中的钒不能完全进入钒铁中，会造成资源利用率和合金元素收得率不高。也有用钒氮合金、钒线、钒棒等含钒合金进行合金化，但用钒铁比较便宜的，因此普遍采用钒铁混合配料炼制，但该方法炼制时配料容易喷溅，浪费和污染都较严重，不但增加了能耗，而且导致转炉寿命降低，这些都提高了冶炼成本；在钒铁生产过程中，其工艺流程大体是将片状v2o5和生铁用电极或其它加热方法进行冶炼，得到钒铁后，在转炉出钢1/3～1/2时将计算好的钒铁量加入钢包中，由钢水的物理热将钒铁融化，钒融入钢水中，实现合金化，整个过程基本是物理过程，最终使钒进入钢中。该工艺耗能很大，不仅加工费用高，而且污染严重。用钒氮合金、钒线、钒棒等含钒合金进行合金化的原理基本与钒铁相同。cn105369113a公开了一种钒酸钙直接合金化冶炼含钒钢水工艺，包括以下步骤：a将钒酸钙原料加入冶炼钢水内，并加入第一批还原剂，反应5～8min；b再向钢水中加入第二批还原剂，反应5min以上；c待钢水中钒元素稳定后，加入含钒合金调节钢水中的钒含量至目标值。上述方法先加入钒酸钙再加入还原剂，还原反应稳定性差，易出现高价钒还原不完全的现象。上述实现钒钢合金化的工艺普遍能耗高，污染严重，在倡导节能减排，降低消耗和环境污染的今天，尤其需要进行改进，因此本发明通过研究对多种工艺进行分析和实验，使用片状v2o5直接用于转炉炼钢中，实现钒钢合金化的工艺方法。技术实现要素：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种五氧化二钒代替钒合金冶炼含钒合金钢的方法，所述方法钒的总收得率(钒资源利用率)相对于传统技术提高15％左右，整体工艺节能、节材效果明显，符合钢铁行业节能降耗、循环低碳的发展方向，对促进我国钒资源高效利用和钒微合金化炼钢技术的发展具有重要意义。为达上述目的，本发明采用以下技术方案：本发明提供一种五氧化二钒代替钒合金冶炼含钒合金钢的方法，所述方法包括：向脱氧后的钢水中加入片状五氧化二钒与铝的混合物，合金化后对钢包底吹氩，精炼以及连铸后得到所述含钒合金钢。本发明中，可在除氧后根据所铸钢材性能的需求，向钢水中加入合金对钢材的性能进行调控。本发明中，由于生产含钒钢种过程中，al与v2o5在钢包中发生爆发性的反应，据资料记载在密闭容器内以上反应温度达到3000℃，为了避免上述剧烈反应同时保证v2o5的充分还原，因此使用片状五氧化二钒与铝的混合物加入到钢水中。作为本发明优选的技术方案，所述片状五氧化二钒与铝的质量比为1:0.4～0.6，如1:0.42、1:0.45、1:0.48、1:0.5、1:0.52、1:0.55或1:0.58等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为1:0.5。本发明中，铝加入比例是保证片状五氧化二钒还原完全的保障。铝加入过量，成本增高；加入量过少，片状五氧化二钒还原不充分。通过多次实验总结，得出片状五氧化二钒与铝的质量比的适用配比为1:0.4～0.6，最佳配比为1:0.5。保证了冶炼钢种要求的钒含量和其它合金成分要求。作为本发明优选的技术方案，所述脱氧前向钢水中加入精炼渣以及石灰。作为本发明优选的技术方案，所述精炼渣的加入量为钢水质量的0.2～0.3％，如0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、0.25％、0.26％、0.27％、0.28％或0.29％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，所述石灰的加入量为钢水质量的0.2～0.3％，如0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、0.25％、0.26％、0.27％、0.28％或0.29％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。作为本发明优选的技术方案，所述脱氧使用的脱氧剂为铝。作为本发明优选的技术方案，所述脱氧剂的加入量为钢水质量的0.1～0.3％，如0.12％、0.15％、0.18％、0.2％、0.22％、0.25％或0.28％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。作为本发明优选的技术方案，所述脱氧后钢水中的氧含量不大于40ppm。本发明中，转炉放钢过程中，采用纯铝锭做脱氧剂，对钢水进行强脱氧处理，控制铝锭加入量和加入时间确保钢水脱氧效果，为保证五氧化二钒稳定还原创造条件。转炉采用一次性深脱氧，氧含量低于40ppm。作为本发明优选的技术方案，所述吹氩的时间为2～3min，如2.1min、2.2min、2.3min、2.4min、2.5min、2.6min、2.7min、2.8min或2.9min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，所述吹氩的强度为0.23-0.45mpa，如0.25mpa、0.28mpa、0.30mpa、0.32mpa、0.35mpa、0.38mpa、0.40mpa或0.42mpa等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。本发明中，钢包底吹氩能够促使夹杂物上浮。搅动的钢水促进了钢中非金属夹杂物碰撞长大，上浮的氩气泡能够吸收钢中的气体，同时粘附悬浮于钢水中的夹杂物并带至钢水表面被渣层所吸收。同时吹氩的搅拌作用对于v2o5还原的动力学条件也至关重要。吹氩工艺对均匀成分、均匀温度、加速传质、加强传热、改善钢水浇注性、排除夹杂、气体、改善精炼炉内气氛等起着重要的作用，因此必须合理控制吹氩时间和吹氩强度。本发明中，在生产含钒钢种过程中，铝与五氧化二钒在钢包中发生爆发性的氧化反应放热，为防止喷溅事故发生，同时还要防止钒片的挥发，防止降低收得率，需对加入时间进行研究。经研究，在出钢过程加完脱氧剂、石灰后，再加入计算好量的片状v2o5和铝的混合物。能促进并保证v2o5的稳定还原，达到冶炼钢种要求的钒含量和其它合金成分。作为本发明优选的技术方案，所述五氧化二钒代替钒合金冶炼含钒合金钢的方法包括：向钢水中加入钢水质量的0.2～0.3％的精炼渣以及钢水质量的0.2～0.3％的石灰，再加入钢水质量的0.1～0.3％的铝进行脱氧，向脱氧后的钢水中加入片状五氧化二钒与铝的混合物，所述片状五氧化二钒与铝的质量比为1:0.4～0.6，合金化后对钢包底吹氩不少于5min，精炼以及连铸后得到所述含钒合金钢。与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：(1)本发明提供一种五氧化二钒代替钒合金冶炼含钒合金钢的方法，所述方法成功在转炉以片状五氧化二钒代替钒合金冶炼含钒合金钢，并应用于冶炼含钒钢的生产，从而有效提高了钒资源利用率，促进了钒钢合金化冶炼方式的转变；(2)本发明提供一种五氧化二钒代替钒合金冶炼含钒合金钢的方法，所述方法解决了片钒直接合金化炼含钒钢钒收得率不稳定问题；(3)本发明提供一种五氧化二钒代替钒合金冶炼含钒合金钢的方法，所述方法提高了钒的综合收用率，钒的综合收得率比片钒-钒合金-转炉合金化工艺提高15％左右；(4)本发明提供一种五氧化二钒代替钒合金冶炼含钒合金钢的方法，所述方法钒的还原率为达到98.33％，波动小于3％；(5)本发明提供一种五氧化二钒代替钒合金冶炼含钒合金钢的方法，所述方法适应于所有含钒微合金钢的生产。附图说明图1是本发明提供的五氧化二钒代替钒合金冶炼含钒合金钢的方法的工艺流程示意图。下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：实施例1本实施例提供一种五氧化二钒代替钒合金冶炼含钒合金钢的方法，所述方法包括：向70t钢水中加入200kg的精炼渣以及200kg的石灰，再加入150kg的铝进行脱氧，向脱氧后的钢水中加入片状五氧化二钒与铝的混合物，所述片状五氧化二钒与铝的质量比为1:0.5，合金化后对钢包底吹氩2.5min，吹氩强度为0.35mpa，精炼以及连铸后得到所述含钒合金钢。实施例2本实施例一种五氧化二钒代替钒合金冶炼含钒合金钢的方法，所述方法除了所述片状五氧化二钒与铝的质量比为1:0.4外，其他条件均与实施例1相同。实施例3本实施例一种五氧化二钒代替钒合金冶炼含钒合金钢的方法，所述方法除了所述片状五氧化二钒与铝的质量比为1:0.6外，其他条件均与实施例1相同。实施例4本实施例提供一种五氧化二钒代替钒合金冶炼含钒合金钢的方法，所述方法包括：向70t钢水中加入140kg的精炼渣以及140kg的石灰，再加入70kg的铝进行脱氧，向脱氧后的钢水中加入片状五氧化二钒与铝的混合物，所述片状五氧化二钒与铝的质量比为1:0.4，合金化后对钢包底吹氩2min，吹氩强度为0.45mpa，精炼以及连铸后得到所述含钒合金钢。实施例5本实施例提供一种五氧化二钒代替钒合金冶炼含钒合金钢的方法，所述方法包括：向70t钢水中加入210kg的精炼渣以及210kg的石灰，再加入200kg的铝进行脱氧，向脱氧后的钢水中加入片状五氧化二钒与铝的混合物，所述片状五氧化二钒与铝的质量比为1:0.6，合金化后对钢包底吹氩3min，吹氩强度为0.23mpa，精炼以及连铸后得到所述含钒合金钢。实施例6本实施例提供一种五氧化二钒代替钒合金冶炼含钒合金钢的方法，所述方法包括：向70t钢水中加入180kg的精炼渣以及180kg的石灰，再加入180kg的铝进行脱氧，向脱氧后的钢水中加入片状五氧化二钒与铝的混合物，所述片状五氧化二钒与铝的质量比为1:0.5，合金化后对钢包底吹氩2.5min，吹氩强度为0.30mpa，精炼以及连铸后得到所述含钒合金钢。对比例1本对比例提供一种五氧化二钒代替钒合金冶炼含钒合金钢的方法，所述方法除了添加的五氧化二钒为块状五氧化二钒外，其他条件均与实施例1相同。对比例2本对比例提供一种五氧化二钒代替钒合金冶炼含钒合金钢的方法，所述方法除了按照实施例1中的比例先后添加片状五氧化二钒和还原剂铝外，其他条件均与实施例1相同。对比例3本对比例提供一种五氧化二钒代替钒合金冶炼含钒合金钢的方法，所述方法除了对钢包底吹氩的时间为5min外，其他条件均与实施例1相同。对实施例1-6以及对比例1-3中的含钒合金的钒总收得率(钒资源利用率)以及钒的还原率进行测定，结果如表1所示。表1钒的还原率/％实施例198.33实施例298.01实施例398.17实施例497.46实施例598.25实施例698.13对比例191.68对比例293.72对比例395.23根据表1的测试结果可以看出，实施例1与实施例2和3相比，当片状五氧化二钒与铝的质量比为1:0.5时，钒的还原率最高。而对比例1-3可以看出，当使用块状五氧化二钒，五氧化二钒与还原剂铝未同时添加，以及吹氩时间过长时，均会导致钒的还原率下降。申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属
技术领域：
的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。当前第1页1 2 3