專利名稱：金屬加釩合金化所用的材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及黑色冶金領(lǐng)域，更具體地說，涉及金屬加釩合金化所用的材料。
在制備含釩產(chǎn)品(生鐵、鋼和含釩合金)的高溫冶金生產(chǎn)中，利用含釩合金(硅釩、鐵釩及其他)作為合冶化材料的需求大大增長。為了生產(chǎn)用于合金化的釩合金(首先是鐵釩合金)，需要資源缺乏且較昂貴的五氧化二釩，而為使生鐵和鋼加釩合金化，基本上利用含釩合金，這導(dǎo)致尋求新的含釩合金化材料。因此曾建議利用釩鐵氧化所得釩渣作為含釩合金化材料(蘇聯(lián)發(fā)明證書NO196064，C21C5/52，1967年頒發(fā);蘇聯(lián)發(fā)明證書No358374，C21C5/52，1972年頒發(fā);蘇聯(lián)發(fā)明證書No394437，C21C5/52，1973年頒發(fā))。
當(dāng)時，使用的熔渣含有(重%)氧化鐵41.6氧化硅16.4氧化釩15.8氧化錳9.1氧化鈦7.4氧化鉻2.8氧化鈣1.5金屬相8-12
其余的雜質(zhì)(MgO、Al2O3、R2O)。
上述釩渣在H··列基舍夫等人所著的“黑色冶金中的釩”一書(冶金出版社，莫斯科，1983年，第36頁)中有描述，但由于氧化度高和氧化鈣及氧化釩的含量不高，所以金屬加釩合金化的時間加長，從而使制得的含釩產(chǎn)品的總生產(chǎn)率降低。
利用在中國和南非得到的釩渣作為加釩合金化材料，可以說也存在這個問題。
在中國得到的釩渣含有(重%)氧化釩10-15，氧化鐵33-45，氧化鈦8-13.5，氧化硅7.6-35.4;氧化錳2.7-5.7，氧化鈣0.9-1.5，釩含量很少，需大量消耗輔助試劑(熔劑和還原劑)(參見索科洛娃K·H·著“國外釩的生產(chǎn)和需求”，“黑色冶金情報”研究所通報，1981年，第10期，3-15頁)。在南非得到的釩渣含有(重%)氧化釩27.8，氧化鐵22.4，氧化鈣0.5，氧化鎂0.3，氧化硅17.3，氧化鋁3.5，碳3.5，其余為雜質(zhì)(TiO2、MnO、Cr2O3)。根據(jù)其化學(xué)組成判斷，這些釩渣用于金屬加釩合金化可能是工藝性較好的材料，但文獻中缺乏關(guān)于金屬合金化的具體數(shù)據(jù)，可以斷定，由于該材料中氧化鈣和氧化鎂的濃度不高，在利用該材料時，熔劑和還原劑消耗量將會增加。
已知的還有利用由具有任意形狀和均勻結(jié)構(gòu)的熔渣(含釩)組分和金屬組分組成的熔渣金屬材料。
這些材料含有(重%)氧化鐵5-15氧化硅3-7
氧化鈣2-5氧化釩0.3-0.8氧化鈦2-5.0碳1.0-3.0其余為還原鐵。
該材料制成后呈兩層渣粒(粒徑5-20毫米)的形式。在渣粒的表層中含有大量碳，而其內(nèi)層充滿氧化物和粘合劑的均相溶液(蘇聯(lián)發(fā)明證書NO926024，C21C1/06，1982年頒發(fā))。這些合金化材料的缺點是其在金屬中的溶解速度不高，從而使合金化過程拖長，減低制備含釩產(chǎn)品的生產(chǎn)率。
這樣就產(chǎn)生了尋求可用于金屬加釩合金化的有效含釩材料的問題。
本發(fā)明的任務(wù)在于尋求適用于金屬加釩合金化的材料，該材料有可能縮短合金化時間和提高制備含釩產(chǎn)品的生產(chǎn)率，而又不會降低產(chǎn)品的質(zhì)量。
按照本發(fā)明，上述任務(wù)已經(jīng)解決，方法是建議用含有金屬組分的顆粒狀材料來使金屬合金化，根據(jù)本發(fā)明，該材料的特點是金屬組分被熔渣組分形成的殼所覆蓋。熔渣組分組成(重%)如下氧化硅10-24氧化釩14-25氧化錳4-14氧化鈦3-10氧化鉻1-4氧化鈣或氧化鎂3-50
其余為氧化鐵，同時金屬與熔渣組分的比例(重%)如下金屬組分5-95熔渣組分95-5該材料適宜的形態(tài)是其金屬組分組成(重%)如下的材料碳0.5-3.5金屬0.01-0.05其余為鐵，其中金屬為釩、錳、鉻。
建議該材料粒徑保持在0.5-30.0毫米范圍內(nèi)。
推薦的用于金屬加釩合金化的材料與已知材料相比具有如下優(yōu)點-溶解速度較高;
-保證縮短金屬加釩合金化的時間;
-增加釩在金屬中的吸收並減少金屬加釩合金化的費用。
推薦材料的基本和非常重要的優(yōu)點是它能極迅速地溶于液體金屬(例如生鐵和鋼)中。
用作為制合金材料的金屬材料(鐵合金、合金)，由于沉降到攪拌不充分的熔池底部，往往來不及足夠完全地溶于金屬;而已知的熔渣金屬材料則相反，完全位于金屬的表面，因為被還原鐵的孔隙度極大(大于50%);與上述兩種材料不同，推薦的材料沉入金屬中的體積達80-90%，因此被循環(huán)的金屬流劇烈地混合，特別是在脫碳或用其他方法攪動金屬表面期間。同時，在材料加熱期間，在“膠囊化”的金屬組分被其中生成的氧化碳撕裂成許多較小的液滴之前，極為難熔並與金屬組分牢固粘接的熔渣組分不會破壞。材料的這種爆炸式的破裂可大大增加制合金化材料與液體金屬之間相互作用的反應(yīng)表面積，結(jié)果導(dǎo)致其溶解速度大大加快。金屬組分被難熔並具有化學(xué)穩(wěn)定性的渣殼“膠囊化”的有利作用主要是在一定的粒徑范圍之內(nèi)達到的。當(dāng)粒徑(平均直徑)小于0.5毫米時，由于渣殼厚度不夠大，上述效應(yīng)較弱。同樣，當(dāng)粒徑大于30.0毫米時，“膠囊化”效應(yīng)也減弱，看來這是由于渣殼變形程度較大(直至破壞)導(dǎo)致過早地從金屬組分析出氧化碳所致。
顆粒的渣殼組成中所含的氧化物起著雙重作用。一方面，從氧化物(例如氧化鐵和氧化硅)產(chǎn)生加速鐵和釩的氧化物還原的硅酸鹽組分;另一方面，由于對釩和鈦的氧化物(特別是對與鐵的氧化物一起生成復(fù)合的尖晶石式礦物的氧化鉻)有很強的吸著作用，硅酸鹽組分變牢固，同時由于存在錳的氧化物，硅酸鹽組分充分地浸濕金屬組分，從而促進生成合金化材料的穩(wěn)定渣殼。
推薦的合金化材料，如果其中所含的組分保持在一個限度之內(nèi)，那么它將具有上述積極作用。當(dāng)氧化硅含量小于10%，氧化釩少于14%時，發(fā)現(xiàn)渣殼強度變差，因而過早破壞。當(dāng)氧化硅含量大于24%，氧化釩大于25%時，觀察到同樣的現(xiàn)象。
氧化錳含量在上述的4-14%范圍內(nèi)，可促使渣殼被金屬組分充分浸濕，當(dāng)氧化錳含量小于4%或大于14%時，渣殼明顯減少。渣殼中如有3-10%的氧化鈦和1-4%的氧化鉻，可促進增強溶于硅酸鹽粘合料中的復(fù)合鐵釩尖晶石式礦物。鈣或鎂的氧化物在上述3-50%含量范圍內(nèi)，當(dāng)存在鐵和硅的氧化物時，會促進生成具有化學(xué)穩(wěn)定性的硅酸鹽組分，該硅酸鹽組分對復(fù)合鐵釩尖晶石式礦物有較大的吸著作用。
推薦材料中的金屬組分與熔渣組分之間的比例使有可能有成效地實現(xiàn)金屬加釩合金化的過程。同時，0.5-1毫米的最小粒徑范圍相應(yīng)于70-95%這一較高的金屬組分含量;而在20-30毫米的較大粒徑范圍內(nèi)則相反，合金化材料中金屬組分的最佳含量為5-20%。這樣，材料中所含的氧化物，通過生成互溶礦物化合物，在顆粒表面上形成了阻礙顆粒過早破壞的牢固並具化學(xué)穩(wěn)定性的渣殼。
在材料生成時，在熔渣組分的表面層內(nèi)形成連接金屬組分與熔渣組分的區(qū)，這促進了渣殼與封閉在其中的金屬組分的牢固粘結(jié)。在這種情況下，該區(qū)達到極大的厚度，並變得很“難分離”。這一中間(過渡)層與熔渣金屬材料上生成的一般“砂皮”不同，除了硅和鐵的氧化物之外，還含有大量釩和鈦的氧化物，后者生成溶于硅酸鐵的相。過渡層中相當(dāng)?shù)偷奶己?0.1-0.5%)也能促進熔渣組分與金屬組分之間牢固的粘結(jié)。
其中溶有碳的金屬鐵位于顆粒的內(nèi)部，由于渣殼而與周圍介質(zhì)隔絕，因此在加熱和熔化時它不會被氧化，這也使溶解時間縮短。這時金屬鐵的濃度范圍可促進所述材料更深地浸入金屬中，使其溶解達到最大程度。
在材料的渣殼中可能含有總含量至3-5%的鋁和磷的氧化物，這些氧化物對該材料而言是些雜質(zhì)，它們是與用以加進基本組分的原料一起進入該材料中的。就些氧化物在這一含量范圍內(nèi)不會對材料的溶解速度產(chǎn)生不利影響。
所述合金材料的制備方法如下。將含釩生鐵在氧轉(zhuǎn)爐中吹煉時得到的釩渣粉碎成0.5-30毫米的篩份，然后通過磁分離將釩渣的磁性篩份同非磁性部分分離。得到的材料的顆粒粒徑為0.5-30毫米，表面為渣殼所覆蓋。將顆粒按大小分開，用于在生鐵、鋼和合金的合金化。
1.在具有堿性或酸性內(nèi)襯的電弧爐中，用包括釩鋼或釩鐵廢料在內(nèi)的爐料熔煉釩鋼或釩鐵。作為合金化材料，利用粒徑為15-30毫米的顆粒狀材料，顆粒的殼內(nèi)含有80-95%的釩渣和5-20%的金屬組分。釩渣組成(重%)如下氧化硅15-20，氧化釩16-20，氧化錳6-8，氧化鈦3-6，氧化鉻1-3，氧化鈣或氧化鎂25-40;其余為氧化鐵;金屬組分含有(重%)碳0.5-2.0，釩0.01-0.05，其余為鐵。該材料與適當(dāng)?shù)臓t料一起裝入爐中，配料按得到成品金屬中釩含量的下限考慮。在爐料充分熔化，形成石灰質(zhì)或酸性熔渣和加熱金屬之后，熔渣用焦炭和硅鐵合金脫氧，然后再用與上述相同組成的材料使金屬進一步加釩合金化，加釩量按釩在成品金屬中的含量為中等計算。
分析用該材料合金化的金屬的使用性能(諸如強度、屈服性、韌性、硬度、淬火性能和相對耐磨性)表明，與用已知合金化材料制成的鑄件相比，利用本發(fā)明所述的合金化材料有可能提高鋼或生鐵的可靠性和壽命10-30%，並減少加釩合金化的費用50-100%。金屬從合金化材料中吸收釩的效率達85-88%。
2.同樣地在電弧爐中利用熔渣金屬材料熔煉鋼或生鐵，該材料呈顆粒狀(粒徑15-30毫米)，含有5-30%與第一方案相同組成的熔渣組分和70-95%組成同第一方案的金屬組分。在這種情況下，在裝料時或在氧化階段開始時與材料一起把100%的釩加到金屬中，這樣，在進行不出渣熔煉時可保證裝入爐中的釩有85-87%轉(zhuǎn)入金屬中，並保證提高金屬的可靠性和壽命20-30%。合金化的生產(chǎn)費用與用已知的鐵合金進行合金化相比減少50-100%。
3.在電弧爐中熔煉含35-45%釩和1-25%硅的合金。在含有82%五氧化二釩、石灰、硅鐵合金和鋁的爐料中還加入10-25%(按爐料中的釩計)的粒徑為15-30毫米的顆粒狀合金化材料，該材料含有70-95%的熔渣組分和5-30%的金屬組分。熔渣組分的組成(重%)為氧化硅14-18，氧化釩16-20，氧化錳6-8，氧化鈦6-10，氧化鉻1-3，氧化鈣和(或)氧化鎂30-50，其余為氧化鐵。金屬組分的組成(重%)為碳0.5-1.2，釩0.01-0.05，其余為鐵。
金屬從推薦的合金化材料中吸收釩的效率達95.4%。
為了更好地理解本發(fā)明，下面舉幾個具體例子來說明含釩合金化材料用于鋼、生鐵、合金加釩合金化的情況。
實例1在具有堿性內(nèi)襯的工業(yè)電弧爐中用再熔化方法熔煉含鉻和釩的碳鋼。利用由80%鉻鋼廢料和20%碳鋼半成品(含有2.6%碳、0.04%磷、0.023%硫和0.06%釩，其余為鐵)組成的爐料。在爐料中還加入5%石灰和2-3%粘土磚碎塊。爐料熔化后，在1520-1540℃溫度下，將粒徑為0.5毫米的顆粒狀合金化材料加到含有(重%)0.57-0.62碳、0.018-0.021磷、0.015-0.020釩的金屬表面上。合金化材料的金屬組分含有(重%)碳2.4，釩0.03，鉻0.03，錳0.04，其余為鐵。而占顆粒重量95%的熔渣部分含有(重%)氧化硅10，氧化釩25，氧化錳14，氧化鈦10，氧化鉻4，氧化鈣3，其余為氧化鐵。合金化材料的用量是按加釩至成品鋼中的釩含量為中等(0.12%)計算的。在熔池“再沸騰”短時間(10-15分鐘)之后，用硅鐵合金處理熔渣，消耗量為2-5千克/噸。釩吸收率為88.4%，得到的鋼的相對耐磨性與用釩鐵合金進行合金化的同種鋼相比，在合金化費用降低80%的情況下，提高了12%。
實例2在具有堿性內(nèi)襯的工業(yè)電弧爐中，用再熔化方法由爐料熔煉含鉻和釩的碳鋼，爐料是由70%的含鉻碳鋼廢料、20%的碳鋼半成品(含碳2.5%、磷0.03%、硫0.021%、釩0.05%，其余為鐵)和10%的碎鋼組成的。爐料中還加入了4.5%石灰和2%粘土磚碎塊。在爐料熔化后，金屬含有(重%)0.54碳、0.017磷、0.019硫和0.02釩，在1550℃溫度下分批地加入粒徑為10-20毫米的顆粒狀合金化材料。合金化材料的金屬組分含有(重%)碳3.2，釩0.03，鉻0.03，錳0.05，其余為鐵;占顆粒重量5%的熔渣組分含有(重%)氧化硅18，氧化釩14，氧化錳4，氧化鈦3，氧化鉻1，氧化鈣50，其余為氧化鐵。合金化材料的用量是按加釩至成品鋼中釩含量為中等(0.12%)計算的。在熔池中“再沸騰”15-20分鐘之后，熔渣用磨成粉的硅鐵合金處理。
釩吸收率為87.2%，得到的鋼的相對耐磨性與用鐵釩合金進行合金化的鋼相比，在合金化費用減少120%的情況下提高了14%。
實例3在工業(yè)用堿性電弧爐中，用再熔化方法熔煉含鉻和釩的碳鋼。在爐料中使用了75%的含鉻碳鋼廢料和25%的碳鋼半成品(含2.7%碳、0.04%磷、0.020%硫和0.05%釩。在爐料中還加入了5%石灰和2.5%粘土磚碎塊。在爐料熔化后，金屬含(重%)0.51C、0.02P、0.018S和0.02V，在1570℃的溫度下分批加入粒徑為30毫米的顆粒狀合金化材料。合金化料燃中的金屬組分含有(重%)碳2.9，釩0.04，鉻0.02，錳0.02，其余為鐵;占顆粒重量的85%的熔渣組分含有(重%)氧化硅24，氧化釩18，氧化錳6，氧化鈦6，氧化鉻3，氧化鈣24，其余為氧化鐵。合金化材料的用量是按加釩至成品鋼中的釩含量為中等(0.12%)計算的。在“再沸騰”10-15分鐘后，熔渣用磨成粉的硅鐵合金處理。
釩吸收率為87%，與用釩鐵合金進行合金化的鋼相比，得到的鋼的相對耐磨性在制合金費用減少80%的情況下提高了16%。
實例4在具有酸性內(nèi)襯的感應(yīng)電爐中熔煉加釩至0.5%的輥式鑄鐵。在爐料中使用了煉鋼生鐵(60%)和輥式鑄鐵碎塊(40%)。使金屬過熱到1500-1520℃溫度，然后在生鐵的表面上分批加入按中等含釩量(0.45%)計算的、粒徑為10-15毫米的顆粒狀合金化材料。合金化材料的金屬組分含有(重%)碳3.1，釩0.03，鉻痕量，錳痕量，其余為鐵;占顆粒重量的90%的熔渣組分含有(重%)氧化硅18，氧化釩18，氧化錳6，氧化鈦6，氧化鉻3，氧化鈣30，其余為氧化鐵。
在用硅鐵合金粉末使熔渣脫氧並加熱10分鐘后，將金屬放出。釩吸收率為86.2%;用該材料加釩合金化的軋輥的相對耐磨性，與用已知方法加釩合金化的軋輥相比，提高了20%，而加釩合金化的費用減少了80%。
實例5。
在電弧爐中熔煉含35-45%釩和5-25%硅的合金。在爐料中除了五氧化釩、石灰、硅鐵合金和鋁之外，加入了20%(按爐料中的釩計)所述合金化材料。將合金化材料加到爐底，然后裝入其余的爐料。合金化材料呈顆粒狀，粒徑為30毫米。合金化材料的金屬組分含有(重%)碳3.5，釩0.05，鉻和錳痕量，其余為鐵;占顆粒重量50%的熔渣組分含有(重%)氧化硅14，氧化釩20，氧化錳6，氧化鈦4，氧化鉻3，氧化鎂20，氧化鈣22，其余為氧化鐵。
金屬從合金化材料中吸收釩的效率為94.9%。與只用五氧化釩熔煉合金的方法相比，用所述材料加釩合金化的費用減少了40%。
本發(fā)明可用于高溫冶金生產(chǎn)，進行生鐵、鋼或合金的加釩合金化并獲得含釩產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.金屬加釩合金化所用的材料，呈顆粒狀，含有金屬組分，該材料的特點是金屬組分被組成(重%)如下的熔渣組分形成的渣殼所覆蓋氧化硅10-24氧化釩14-25氧化錳4-14氧化鈦3-10氧化鉻1-4氧化鈣和/或氧化鎂 3-50其余為氧化鐵，同時，金屬組分與熔渣組分之比(重%)為金屬組分 5-95熔渣組分 95-5
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其特點是其金屬組分具有如下組成(重%)碳 0.5-3.5金屬 0.01-0.05其余為鐵，其中金屬為釩、錳、鉻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的材料，其特點是其顆粒粒徑為0.5-30.0毫米。
全文摘要
金屬加釩合金化所用的材料，含有被熔渣組分形成的殼所覆蓋的金屬組分；熔渣組份的組成(重量％)為10-24氧化硅，14-25氧化釩，4-14氧化錳，3-10氧化鈦，1-4氧化鉻，3-50氧化鈣和/或氧化鎂，其余為氧化鐵；金屬組分含有碳、金屬和鐵。該材料中金屬組分的含量為5-95％，其余為熔渣組分。材料呈顆粒狀，顆粒粒徑為0.5-30.0毫米。
文檔編號C22C33/04GK1033076SQ87107749
公開日1989年5月24日 申請日期1987年11月10日 優(yōu)先權(quán)日1986年4月18日
發(fā)明者利奧尼德·安德里維奇·斯米諾夫, 朱里·斯蒂帕諾維奇·施卡利夫, 阿納托利·阿納托利維奇·費利盤利夫, 夫亞徹斯拉夫·尼科拉維奇·茨利諾夫, 伊里克·納希羅維奇·古巴杜林, 甘巴·魯特福洛維奇·魯特夫林, 伊萬·蒂莫弗維奇·里亞伯夫 申請人:馬拉爾黑色金屬科學(xué)研究院, 丘索夫斯科依冶金工廠