專利名稱：燒結(jié)釩鐵合金及制取方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于鐵合金制備技術(shù)領域，特別涉及一種制備燒結(jié)釩鐵合金的方法。
背景技術(shù)：
釩的主要用途是作為冶煉合金鋼的合金添加元素，大量含釩鋼的工業(yè)規(guī)模應用數(shù)據(jù)表明釩鐵合金的使用，可以有效強化合金鋼和細化合金鋼晶粒。
煉鋼應用時釩元素的加入方法通常有1)添加釩鐵合金；2)添加氮化釩；3)使用氮化釩鐵；方法1)添加釩鐵合金是普遍采用的方法；方法2)的不足之處在于氮化釩密度低易浮在鋼液表面，釩的有效收率低且熔化溫度高于釩鐵，冶煉時爐后加入不易；方法3)雖然氮化釩鐵煉鋼應用時釩的有效收率較高，但氮化釩鐵制備時釩的有效收率較低，要先生產(chǎn)釩鐵再破碎、壓塊、真空固態(tài)滲氮得到氮化釩鐵，制備工序長而且復雜，生產(chǎn)成本高，難于推廣。
釩鐵合金的制造方法通常有1)碳熱法，成本低，但產(chǎn)品含碳高，許多鋼種無法使用；2)硅熱法，雖成本低，但難以生產(chǎn)高品位釩鐵合金。
3)鋁熱法，鋁熱法主要用V2O5、鋁粉及氧化鐵發(fā)生鋁熱反應制取釩鐵合金，但存在反應發(fā)熱量過大，工藝復雜、耗鋁多、成本較高的缺陷。
4)電鋁熱法，2002年專利CN1343794A中提出了V2O3電鋁熱法冶煉FV80工藝方法，其原料由V2O3、鋁粉、鐵粒及石灰構(gòu)成。鋁粉配入量為(104％-108％)，V2O3配入量(1-V2O3中總釩含量)×1.125；鐵粒配入量為(100％-105％)×0.23×0.95×V2O3配入量×V2O3中總釩含量，石灰配入量為使爐渣中CaO含量占9-16％；工藝過程為將V2O3、鋁粉、鐵粒及石灰進行混料，然后放入電爐冶煉，將冶煉出的合金混合物出爐澆注，分離出渣后將合金進行水淬，最后進行砸鐵、破碎、篩分、包裝處理即得成品。
2004年專利CN1343795中提出了V2O3電鋁熱法冶煉FV50工藝方法。采用V2O3、鋁粉、鐵粒及石灰混料后放入電爐冶煉，冶煉出釩的合金混合物出爐分離出爐渣后進行水淬，最后進行砸鐵、破碎、篩分、包裝處理即得成品。
上述兩專利采用電鋁熱法冶煉釩鐵合金，成品釩的收率可達到94.5％，鋁的消耗量低于鋁熱法，釩鐵合金的優(yōu)點是密度高，在鋼中應用時熔化溫度低于氮化釩。
2004年在CN1480548A中提出了“一種釩氮微合金添加劑及制備方法”，2003年CN1422800A專利“一種氮化釩的生產(chǎn)方法”，兩專利都提出了用釩化合物加碳質(zhì)還原劑和粘結(jié)劑混合均勻后壓塊成型，再在通保護氣體的爐中發(fā)生碳化和氮化反應，制取氮化釩。該專利的優(yōu)點在于工藝流程短，相對釩鐵合金后處理制備工序少，產(chǎn)品中釩的收得率高。生產(chǎn)過程成本低于釩鐵合金，該專利的缺點是產(chǎn)品密度低，(一般在2.8-3.3克/立方厘米)，冶煉時鋼液密度高氮化釩加入不方便，氮化釩在鋼中的熔化溫度高于釩鐵合金。
燒結(jié)釩鐵合金兼有釩鐵在煉鋼中使用時熔化溫度低、密度高和氮化釩制備中釩的收得率高的優(yōu)點，而避免了上述兩種產(chǎn)品的缺點，是鋼鐵冶金中一種非常適用的釩元素添加劑。同時解決了傳統(tǒng)釩鐵制備方法中釩的有效收率低、生產(chǎn)過程復雜、成本高、冶煉對環(huán)境污染大的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為克服以上技術(shù)之不足，本發(fā)明的目的在于提供一種低成本的新型燒結(jié)釩鐵合金及制備方法，利用釩的化合物、碳、鐵粉混合壓塊后在冶金爐中同時進行碳熱還原及燒結(jié)反應，一次性獲得燒結(jié)釩鐵合金。
本發(fā)明的技術(shù)主案是這樣實現(xiàn)的燒結(jié)釩鐵合金由釩化合物、碳質(zhì)還原劑、鐵粉原料混合制備而成。
其中各組元原料為釩化合物偏釩酸銨 多聚釩酸銨 五氧化二釩 二氧化釩 三氧化二釩碳質(zhì)還原劑石墨焦煤粉 石墨電極粉 炭黑金屬鐵粉-80目鐵粉取粒度為-80目的釩化合物，按比例配加固態(tài)碳質(zhì)還原劑、鐵粉等，粘結(jié)劑可用纖維素、淀粉、糖漿等制成水溶液按混合料的3-10％加入，將他們充分混合后壓制成塊，成型壓力為800～2000Pa成型后的樣品經(jīng)120-250℃干燥2-4小時后投入冶金爐中反應。冶金爐可用工業(yè)上普通使用的碳管爐、豎爐、推舟式燒結(jié)爐、遂道窯等。混合物料壓塊裝舟后步進式進入通保護氣氛的冶金爐，保護氣氛的流動方向與物料的運動方向相反。氣氛可以是氮氣、分解氨或其它還原性氣氛，氣體流量始終保持冶金爐內(nèi)氣氛壓力高于外壓20-80Pa。
冶金爐必須具有兩段以上獨立控制的加熱區(qū)以完成還原和燒結(jié)反應，還原段的溫度為；900℃～1200℃，燒結(jié)段的溫度為；1250℃～1460℃?；旌衔锪蠅簤K在冶金爐內(nèi)還原和燒結(jié)反應時間；2～18小時。樣品在氣氛保護下，冷卻到250℃以下出爐。
在上述工藝條件下制備的燒結(jié)釩鐵合金的組成為(1)燒結(jié)VFe50釩47％～51％；碳≤0.5％；鐵47％～51％；磷≤0.06％；硫≤0.05％硅≤1.5％ 鋁≤0.05％ 錳≤0.5％
(2)燒結(jié)VFe80釩77％～82％；碳≤0.5％；鐵16％～22％；磷≤0.06％；硫≤0.05％硅≤1.5％ 鋁≤0.05％ 錳≤0.5％本發(fā)明特別意義在于具有以下突出優(yōu)點；本發(fā)明簡化了傳統(tǒng)釩鐵合金的制備工藝過程，節(jié)省掉了鋁合金消耗，使用普通碳質(zhì)原料在常壓下還原和燒結(jié)，大幅度提高勞動生產(chǎn)率，降低了生產(chǎn)能耗，生產(chǎn)成本大幅度降低，燒結(jié)釩鐵合金產(chǎn)品中釩的收得率接近100％，遠高于電鋁熱法冶煉釩鐵合金的收得率。
本發(fā)明避開了污染環(huán)境的冶煉釩鐵合金的復雜生產(chǎn)過程，保護了環(huán)境。
燒結(jié)釩鐵合金產(chǎn)品使用方面兼有釩鐵和氮化釩的優(yōu)點，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、釩的收得率高、硅鋁含量低，在鋼中應用熔點低，產(chǎn)品更具有市場競爭力。
具體實施例方式
本發(fā)明具體實施方式
由以下實施例詳細給出。
實施例1把1000克含釩54.1％的釩氧化物、石墨粉250克、鐵粉142克，加入球磨機粉碎混合，過80目篩網(wǎng)，加入1.5％的纖維素水溶液105毫升混勻壓塊成型，壓制成Φ20*20的壓塊，經(jīng)120℃烘干3小時處理，放入氨氣保護的碳管爐中進行碳熱還原、燒結(jié)反應。第一段溫度1100度，第二段溫度1430度?；旌狭蠅簤K在第二段停留3小時，爐內(nèi)氨氣流量以控制其壓力高于爐外壓力30-60Pa，氨氣露點-40度。反應后在氨氣保護下冷卻至150℃出爐。
得到的燒結(jié)釩鐵合金產(chǎn)品成分V78.31％，F(xiàn)e20.57％，C0.31％，P0.028％，S0.015％。
Si0.93％，Mn0.24％，Al0.05％，其產(chǎn)品密度6.13克/cm3實施例2把含釩54.1％的釩氧化物粉1000克、石墨粉205克、鐵粉563克，混合球磨，過80目篩網(wǎng)，加入120ml含1.5％的纖維素水溶液，混勻壓塊，壓制成φ20*20的料塊，經(jīng)110℃烘干2.5小時后，放入通氮氣的馬弗燒結(jié)爐中溫度在800℃～1380℃下進行碳熱還原及燒結(jié)反應，，在1380℃溫區(qū)保溫時間2小時。隨爐保護冷卻至250℃以下出爐。氮氣流量以保護爐內(nèi)壓力大于爐外壓力30～70Pa，氮氣露點-40度。
獲得的燒結(jié)釩鐵合金成分V48.1％，F(xiàn)e50.96％，C0.19％，P0.0596，S＜0.01％。Si0.84％，Mn0.32％，Al0.05％，其產(chǎn)品密度6.74克/cm3實施例3把1000克含釩64.1％的氧化物粉末、石墨粉167克、鐵粉618克、混合磨細，過80目篩網(wǎng)，加入150ml含1.5％的纖維素溶液，混勻壓塊，壓制成φ20*20的料塊經(jīng)110℃烘干3小時后放入通分解氨氣體保護的燒結(jié)爐中，氨氣露點-40度，第一段溫度1050-1200℃，第二段溫度1300-1410℃。第二段保溫時間4小時。還原性氣體保護下冷卻至200℃下出爐。
獲得的燒結(jié)釩鐵產(chǎn)品成分為V50.13％，C0.81％，F(xiàn)e48.09％，P0.01％，S0.02％。Si0.71％，Mn0.31％，Al0.03％，其產(chǎn)品密度6.81克/cm3。
權(quán)利要求
1.一種燒結(jié)釩鐵合金，其特征在于由釩化合物、碳還原劑及金屬鐵粉為原料制備而成。釩化合物；偏釩酸銨 多聚釩酸銨 五氧化二釩 二氧化釩 三氧化二釩碳質(zhì)還原劑；石墨 焦煤粉 石墨電極粉 炭黑金屬鐵粉-80目鐵粉燒結(jié)釩鐵合金的組成為釩含量47-82％，碳含量≤0.50％，鐵含量17-52％，硅含量≤1.50％，鋁含量≤0.01％，錳含量≤0.50％，硫含量≤0.05％，磷含量≤0.06％。
2.燒結(jié)釩鐵合金的制備方法，是將釩化合物粉末、碳質(zhì)還原劑粉、金屬鐵粉及粘結(jié)劑混合均勻壓制成塊后放入冶金爐中，冶金爐通入保護氣氛加熱到一定的溫度區(qū)間，物料塊在冶金爐中進行還原和燒結(jié)反應，生成燒結(jié)釩鐵合金的制備方法，其特征在于(1)取釩化合物、碳質(zhì)還原劑粉、金屬鐵粉，按比例稱量破碎混合均勻后-80目過篩，加入粘結(jié)劑壓制成形，粘結(jié)劑可用纖維素、糖漿、聚乙烯醇、淀粉等。在成型壓力800～3000Pa下壓制成壓塊，壓塊經(jīng)100-250℃干燥后投入反應爐中。(2)混合物料壓塊裝舟后步進式進入通保護氣氛的冶金爐。(3)冶金爐通入的保護氣氛可以是氮氣、分解氨氣或還原氣氛，氣氛流量始終保持冶金爐內(nèi)氣氛壓力高于爐外氣壓，氣氛露點低于-40℃，保護氣氛的流動方向與物料的運動方向相反。(4)冶金爐必需有二段以上獨立加熱區(qū)以完成還原和燒結(jié)反應，還原段的溫度為900℃-1200℃、燒結(jié)段的溫度為1250℃-1440℃?；旌衔锪蠅簤K在冶金爐內(nèi)反應時間2-18小時。(5)冶金爐可用通保護氣氛的碳管爐、推舟式燒結(jié)爐、豎爐和推板窯等。
3.據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)釩鐵合金的制備方法，燒結(jié)釩鐵合金成份組成為釩含量為77％～82％；鐵含量17％～23％；碳含量≤0.50％；硅含量≤1.50％，鋁含量≤0.01％，錳含量≤0.50％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)釩鐵合金的制備方法，燒結(jié)釩鐵合金成份組成為釩含量為47％～51％；鐵含量48％～53％；碳含量≤0.50％；硅含量≤1.50％，鋁含量≤0.01％，錳含量≤0.5％。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燒結(jié)釩鐵合金的制備方法，混合物料壓塊在冶金爐內(nèi)反應生成燒結(jié)釩鐵合金后在保護氣氛中冷卻到250℃以下出爐。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燒結(jié)釩鐵合金的制備方法，其特征在于冶金爐通入的保護氣氛可以是氮氣、分解氨氣體或還原氣氛，爐內(nèi)壓力高于爐外壓的20--80Pa。
全文摘要
本發(fā)明屬于鐵合金制備技術(shù)領域，其原料由粉末狀釩化合物、碳質(zhì)還原劑、鐵粉混合組成，加入粘結(jié)劑壓塊烘干后放入通保護氣氛的冶金爐中進行碳熱還原及燒結(jié)反應，碳熱還原段的溫度為800℃－1200℃，燒結(jié)段的溫度為1250℃－1440℃，混合物料壓塊在冶金爐內(nèi)總反應時間2－12小時。得到高密度的燒結(jié)釩鐵合金。燒結(jié)釩鐵合金的組成特征是含釩47－82％，碳含量≤0.50％，鐵含量17－52％，硅含量≤1.50％，鋁含量≤0.01％，錳含量≤0.50％，硫含量≤0.05％，磷含量≤0.06％。
文檔編號C22C1/04GK1847432SQ20051002069
公開日2006年10月18日 申請日期2005年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月12日
發(fā)明者陳東紅, 蘇華 申請人:陳東紅