專利名稱：一種制備σ相FeV50的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金領(lǐng)域，具體涉及一種σ相FeV50的制備方法。
背景技術(shù)：
釩鐵作為一種常見的合金添加劑，具有比較成熟的生產(chǎn)工藝，常用的主要有鋁熱 法和硅熱法兩種，各有優(yōu)劣，硅熱法釩的回收率很高，可達98 %以上，但產(chǎn)品含碳的質(zhì)量分 數(shù)一般難于降到0. 2-0. 3%以下，并且難于冶煉高釩鐵。鋁熱法冶煉周期短，產(chǎn)品雜質(zhì)含量 低，但釩的回收率比硅熱法要低，最高僅為95%。目前國外絕大部分釩鐵廠家，如俄羅斯下 塔吉爾鋼鐵聯(lián)合公司，德國GfE電冶金公司，奧地利的特雷巴赫公司以及國內(nèi)的攀鋼均采 用電鋁熱法冶煉；國內(nèi)的其他廠家大多采用電硅熱法。目前，釩鐵冶煉的專利都聚焦在原料和還原劑的選擇以及如何有效地提高釩的回 收率上。中國專利申請CN101100720A中公開了將釩酸鈣、鋁粉、鐵質(zhì)料按一定重量配比冶 煉得到釩鐵釩酸鈣100份，鋁粉23 28份，鐵質(zhì)料23 27份；其中，所述的釩酸鈣為 偏釩酸鈣、焦釩酸鈣、正釩酸鈣中的至少一種，其含釩品位為24% 43%。中國專利申請CN101265545A提供一種電硅熱法冶煉中釩鐵的方法。該發(fā)明采用 氧化釩電硅熱法，以硅鋁鐵合金、氧化釩、鐵和石灰為原料，所述的硅鋁鐵合金的化學(xué)成分 按重量配比為Si :50% 55%，Al :20% 25%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，將硅鋁鐵 合金直接與氧化釩、石灰和鐵粒等混勻后入爐。中國專利申請CN101148733A公開了一種釩鐵噴粉精煉工藝，主要步驟為在電鋁 熱法冶煉釩鐵過程中，當(dāng)爐料充分完成鋁熱反應(yīng)，熔渣與合金實現(xiàn)分離后，停止電極加熱， 隨即向熔渣層插入噴槍并噴吹還原粉料，同時旋轉(zhuǎn)爐體，還原粉料在噴吹氣流沖擊和爐體 旋轉(zhuǎn)攪拌雙重作用下與熔渣充分混和，然后再插入電極繼續(xù)加熱熔煉20 25分鐘，讓熔渣 中殘留的釩進一步還原生成釩鐵。以實現(xiàn)提高釩鐵冶煉的釩回收率，降低生產(chǎn)成本。FeV50按物相結(jié)構(gòu)可分為α相和σ相兩種，其中α相是一種置換固溶體，具有比 較綿軟的特性，壓潰強度一般高于750MPa，難于破碎制樣，為了達到用戶要求的粒度，在破 碎時通常要產(chǎn)生大量無法使用的細(xì)粉，從而造成部分釩的損失。不同于釩鐵固溶體，σ相 FeV50是一種金屬間化合物，具有明顯的硬而脆的物理特性，易于破碎并且產(chǎn)生的細(xì)粉相對 較少，對于延長破碎設(shè)備的使用壽命以及提高釩的收率和利用率具有重要意義。本領(lǐng)域公 開的技術(shù)主要著重于釩鐵的冶煉過程，主要產(chǎn)物為α相FeV50。而以金屬間化合物σ相 FeV50為目標(biāo)合金的冶煉方法，則未見報導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種制備表觀質(zhì)量好并且易破碎的σ相FeV50 的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為提供一種制備σ相FeV50的方法。該方法是將原料氧化釩、
3鋁、鐵、石灰混勻后入爐，采用電鋁熱法在電弧爐中冶煉得到；其中a.配料時在原料中配入過量的鋁以還原氧化釩，待爐料熔清，爐渣貧化至含釩較 低時，除貧渣；b、將適量的氧化釩加入到出渣后的合金液中脫去過量的鋁，當(dāng)合金液的溫度和鋁 含量達到要求時，出爐澆鑄，冷卻后得到的產(chǎn)品即為σ相FeV50。其中，上述方法中所述氧化釩為V2O3或V2O5中的至少一種。其中，上述方法中所述原料的品位要求為V203 TV > 62% ;C < 0. 05% ；S < 0. 06%, V2O5 V2O5 >97.5% ；鋁為鋁粉，含鋁> 98%，粒度< 5mm;鐵為鐵屑，F(xiàn)e > 99%, C< 0. 1% ；石灰CaO > 90% ；所有原料中的Si < 1. 5% ；所述百分比均為質(zhì)量百分比。其中，原料中鋁需過量，為理論計算值的1. 1 1. 3倍。計算理論值的化學(xué)反應(yīng)方 程式:V203+2A1 = 2V+A1203 與 3V205+10A1 = 6V+5A1203。其中，原料嚴(yán)格按照上述化學(xué)反應(yīng)的理論計算值和造渣的需要進行配比，在滿足 上述的要求后，相互之間的配比關(guān)系可采用本領(lǐng)域生產(chǎn)FeV50常規(guī)的用量。一般來說，V2O3 占原料總重量的30 45%,V2O5占原料總重量的0 15%，鋁占原料總重量的20 24%， 鐵占原料總重量的22 26%，石灰占原料總重量的4 15%。將原料其混勻后入標(biāo)準(zhǔn)電 弧爐。其中，上述方法中當(dāng)渣貧化至含釩1. 0%以下的貧渣時，通過傾翻的方式除去 90%以上的貧渣。其中，上述方法出爐澆鑄時，合金液溫度應(yīng)為1700 1900°C。其中，上述方法出爐澆鑄時，合金中鋁質(zhì)量含量應(yīng)低于0.8%。經(jīng)本發(fā)明的研究表明，合金中的鋁含量對FeV50的物相轉(zhuǎn)變具有重要影響，當(dāng)鋁 含量高于0.8%，只能得到固溶體，S卩α相FeV50;為了保證鋁含量在低于0.8%的同時不 降低釩的收率，配鋁量為理論值的1. 1 1.3倍，冶煉過程也主要分為兩個步驟首先是 出渣，當(dāng)爐渣中的釩降到1.0%以下時，通過傾翻的方式除去90%以上的貧渣，以保證后續(xù) 脫鋁步驟的順行；出渣后快速分析合金液中的鋁含量，按照氧化釩與鋁反應(yīng)的理論計算值 加入氧化釩。當(dāng)合金液中的鋁含量低于0.8%，且溫度為1700 1900°C時，出爐澆鑄。由 于FeV50的熔點在1500°C左右，渣的液相存在溫度在1700°C以上，將合金液出爐溫度定為 1700 1900°C既能夠保證澆鑄過程的順暢，又能保證在錠模中合金和渣的良好分離。其中 電爐的電壓數(shù)值和通電時間等中間參數(shù)可采用現(xiàn)有冶煉FeV50方法的一般條件；也可以采 用的工藝為原料加入后采用二次電壓190V通電引弧，爐料化清后二次電壓選用135V，通電 30min后，快速分析渣中殘釩含量，除去貧渣后，繼續(xù)通電冶煉，其二次電壓135V，但是一定 要注意快速分析檢測合金液及渣中的需控制的成分的含量。通過本發(fā)明方法得到的產(chǎn)品即 為σ相FeV50，其結(jié)晶致密，斷面呈銀灰色，破碎性能良好，壓潰強度在510MPa以下。本發(fā)明方法的有益效果在于，相比于現(xiàn)有工藝，本方法冶煉的過程控制能力 加強，可隨時根據(jù)合金液的成分變動添加冶煉的輔助原料，保證產(chǎn)品質(zhì)量完全符合GB/ T4139-2004釩鐵國標(biāo)中的A級品標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明方法制備的σ相FeV50由于壓潰強度在 510MPa以下，具有硬而脆的特性，破碎過程中產(chǎn)生的釩鐵細(xì)粉量將大幅減少，從而可以提高 釩鐵合金的成品率，減少細(xì)粉重熔帶來的釩損失。同時由于在冶煉階段用過量鋁還原氧化 釩，最大程度將釩還原出來，使渣中殘釩降低到1.0%以下，整體釩收率可提高1個百分點
4以上，具有很好的應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明方法生產(chǎn)的FeV50的XRD(X射線衍射)檢測結(jié)果，結(jié)果表明其物相 為σ相FeV。
具體實施例方式下面通過實施例結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的描述。實施例一使用本發(fā)明方法制備σ相FeV50原料準(zhǔn)備符合本發(fā)明上述品位要求的片釩(V2O5) 250kg、V2O3 1200kg,配鋁 650kg，鐵屑770kg，石灰240kg。將料混合均勻后加入爐內(nèi)，二次電壓190V通電引弧，爐料化 清后二次電壓選用135V，通電60min后，快速分析渣中殘釩為0. 7%，除去貧渣，繼續(xù)通電， 二次電壓135V，取合金樣快速分析Al含量為1.2%，此時加入50kg片釩脫鋁，5min后再次 取合金樣分析，鋁含量為0. 78%，爐溫1750°C時出爐澆鑄，得到的釩鐵含釩50. 6%，釩回收 率97. 3%，全部為σ相，易于破碎，壓潰強度為505MPa。壓潰強度的檢測方法取釩鐵合金塊，切割成邊長為IOmm的立方體試樣，在 WEW-600液壓萬能材料試驗機上，測出試樣壓碎時的最大力，重復(fù)以上操作5次，求平均值， 然后換算成壓潰強度。實施例二使用本發(fā)明方法制備σ相FeV50原料準(zhǔn)備符合本發(fā)明上述品位要求的片釩(V2O5) 250kg、V203 800kg,配鋁480kg， 鐵屑560kg，石灰100kg。將料混合均勻后加入爐內(nèi)，二次電壓190V通電引弧，爐料化清后 二次電壓選用135V，通電35min后，快速分析渣中殘釩為0. 9%，除去貧渣，繼續(xù)通電，二次 電壓135V，取合金樣快速分析Al含量為1.6%，此時加入30kg片釩脫鋁，5min后再次取 合金樣分析，鋁含量為0. 46%，爐溫1830°C時出爐澆鑄，得到的釩鐵含釩50. 8%，釩回收率 96.9%，全部為σ相，易于破碎，壓潰強度為390MPa。實施例三使用本發(fā)明方法制備σ相FeV50原料準(zhǔn)備符合本發(fā)明上述品位要求的片釩(V2O5) 300kg、V203 800kg,配鋁520kg， 鐵屑580kg，石灰120kg。將料混合均勻后加入爐內(nèi)，二次電壓190V通電引弧，爐料化清后 二次電壓選用135V，通電30min后，快速分析渣中殘釩為0. 8%，除去貧渣，繼續(xù)通電，二次 電壓135V，取合金樣快速分析Al含量為1. 1%，此時加入50kg片釩脫鋁，5min后再次取 合金樣分析，鋁含量為0. 66%，爐溫1810°C時出爐澆鑄，得到的釩鐵含釩50. 5%，釩回收率 97.0%，全部為σ相，易于破碎，壓潰強度為499MPa。實施例四使用本發(fā)明方法制備σ相FeV50原料準(zhǔn)備符合本發(fā)明上述品位要求的V2O3 800kg，配鋁440kg，鐵屑450kg，石 灰200kg。將料混合均勻后加入爐內(nèi)，二次電壓190V通電引弧，爐料化清后二次電壓選用 135V，通電40min后，快速分析渣中殘釩為0. 5%，除去貧渣，繼續(xù)通電，二次電壓135V，取合 金樣快速分析Al含量為1.8%，此時加入60kg片釩脫鋁，5min后再次取合金樣分析，鋁含 量為0. 32%，爐溫1770°C時出爐澆鑄，得到的釩鐵含釩50. 2%，釩回收率97. 5%，全部為ο 相，易于破碎，壓潰強度為470MPa。
權(quán)利要求
一種σ相FeV50的制備方法，是將原料氧化釩、鋁、鐵、石灰混勻后入爐，采用電鋁熱法在電弧爐中冶煉得到，其特征在于a.配料時在原料中配入過量的鋁以還原氧化釩，待爐料熔清，爐渣貧化至含釩較低時，除貧渣；b.將適量的氧化釩加入到出渣后的合金液中脫去過量的鋁，當(dāng)合金液的溫度和鋁含量達到要求時，出爐澆鑄，冷卻后得到的產(chǎn)品即為σ相FeV50。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的σ相FeV50制備方法，其特征在于所述氧化釩為V2O3或 V2O5中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的σ相FeV50制備方法，其特征在于原料品位要求V2O3TV > 62%;C < 0. 05%;S < 0. 06%,V2O5 V2O5 > 97. 5%;鋁為鋁粉，含鋁> 98%，粒度< 5mm ； 鐵為鐵屑，F(xiàn)e > 99%, C < 0. 1% ；石灰CaO > 90% ；所有原料中的Si < 1. 5% ；所述百分 比均為質(zhì)量百分比。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的σ相FeV50制備方法，其特征在于配料中的鋁是過量的， 為理論計算值的1.1 1.3倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的σ相FeV50制備方法，其特征在于當(dāng)渣貧化至含釩1.0% 以下，通過傾翻的方式除去90%以上的貧渣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的σ相FeV50制備方法，其特征在于出爐澆鑄時，合金液溫 度 1700 1900°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的σ相FeV50制備方法，其特征在于出爐澆鑄時，合金中鋁質(zhì)量含量低于0.8%。
全文摘要
本發(fā)明屬于冶金領(lǐng)域，涉及一種制備σ相FeV50的方法。本發(fā)明的要解決的技術(shù)問題是于提供一種表觀質(zhì)量好并且易破碎的σ相FeV50的制備方法。采用的技術(shù)方案是將原料氧化釩、鋁、鐵、石灰混勻后入爐，采用電鋁熱法在電弧爐中冶煉得到，其中a.配料時在原料中配入過量的鋁以還原氧化釩，待爐料熔清，爐渣貧化至含釩較低時，除貧渣；b.將適量的氧化釩加入到出渣后的合金液中脫去過量的鋁，當(dāng)合金液的溫度和鋁含量達到要求時，出爐澆鑄，冷卻后得到的產(chǎn)品即為σ相FeV50。該工藝生產(chǎn)的σ相FeV50壓潰強度在510MPa以下，能在釩鐵的破碎、制樣以及使用過程中，帶給釩鐵制造廠家和消費者便利。
文檔編號C22C33/04GK101962727SQ20101054168
公開日2011年2月2日 申請日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月12日
發(fā)明者劉豐強, 孫朝暉, 孟偉巍, 王永剛, 鄧孝伯, 陳海軍, 鮮勇 申請人:攀鋼集團鋼鐵釩鈦股份有限公司;攀鋼集團研究院有限公司;攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司;攀鋼集團攀枝花鋼釩有限公司