专利名称：烧结钒铁合金及制取方法
技术领域：
本发明属于铁合金制备技术领域，特别涉及一种制备烧结钒铁合金的方法。
背景技术：
钒的主要用途是作为冶炼合金钢的合金添加元素，大量含钒钢的工业规模应用数据表明钒铁合金的使用，可以有效强化合金钢和细化合金钢晶粒。
炼钢应用时钒元素的加入方法通常有1)添加钒铁合金；2)添加氮化钒；3)使用氮化钒铁；方法1)添加钒铁合金是普遍采用的方法；方法2)的不足之处在于氮化钒密度低易浮在钢液表面，钒的有效收率低且熔化温度高于钒铁，冶炼时炉后加入不易；方法3)虽然氮化钒铁炼钢应用时钒的有效收率较高，但氮化钒铁制备时钒的有效收率较低，要先生产钒铁再破碎、压块、真空固态渗氮得到氮化钒铁，制备工序长而且复杂，生产成本高，难于推广。
钒铁合金的制造方法通常有1)碳热法，成本低，但产品含碳高，许多钢种无法使用；2)硅热法，虽成本低，但难以生产高品位钒铁合金。
3)铝热法，铝热法主要用V2O5、铝粉及氧化铁发生铝热反应制取钒铁合金，但存在反应发热量过大，工艺复杂、耗铝多、成本较高的缺陷。
4)电铝热法，2002年专利CN1343794A中提出了V2O3电铝热法冶炼FV80工艺方法，其原料由V2O3、铝粉、铁粒及石灰构成。铝粉配入量为(104％-108％)，V2O3配入量(1-V2O3中总钒含量)×1.125；铁粒配入量为(100％-105％)×0.23×0.95×V2O3配入量×V2O3中总钒含量，石灰配入量为使炉渣中CaO含量占9-16％；工艺过程为将V2O3、铝粉、铁粒及石灰进行混料，然后放入电炉冶炼，将冶炼出的合金混合物出炉浇注，分离出渣后将合金进行水淬，最后进行砸铁、破碎、筛分、包装处理即得成品。
2004年专利CN1343795中提出了V2O3电铝热法冶炼FV50工艺方法。采用V2O3、铝粉、铁粒及石灰混料后放入电炉冶炼，冶炼出钒的合金混合物出炉分离出炉渣后进行水淬，最后进行砸铁、破碎、筛分、包装处理即得成品。
上述两专利采用电铝热法冶炼钒铁合金，成品钒的收率可达到94.5％，铝的消耗量低于铝热法，钒铁合金的优点是密度高，在钢中应用时熔化温度低于氮化钒。
2004年在CN1480548A中提出了“一种钒氮微合金添加剂及制备方法”，2003年CN1422800A专利“一种氮化钒的生产方法”，两专利都提出了用钒化合物加碳质还原剂和粘结剂混合均匀后压块成型，再在通保护气体的炉中发生碳化和氮化反应，制取氮化钒。该专利的优点在于工艺流程短，相对钒铁合金后处理制备工序少，产品中钒的收得率高。生产过程成本低于钒铁合金，该专利的缺点是产品密度低，(一般在2.8-3.3克/立方厘米)，冶炼时钢液密度高氮化钒加入不方便，氮化钒在钢中的熔化温度高于钒铁合金。
烧结钒铁合金兼有钒铁在炼钢中使用时熔化温度低、密度高和氮化钒制备中钒的收得率高的优点，而避免了上述两种产品的缺点，是钢铁冶金中一种非常适用的钒元素添加剂。同时解决了传统钒铁制备方法中钒的有效收率低、生产过程复杂、成本高、冶炼对环境污染大的问题。
发明内容
为克服以上技术之不足，本发明的目的在于提供一种低成本的新型烧结钒铁合金及制备方法，利用钒的化合物、碳、铁粉混合压块后在冶金炉中同时进行碳热还原及烧结反应，一次性获得烧结钒铁合金。
本发明的技术主案是这样实现的烧结钒铁合金由钒化合物、碳质还原剂、铁粉原料混合制备而成。
其中各组元原料为钒化合物偏钒酸铵 多聚钒酸铵 五氧化二钒 二氧化钒 三氧化二钒碳质还原剂石墨焦煤粉 石墨电极粉 炭黑金属铁粉-80目铁粉取粒度为-80目的钒化合物，按比例配加固态碳质还原剂、铁粉等，粘结剂可用纤维素、淀粉、糖浆等制成水溶液按混合料的3-10％加入，将他们充分混合后压制成块，成型压力为800～2000Pa成型后的样品经120-250℃干燥2-4小时后投入冶金炉中反应。冶金炉可用工业上普通使用的碳管炉、竖炉、推舟式烧结炉、遂道窑等。混合物料压块装舟后步进式进入通保护气氛的冶金炉，保护气氛的流动方向与物料的运动方向相反。气氛可以是氮气、分解氨或其它还原性气氛，气体流量始终保持冶金炉内气氛压力高于外压20-80Pa。
冶金炉必须具有两段以上独立控制的加热区以完成还原和烧结反应，还原段的温度为；900℃～1200℃，烧结段的温度为；1250℃～1460℃。混合物料压块在冶金炉内还原和烧结反应时间；2～18小时。样品在气氛保护下，冷却到250℃以下出炉。
在上述工艺条件下制备的烧结钒铁合金的组成为(1)烧结VFe50钒47％～51％；碳≤0.5％；铁47％～51％；磷≤0.06％；硫≤0.05％硅≤1.5％ 铝≤0.05％ 锰≤0.5％
(2)烧结VFe80钒77％～82％；碳≤0.5％；铁16％～22％；磷≤0.06％；硫≤0.05％硅≤1.5％ 铝≤0.05％ 锰≤0.5％本发明特别意义在于具有以下突出优点；本发明简化了传统钒铁合金的制备工艺过程，节省掉了铝合金消耗，使用普通碳质原料在常压下还原和烧结，大幅度提高劳动生产率，降低了生产能耗，生产成本大幅度降低，烧结钒铁合金产品中钒的收得率接近100％，远高于电铝热法冶炼钒铁合金的收得率。
本发明避开了污染环境的冶炼钒铁合金的复杂生产过程，保护了环境。
烧结钒铁合金产品使用方面兼有钒铁和氮化钒的优点，产品质量稳定、钒的收得率高、硅铝含量低，在钢中应用熔点低，产品更具有市场竞争力。
具体实施例方式
本发明具体实施方式
由以下实施例详细给出。
实施例1把1000克含钒54.1％的钒氧化物、石墨粉250克、铁粉142克，加入球磨机粉碎混合，过80目筛网，加入1.5％的纤维素水溶液105毫升混匀压块成型，压制成Φ20*20的压块，经120℃烘干3小时处理，放入氨气保护的碳管炉中进行碳热还原、烧结反应。第一段温度1100度，第二段温度1430度。混合料压块在第二段停留3小时，炉内氨气流量以控制其压力高于炉外压力30-60Pa，氨气露点-40度。反应后在氨气保护下冷却至150℃出炉。
得到的烧结钒铁合金产品成分V78.31％，Fe20.57％，C0.31％，P0.028％，S0.015％。
Si0.93％，Mn0.24％，Al0.05％，其产品密度6.13克/cm3实施例2把含钒54.1％的钒氧化物粉1000克、石墨粉205克、铁粉563克，混合球磨，过80目筛网，加入120ml含1.5％的纤维素水溶液，混匀压块，压制成φ20*20的料块，经110℃烘干2.5小时后，放入通氮气的马弗烧结炉中温度在800℃～1380℃下进行碳热还原及烧结反应，，在1380℃温区保温时间2小时。随炉保护冷却至250℃以下出炉。氮气流量以保护炉内压力大于炉外压力30～70Pa，氮气露点-40度。
获得的烧结钒铁合金成分V48.1％，Fe50.96％，C0.19％，P0.0596，S＜0.01％。Si0.84％，Mn0.32％，Al0.05％，其产品密度6.74克/cm3实施例3把1000克含钒64.1％的氧化物粉末、石墨粉167克、铁粉618克、混合磨细，过80目筛网，加入150ml含1.5％的纤维素溶液，混匀压块，压制成φ20*20的料块经110℃烘干3小时后放入通分解氨气体保护的烧结炉中，氨气露点-40度，第一段温度1050-1200℃，第二段温度1300-1410℃。第二段保温时间4小时。还原性气体保护下冷却至200℃下出炉。
获得的烧结钒铁产品成分为V50.13％，C0.81％，Fe48.09％，P0.01％，S0.02％。Si0.71％，Mn0.31％，Al0.03％，其产品密度6.81克/cm3。
权利要求
1.一种烧结钒铁合金，其特征在于由钒化合物、碳还原剂及金属铁粉为原料制备而成。钒化合物；偏钒酸铵 多聚钒酸铵 五氧化二钒 二氧化钒 三氧化二钒碳质还原剂；石墨 焦煤粉 石墨电极粉 炭黑金属铁粉-80目铁粉烧结钒铁合金的组成为钒含量47-82％，碳含量≤0.50％，铁含量17-52％，硅含量≤1.50％，铝含量≤0.01％，锰含量≤0.50％，硫含量≤0.05％，磷含量≤0.06％。
2.烧结钒铁合金的制备方法，是将钒化合物粉末、碳质还原剂粉、金属铁粉及粘结剂混合均匀压制成块后放入冶金炉中，冶金炉通入保护气氛加热到一定的温度区间，物料块在冶金炉中进行还原和烧结反应，生成烧结钒铁合金的制备方法，其特征在于(1)取钒化合物、碳质还原剂粉、金属铁粉，按比例称量破碎混合均匀后-80目过筛，加入粘结剂压制成形，粘结剂可用纤维素、糖浆、聚乙烯醇、淀粉等。在成型压力800～3000Pa下压制成压块，压块经100-250℃干燥后投入反应炉中。(2)混合物料压块装舟后步进式进入通保护气氛的冶金炉。(3)冶金炉通入的保护气氛可以是氮气、分解氨气或还原气氛，气氛流量始终保持冶金炉内气氛压力高于炉外气压，气氛露点低于-40℃，保护气氛的流动方向与物料的运动方向相反。(4)冶金炉必需有二段以上独立加热区以完成还原和烧结反应，还原段的温度为900℃-1200℃、烧结段的温度为1250℃-1440℃。混合物料压块在冶金炉内反应时间2-18小时。(5)冶金炉可用通保护气氛的碳管炉、推舟式烧结炉、竖炉和推板窑等。
3.据权利要求1所述的烧结钒铁合金的制备方法，烧结钒铁合金成份组成为钒含量为77％～82％；铁含量17％～23％；碳含量≤0.50％；硅含量≤1.50％，铝含量≤0.01％，锰含量≤0.50％。
4.根据权利要求1所述的烧结钒铁合金的制备方法，烧结钒铁合金成份组成为钒含量为47％～51％；铁含量48％～53％；碳含量≤0.50％；硅含量≤1.50％，铝含量≤0.01％，锰含量≤0.5％。
5.根据权利要求2所述的烧结钒铁合金的制备方法，混合物料压块在冶金炉内反应生成烧结钒铁合金后在保护气氛中冷却到250℃以下出炉。
6.根据权利要求2所述的烧结钒铁合金的制备方法，其特征在于冶金炉通入的保护气氛可以是氮气、分解氨气体或还原气氛，炉内压力高于炉外压的20--80Pa。
全文摘要
本发明属于铁合金制备技术领域，其原料由粉末状钒化合物、碳质还原剂、铁粉混合组成，加入粘结剂压块烘干后放入通保护气氛的冶金炉中进行碳热还原及烧结反应，碳热还原段的温度为800℃－1200℃，烧结段的温度为1250℃－1440℃，混合物料压块在冶金炉内总反应时间2－12小时。得到高密度的烧结钒铁合金。烧结钒铁合金的组成特征是含钒47－82％，碳含量≤0.50％，铁含量17－52％，硅含量≤1.50％，铝含量≤0.01％，锰含量≤0.50％，硫含量≤0.05％，磷含量≤0.06％。
文档编号C22C1/04GK1847432SQ20051002069
公开日2006年10月18日 申请日期2005年4月12日 优先权日2005年4月12日
发明者陈东红, 苏华 申请人:陈东红