一种铁钒合金的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种铁钒合金的制备方法，属于耐高温合金材料制造技术领域。本发明专利技术的铁钒合金的制备方法，包括以下步骤：将生球在真空条件下进行熔炼，得到金渣复合熔体，然后从金渣复合熔体中分离出铁钒合金熔体进行浇铸，或将金渣复合熔体冷却后破真空、金渣分离，即得；所述生球主要由钒渣、赤泥、碳还原剂以及有机粘结剂组成。本发明专利技术不仅实现了钒渣和赤泥中铁、钒元素的回收，而且碱土金属氧化物能够在熔炼时调节炉渣碱度，同时氧化锰和氧化铬能够提供锰和铬元素，提高铁钒合金性能，实现将工业废料转化为高应用价值的合金材料，有利于保护环境、节约资源、降低成本，具有较高的工业推广前景。广前景。

【技术实现步骤摘要】
一种铁钒合金的制备方法


[0001]本专利技术属于耐高温合金材料制造
，具体地，涉及一种铁钒合金的制备方法。

技术介绍

[0002]钒钛磁铁矿广泛分布于俄罗斯、南非、澳大利亚、中国、芬兰等国，经高炉炼铁、转炉炼钢后会产生钒渣。钒渣中以可溶的毒性Cr
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、V
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等对人体健康危害最大，如果直接堆放，不仅占用场地，而且需要浇筑200mm厚混凝土的排渣场，否则会严重影响周围的生态环境。在堆存期间仍需要对排渣场进行定期维护，防止废水的外排和山体滑坡，长期消耗的治理费用庞大。
[0003]赤泥是氧化铝生产过程中排放的废弃物，其产量是氧化铝的1～1.5倍左右，目前也均为露天堆存。赤泥中含有大量的有价金属元素，如铁、钛、铝、钒等，这些有用组分因得不到回收利用而造成了严重的资源浪费。
[0004]赤泥中的铁含量较高时可作为一种潜在的铁矿资源加以利用。对钒渣和赤泥进行综合利用，不仅可以避免环境污染，减少企业堆存治理成本，而且可以回收其中的有价金属，避免资源浪费，为企业增加经济效益。
[0005]钒被称为“现代工业的味精”，是重要的国家战略物资，广泛应用于钢铁工业、化学工业、航空航天工业、轻纺工业和医学等领域。铁钒合金因具有较高的高温强度、良好的抗氧化和抗腐蚀性能、良好的疲劳性能等综合性能而被广泛应用于各种高温部件。现有技术中，申请公布号为CN106381384A的专利技术专利申请公开了一种真空还原制备铁钒的方法，采用钒的氧化物、碳质还原剂和铁源作为原料，混匀后造球进行熔炼制备。该技术并不涉及对钒渣和赤泥的回收利用，在原料方面仍然需要花费较高的成本。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种铁钒合金的制备方法，能够将钒渣和赤泥作为原料进行生产，实现了工业废料中资源的回收利用，有利于降低成本。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术所采用技术方案为：
[0008]一种铁钒合金的制备方法，包括以下步骤：将生球在真空条件下进行熔炼，得到金渣复合熔体，然后从金渣复合熔体中分离出铁钒合金熔体进行浇铸，或将金渣复合熔体冷却后破真空、金渣分离，即得；所述生球主要由钒渣、赤泥、碳还原剂以及有机粘结剂组成。
[0009]本专利技术将钒渣和赤泥作为主要原料，在真空条件下进行熔炼制备铁钒合金。该方法不仅实现了钒渣和赤泥中铁、钒元素的回收利用，而且钒渣和赤泥中含有的碱土金属氧化物能够在熔炼时调节炉渣碱度，使炉渣与合金能够更好的分离，保证合金质量，同时钒渣中存在的氧化锰和氧化铬能够提供锰和铬元素，从而提高铁钒合金的抗氧化和耐腐蚀性能。本专利技术的制备方法将工业废料转化为高应用价值的合金材料，有利于保护环境、节约资源、降低成本，具有较高的工业推广前景。
[0010]本专利技术中钒渣指的是含钒铁水在提钒过程中经氧化吹炼得到的或含钒铁精矿经湿法提钒得到的含有氧化钒的渣子，还含有氧化锰和氧化铬。
[0011]优选地，所述钒渣为钒钛磁铁矿经高炉炼铁和转炉炼钢后产生的转炉钒渣。转炉钒渣的氧化锰和氧化铬含量较高，能够保证铁钒合金中Mn元素和Cr元素的含量，同时还能够提供一定的氧化钙和氧化镁，辅助起到造渣作用。
[0012]进一步地，所述转炉钒渣主要由以下重量百分比的组分组成：FeO 35～40％、V2O
3 15～20％、Cr2O
3 2～5％、MgO 1～3％、CaO 1～3％、MnO 5～10％、SiO
2 10～15％和TiO
2 10～15％。该转炉钒渣中含有重量百分比为35～40％的FeO和15～20％的V2O3，铁钒资源含量丰富，形成铁钒合金基体；同时还含有重量百分比为2～5％的Cr2O3和5～10％的MnO，提供铬和锰元素，固溶在合金基体中起到强化合金力学性能和提高抗氧化性的作用。
[0013]优选地，所述赤泥为拜耳法赤泥。拜耳法赤泥的Fe2O3含量较高，可以作为稳定的铁源。并且拜耳法赤泥还有含量较多的CaO和MgO，在熔炼过程中可以作为造渣剂，改善炉渣碱度，从而无需或减少造渣剂的额外添加。此外，传统熔炼过程中由于作为造渣剂的碱土金属氧化物的密度较低，在添加时往往还需要搅拌等辅助措施使造渣剂与熔体混合均匀。而本专利技术的造渣剂是原料本身固有的成分，在熔炼时分布均匀，无需搅拌措施也能够发挥较好的造渣作用，使合金与渣更好的分离，有利于简化工艺、节约成本。
[0014]进一步地，所述拜耳法赤泥主要由以下重量百分比的组分组成：SiO
2 15～20％、Fe2O
3 25～28％、Al2O
3 20～24％、MgO 1～2％、CaO 15～20％、Na2O 5～8％和K2O 1～3％。该拜耳法赤泥中的Fe2O3含量丰富，并且MgO和较高含量的CaO共同作为造渣剂起到造渣作用。
[0015]优选地，所述生球还包括氧化钙颗粒；所述生球中，碱土金属氧化物与SiO2的质量比为0.8～1:1。通过额外添加氧化钙颗粒作为造渣剂，控制生球中碱土金属氧化物与SiO2的比例，可以保证渣和合金更加迅速彻底的分离，提高铁钒合金的生产速度、金属回收率和成品质量。
[0016]优选地，所述生球中，碱土金属氧化物与SiO2的质量比为0.81～0.91:1。
[0017]优选地，所述碳还原剂为焦粉、木炭、烟煤中的至少一种。
[0018]进一步地，为了更好的发挥还原作用，所述焦粉的固定碳含量高于82％，例如固定碳含量在82.86～83.96％之间。
[0019]优选地，所述生球中钒渣、拜耳法赤泥和碳还原剂的重量比为40～45：35～40：20～30。通过优化拜耳法赤泥和转炉钒渣的比例，可以控制铁钒合金中钒的比例在12～20％，使得合金成品具有优异的耐高温性能和耐磨性能，在600℃下具有良好的力学性能，屈服强度在212MPa以上，低载荷(19.6N)下磨损率在2.09mg/m以下。同时配合该材料良好的抗氧化、抗腐蚀性能，可以广泛应用于轧辊、球磨机衬板和转子体等多种耐磨材料中。
[0020]进一步地，所述生球中钒渣、拜耳法赤泥和碳还原剂的重量比为40～44：35～38：20～25。
[0021]优选地，所述熔炼的温度为1550～1600℃，时间为2.5～3.5h。本专利技术在熔炼时碳还原剂与部分原料发生碳热还原反应，FeO、Fe2O3、V2O3等成分被还原成液态金属，而A12O3、CaO、SiO2、TiO2、Na2O、MgO等成分不能被还原进入渣中。在熔炼过程中，本专利技术的原料焙烧过程中形成的硅酸盐、氧化物在高温下被还原剂CO还原的原理如下式所示：
[0022][0023]本专利技术熔炼后得到的金渣复合熔体指的是液态金属与炉渣液固状态共存形成的混合体系；金渣复合熔体中液态金属位于下方，炉渣位于上方。
[0024]优选地，所述熔炼的温度为1590～1600℃，时间为2.8～3.3h。
[0025]进一步地，升温至熔炼温度的速率为2～3℃/min。
[0026]优选地，所述真空条件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁钒合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将生球在真空条件下进行熔炼，得到金渣复合熔体，然后从金渣复合熔体中分离出铁钒合金熔体进行浇铸或将金渣复合熔体冷却后破真空、金渣分离，即得；所述生球主要由钒渣、赤泥、碳还原剂以及有机粘结剂组成。2.根据权利要求1所述的铁钒合金的制备方法，其特征在于，所述钒渣主要由以下重量百分比的组分组成：FeO 35～40％、V2O
3 15～20％、Cr2O
3 2～5％、MgO 1～3％、CaO 1～3％、MnO 5～10％、SiO
2 10～15％和TiO
2 10～15％。3.根据权利要求1所述的铁钒合金的制备方法，其特征在于，所述赤泥为拜耳法赤泥；所述拜耳法赤泥主要由以下重量百分比的组分组成：SiO
2 15～20％、Fe2O
3 25～28％、Al2O
3 20～24％、MgO 1～2％、CaO 15～20％、Na2O 5～8％和K2O 1～3％。4.根据权利要求1所述的铁钒合金的制备方法，其特征在于，所述生球还包括氧化钙颗粒；所述生球中，碱土金属氧化物与SiO2的质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：王维，王伟彬，李玉芝，刘海洋，张子阳，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：