CN101713014B - 钢铁添加剂氮化钒合金粉体包芯线 - Google Patents
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Abstract
一种钢铁添加剂氮化钒合金粉体包芯线，涉及一种用于在炼钢过程中实现对钢液增钒和氮的氮化钒合金添加剂制品。包括芯层和钢质外层，芯层通过外层用包芯机包裹而制成线状。所述的芯层含有75-97％的氮化钒合金粉体、3-20％的金属铝粉体和0-10％的碳质粉体，所说的氮化钒合金粉体是将钒化合物粉料与碳质粉料混配而成的混合粉体原料，在适宜温度下，用氨气或氨-氮混合气体，还原氮化而直接获得的氮化钒合金粉体。在炼钢时，利用喂线机等设备将包芯线直插入钢液深处，可使氮化钒合金很好地溶入钢液，提高炼钢时钒、氮回收率，同时能稳定控制钢液中的钒、氮量，提高大工业生产中钢质量的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于在炼钢过程中实现对钢液增钒和氮的氮化钒合金添加剂制品。
背景技术
在微合金钢的炼钢工艺中，可通过在钢中添加氮化钒(VN)合金，增加微合金钢中的钒和氮，从而改善钢的性能。在现有的工艺中，一般是在出钢前后直接在钢包中加入块状VN合金。由于块状的氮化钒(VN)合金，密度≥3.0g/cm3，比钢液小得多，与钢渣液相近，而且VN在高温下的空气中不稳定，在炼钢时向钢包投加块状VN合金，当合金块接近、进入钢渣层并停留在钢液表面进入钢液时，要经受一段较高温度的时间，造成VN分解和被空气氧化，钒、氮回收率不高，一般钒回收率＜85％，氮回收率在50-65％。
为克服上述缺点，CN1818086A公开了一种实现钢液钒、氮合金化的包芯线的技术方案，该方案是用破碎机将块状VN合金破碎成粉料，用钢质外层包裹含有破碎成粉料的VN合金的芯层，制作成包芯线，在炼钢时将包芯线喂入钢液深处，以期达到使氮化钒较好地熔入钢液，提高钒和氮元素回收率的目的。但是该方案也存在以下缺点：1、由于氮化钒合金是一种硬度很大，强度较强的材料，该方法要用机械破碎将块状VN合金破碎成粉体，在破碎过程中容易造成物料受热而导致氧化，降低材料VN含量，还存在耗能较大，粉体的损耗也较大的问题；2、在包芯线中难免存在残留的空气，包芯线在钢液的高温中，这些残留的空气将会氧化物料，进一步降低材料VN含量。该方案声称可使钒回收率提高约5％，氮回收率提高约10-20％，实际上难以达到，因此，该方案在实际炼钢中并未见被应用。
发明内容
为解决上述现有技术所存在的问题，本发明提出一种能使氮化钒很好地溶入钢液，稳定控制钢液中的钒、氮量，能有效地提高钒、氮回收率的钢铁添加剂氮化钒合金粉体包芯线的新的技术方案。
本发明采用的技术方案是：制备一种用于添加入钢液中的钢铁添加剂氮化钒合金粉体包芯线，该包芯线包括芯层和钢质外层，芯层通过外层用包芯机包裹而制成线状，所述的芯层含有氮化钒合金粉体、金属铝粉体和游离碳质粉体，其组份的质量百分比如下：
氮化钒合金粉体75-97％，金属铝粉体3-20％，碳质粉体0-10％，
所说的氮化钒合金粉体是将钒化合物粉料与碳质粉料混配而成的混合粉体原料，置于制备炉中，经向制备炉通入氨气或氨-氮混合气体，使物料进行预还原、碳化和氮化反应而直接获得的氮化钒合金粉体。
在炼钢时，可利用喂线机等设备将本发明的包芯线直插入钢液深处，从而使氮化钒合金能很好溶入钢液，达到钒、氮回收率提高且稳定的目的。
所述的芯层中所含的各种粉体的粒度以不大于5mm为宜。
本发明所述的氮化钒合金粉体可通过以下具体工艺方法制备：
(1)将由钒化合物粉料与占钒化合物粉料重量4～12％的碳质粉料混配而成的混合粉体直接置于制备炉中，进行预还原、碳化和氮化反应；
(2)通入制备炉的反应气体为氨(NH3)气或含氮气体积分数不大于5％的氨-氮(NH3-N2)混合气体；
(3)物料在预还原和碳化反应阶段的温度控制在400～650℃，在氮化反应阶段的温度控制在680～850℃；
(4)物料反应结束后，在反应气体保护下冷却到50～150℃后以氮化钒合金粉体出炉。
在上述工艺方法中，所述原料中的钒化合物可为V2O5、NH4VO3或多聚钒酸铵的一种或它们的混合物。所述原料中的碳质粉料可为木炭、石墨、活性炭或碳黑的粉剂。
物料在氮化反应阶段的时间一般控制为3～8小时。
本发明用以实施生产的制备炉可采用推板窑或隧道窑，为实施连续生产，在窑内设置预还原区、氮化区和冷却区，在各区之间留一温度过渡区，预还原区的温度为400～650℃，氮化区的温度为680～850℃，这样，在生产中，物料可连续地进出制备炉。将由钒化合物与碳质物料混配而成的混合粉体物料用多层料盘结构的料架或料车装载，粉体物料以薄的料层铺载于各料盘上，由自动装置连续推送进出制备炉，以利于反应气体与物料的充分接触。首先物料被推进到制备炉的预还原区，通入气体氨或含氮气体积分数5％以下的氨-氮混合气体，预还原区加热升温到400～650℃，在此阶段，原料中的V2O5等熔点较低的高价钒化合物预先还原和碳化为VO2和V2O3和VC等熔点较高的低价钒化物，然后，将还原了的物料推至氮化区，氮化区的温度控制在680～850℃，物料在此温度下进行氮化反应，物料在氮化阶段停留3～8小时，然后进入冷却区，在气体氨或氨-氮混合气体保护下自然冷却或强制冷却至50～150℃后出炉，即获得氮化钒合金粉体。
上述制备工艺能保证反应物料(包括还原、碳化反应后的物料)在反应过程中始终保持良好的粉体状态，并使所制备氮化钒合金粉体具有较高的含氮量。
本发明与现有技术比较，具有以下优点：
1、本发明所制备的钢铁添加剂氮化钒合金粉体包芯线，其芯层含有氮化钒合金粉体、金属铝粉体和碳质粉体，其中的氮化钒合金粉体是钒化合物粉料与碳质粉料混配而成的混合粉体原料，在适宜温度下，用氨气或氨-氮混合气体，还原氮化而直接获得的氮化钒合金粉体，不存在因产品破碎过程造成的VN含量的损失等问题；
2、由于芯层中含有金属铝粉体和碳质粉体，当将包芯线插入钢液深处时，芯层的芯粉中的金属Al受热，首先与包芯线中残留空气中的氧反应将其除去：4Al+3O2＝2Al2O3，空气中剩下的N2气受热膨胀，所产生的高压N2又可抑制高温下VN的分解。同时氮化钒合金粉体在制备中若含有VO或V2O3，在钢液加热的环境下，将分别与芯层中的铝粉或碳质粉发生下述反应：3VO+2Al＝Al2O3+3V，V2O3+2Al＝Al2O3+2V；VO+2C＝VC+CO，V2O3+5C＝2VC+3CO。
上述作用有利于进一步提高钒的回收率；
3、本发明能使氮化钒很好地溶入钢液，有效地提高钒、氮回收率，使钒的回收率提高并可稳定控制在95％以上，氮的回收率提高并可稳定控制在86％以上。
具体实施方式
实施例一
将组分为氮化钒合金粉体94％(质量百分比)，金属铝粉体6％(质量百分比)的两种粉体用搅拌机混均匀，两种粉体的粒度均不大于5mm。应用厚度为0.35mm的低碳钢冷轧钢带作为外层，在包芯机上将上述混合粉体作为芯层，包裹成外径为13mm的包芯线。制成的包芯线每米重量为330g，其中钢皮重量145g，芯粉重量为185g。
所述的氮化钒合金粉体由以下工艺直接制备获得：
称取相当于V2O5量的12％的活性碳，与V2O5充分混合均匀。将混合料薄层铺载于有多层料盘结构的料车的料盘上，由自动装置将料车推进预还原段。向制备炉通入流动NH3-N2混合气体，混合气体中氮气体积分数为5％，控制预还原区的温度为420-470℃，氮化区的温度为800-850℃，保温8小时。料车进入冷却段，在流动混合气体保护下冷至60℃后自动出炉，得到含钒78.2％，氮18.1％，余量为反应物杂质的氮化钒合金粉体。
在装有75吨精炼结束后的钢液中，用喂线机将上述包芯线喂入接近钢包底部的钢液深处。测定钢中增加的钒量和氮量，按包芯线内粉体量为185g/m计算，钒和氮的回收率分别为96.7％和86.8％。
实施例二
将组分为氮化钒合金粉体84％(质量百分比)，金属铝粉体9％(质量百分比)和碳质粉体7％的三种粉体用搅拌机混均匀，三种粉体的粒度均不大于3mm。应用厚度为0.40mm的低碳钢冷轧钢带作为外层，在包芯机上把上述粉体作为芯层，包裹成外径为16mm的包芯线。制成的包芯线每米重量为450g，其中钢皮重量160g，芯粉重量为290g。
所述的氮化钒合金粉体由以下工艺直接制备获得：
称取相当于NH4VO3的量的6.5％的木炭粉，与NH4VO3充分混合均匀后铺载于料车的料盘上，料车进入制备炉的预还原段。通入NH3-N2混合气体，混合气体中氮气体积分数为 1％，控制预还原区温度为600-650℃，氮化段的温度为750-800℃，保温4.5小时，在冷却段冷至80℃后自动出炉。得到含钒76.5％，氮16.5％，余量为反应物杂质的氮化钒合金粉体。
在装有120吨精炼结束后的钢液中，用喂线机将上述包芯线喂入钢液深处。测定钢中增加的钒量和氮量，按包芯线内粉料量为290g/m计算，钒和氮的回收率分别为96.2％和87.2％。
实施例三
将组分为氮化钒合金粉体75％(质量百分比)，金属铝粉体17％(质量百分比)和碳质粉体8％的三种粉体用搅拌机混均匀，三种粉体的粒度均不大于4mm。应用厚度为0.40mm的低碳钢冷轧钢带作为外层，在包芯机上把上述粉体作为芯层，包裹成外径为16mm的包芯线。制成的包芯线每米重量为460g，其中钢皮重量160g，芯粉重量为300g。
所述的氮化钒合金粉体由以下工艺直接制备获得：
称取相当于多钒酸铵重量8.5％的石墨粉，与多钒酸铵充分混合均匀后铺载于料车的料盘上，料车推入制备炉的预还原段。通入NH3气，控制还原段炉温为580-630℃，氮化段的温度为720-770℃，保温3小时，然后在冷却段冷至120℃后自动出炉。得到含钒72.4％，氮14.2％，余量为反应物杂质的氮化钒合金粉体。
在装有120吨精炼结束后的钢液中，用喂线机将上述包芯线喂入钢液深处。测定钢中增加的钒量和氮量，按包芯线内粉料量为300g/m计算，钒和氮的回收率分别为95.7％和87.4％。
Claims (4)
1.一种钢铁添加剂氮化钒合金粉体包芯线，包括芯层和钢质外层，芯层通过外层用包芯机包裹而制成线状，其特征在于所述的芯层含有氮化钒合金粉体、金属铝粉体和碳质粉体，其组分配比如下：
氮化钒合金粉体75-97％，金属铝粉体3-20％，碳质粉体0-10％，
所述的氮化钒合金粉体是将钒化合物粉料与碳质粉料混配而成的混合粉体原料，置于制备炉中，经向制备炉通入氨气或氨-氮混合气体，使物料进行预还原、碳化和氮化反应而直接获得的氮化钒合金粉体，
所述的芯层中所含的各种粉体的粒度不大于5mm。
2.根据权利要求1所述的钢铁添加剂氮化钒合金粉体包芯线，其特征在于所述的氮化钒合金粉体是按以下工艺制备的：
(1)将由钒化合物粉料与占钒化合物粉料重量4～12％的碳质粉料混配而成的混合粉体直接置于制备炉中，进行预还原、碳化和氮化反应；
(2)通入制备炉的反应气体为氨气或含氮气体积分数不大于5％的氨-氮混合气体；
(3)物料在预还原反应阶段的温度控制在400～650℃，在氮化反应阶段的温度控制在680～850℃；
(4)物料反应结束后，在反应气体保护下冷却到50～150℃后以氮化钒合金粉体出炉。
3.根据权利要求1或2所述的钢铁添加剂氮化钒合金粉体包芯线，其特征在于所述的制备氮化钒合金粉体的原料中的钒化合物为V2O5、NH4VO3或多聚钒酸铵的一种或它们的混合物。
4.根据权利要求1或2所述的钢铁添加剂氮化钒合金粉体包芯线，其特征在于所述的制备氮化钒合金粉体的原料中的碳质粉料为木炭、石墨、活性炭或碳黑的粉剂。
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