CN103571996B - 冶炼钒微合金化钢增钒用钒氧化物包芯线及其制备方法 - Google Patents

Abstract

冶炼钒微合金化钢增钒用钒氧化物包芯线及其制备方法，尤其涉及炉外精炼钒微合金化钢增钒添加剂。该钒氧化物包芯线，包括线芯和外包皮，外包皮紧密包覆在线芯上，线芯由粉状钒氧化物V₂O₅和粉状还原剂铝粉充分混合组成，按重量百分比（%）V₂O₅ 60～75、AL 39～24，其余为杂质；外包皮为低碳钢钢带，厚度为0.32mm～0.45mm，包芯线呈圆形条状，直径为￠9～13mm，每米线芯与外包皮的重量比为：1.16～1.22，按制备粉剂、烘干、配料、粉料搅拌、制包芯线、成品包装、检验步骤制造。优点是简化冶炼钒铁合金工艺过程；节能降耗，降低生产成本；钒回收率显著提高，还避免粉尘大、污染现场等弊病。

Description

冶炼钒微合金化钢增钒用钒氧化物包芯线及其制备方法

技术领域

本发明属于低合金高强度钢领域，尤其涉及炉外精炼钒微合金化钢增钒添加剂。

背景技术

20世纪70年代以来，世界低合金高强度钢的发展进入了一个全新时期——出现了微合金化钢新品种。微合金化钢与一般低合金钢相比，具有显著的经济优势，可节约钢材25％左右，降低成本10％左右，钢的力学性能和使用工艺性能得到明显提高，满足了各种特殊性能要求。

钒是一种重要的合金元素，在冶金特性方面具有明显的优势：V(C、N)的析出物在奥氏体中的溶解度要比Nb、Ti合金元素相应的碳氮化合物高；V(C、N)的析出物不仅能直接增加钢的析出强度，还能在奥氏体—铁素体相界面“轧钉”，具有细化晶粒的作用；固溶的V微合金化元素溶质的“拖拽”作用小，使奥氏体晶粒在轧制过程中得到更有效的细化。

长期以来，炼钢厂生产钒微合金化钢用增钒物料有三种：

1、向钢包钢液中直接加入含钒合金，如VN合金、钒铁等。一般在出钢过程中，于锰铁、硅锰合金、硅铁加入钢液后加入，在出钢3/4前加完。其缺陷是：含钒合金价格昂贵，炼钢成本太高。

2、在炼钢炉冶炼过程中加入钒渣。一般加入炼钢炉内:转炉在冶炼后期加入炉内,电炉在还原期加入炉内，其缺陷是：V₂O₅熔点低(943K)，饱和蒸汽压高。钒氧化物中的钒容易在炼钢温度下挥发，钒的回收率低(<80％)；另外钒渣中含磷高，使钢液增磷；钒渣中含SiO₂高，增加渣量，另外为保持高碱度，需要配入大量石灰，使渣量进一步增大；加重对炉衬与包衬的侵蚀。

3、向钢包钢液中投入袋装粉状钒氧化物或钒渣，一般在出钢的1/4后开始人工投入钢包，在出钢的1/2前投完，其缺陷是：投入钢包过程中，不仅增加工人的劳动强度；并且粉尘飞扬，恶化了工作环境；熔化性能差，易浮到液面凝固的粉状钒氧化物或钒渣，无法还原合金化，另外扬尘造成的V₂O₅损耗，因此钒的回收率很低，只有55％—75％。

发明内容

为了克服背景技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种冶炼钒微合金化钢增钒用钒氧化物包芯线，在炉外精炼时喂入钢液中，钒氧化物与铝反应后直接还原出钒，使钢液增钒。

冶炼钒微合金化钢增钒用钒氧化物包芯线，包括线芯和外包皮，外包皮紧密包覆在线芯上，其特点是，线芯由粉状钒氧化物V₂O₅和粉状还原剂铝粉充分混合组成，按重量百分比(％)V₂O₅60～75、AL 39～24，其余为杂质；外包皮为低碳钢钢带，厚度为0.32mm～0.45mm，包芯线呈圆形条状，直径为￠9～13mm，每米线芯与外包皮的重量比为：1.16～1.22；冶炼15MnV钢,钒回收率83.2％～88.3％。

本发明进一步改进，所述的氧化物V₂O₅纯度≥98％，粒度：0.125～1.0mm。

本发明进一步改进，所述的还原剂铝粉Al纯度≥98％，粒度0.42～1.0mm。

本发明进一步改进，所述的线芯由粉状钒氧化物V₂O₅和粉状还原剂铝粉充分混合组成，按重量百分比(％)V₂O₅60～67、AL 39～32，其余为杂质；冶炼15MnV钢,钒回收率83.2％～88.3％。

本发明进一步改进，所述的线芯由粉状钒氧化物V₂O₅和粉状还原剂铝粉充分混合组成，按重量百分比(％)V₂O₅67～72、AL 32～27，其余为杂质；冶炼15MnV钢,钒回收率88.3％～85.2％。

本发明进一步改进，所述的线芯由粉状钒氧化物V₂O₅和粉状还原剂铝粉充分混合组成，按重量百分比(％)V₂O₅72～75、AL 27～24，其余为杂质；冶炼15MnV钢,钒回收率85.2％～83.4％。

炉外精炼时，钢液中的Al、Si、C和钒氧化物还原反应方程式如下：

$\frac{2}{5}{V}_2{O}_5+\frac{4}{3}\mathrm{Al}=\frac{4}{5}V+\frac{2}{3}A{l}_2{O}_3$     ΔG^Ο＝-53567+84.93T

$\frac{2}{5}{V}_2{O}_5+\mathrm{Si}=\frac{4}{5}V+\mathrm{Si}{O}_2$ ΔG^Ο-363345+69.15T

$\frac{2}{5}{V}_2{O}_5+2C=\frac{4}{5}V+2\mathrm{CO}$ ΔG^Ο＝-348694-298.46

式中ΔG^Ο为标准吉布斯自由能，单位J/mol。

在精炼炉温度下(1873K)，上述三个反应的ΔG^Ο(J/mol)分别为-376.6、-233.8、-210.3，可见铝的还原能力最强。另外铝还原钒氧化物，反应热值高，热量充足，反应速度快且反应完全。反应速度快是钢包喂线的基本要求，反应完全能提高钒的还原率，经理论计算铝的还原率达98～99％，还原出的钒直接参与微合金化。而Si或C还原氧化物时，热量不足，反应速度缓慢且不完全。

冶炼钒微合金化钢增钒用钒氧化物包芯线制造方法，按以下步骤进行：

1、制备粉剂。

1)、钒氧化物制粉

钒氧化物V₂O₅纯度≥98％，磨粉，粒度：0.125～1.0mm。

2)、铝制粉

铝Al纯度≥98％，雾化制粉，粒度：0.42～1.0mm。

2、烘干

钒氧化物粉与铝粉，分别在干燥炉中进行烘干(不得有明火)，炉温150～200℃，烘干时间2小时。

3、配料

按设定配比，对烘干的V₂O₅粉、Al粉分别进行称量、计量后倒入配料桶中。

4、粉料搅拌

将配好的混合料，倒入搅拌机中，充分搅拌、混匀。

5、制包芯线

将混合料和相应的低碳钢带，置于制线机上，制成圆条状包芯线，线经￠9～13mm，包芯线单位长度重量184～386g/m，其中线芯为99～213g/m。

6、成品包装、检验。

冶炼钒微合金化钢时，根据钢种、钢包容量确定包芯线规格、喂线量、喂线速度及吹氩量，进行冶炼。冶炼15MnV钢喂线，在出钢后炉外精炼时，本发明包芯线直接喂入50吨钢包，直达钢液深部，喂线速度1.5～2.5m/s，每炉喂入量200～300m，喂线过程吹Ar量0.005～0.008Nm³(t·min)^-1，喂线后继续吹Ar二分钟，钒回收率83.2％～88.3％。

与现有的向钢液直接加入含钒合金的技术相比，优点是粉状钒氧化物和还原剂铝充分混匀制成包芯线，炉外精炼时，喂入钢液，钒氧化物直接还原合金化，简化了将钒氧化物冶炼成VN合金或钒铁合金的工艺过程，构思新颖；由于钒在合金钢钢液中活度较小，合金化反应容易进行，反应所需的能量较低，而将钒的氧化物冶炼成VN合金或钒铁合金，钒在VN合金或钒铁合金中的活度较大，其反应难以进行，反应所需的能量高，所以使用钒氧化物直接还原合金化，节能降耗，降低生产成本；与现有的在炼钢炉冶炼过程加入钒渣和向钢包钢液投入粉状钒氧化物或钒渣技术相比，使用本发明包芯线喂入钢液，钒氧化物在钢液深部与钢液接触，钒挥发损失大为减少，钒的回收率显著提高达82～90％，还避免了向炼钢炉内或向钢包钢液投入袋装钒氧化物或钒渣造成的粉尘大、严重污染现场等弊病，有利于安全生产。

附图说明

对照附图对本发明作进一步说明。

图1是冶炼钒微合金化钢增钒用钒氧化物包芯线结构示意图。

图2是冶炼钒微合金化钢增钒用钒氧化物包芯线生产流程图。

具体实施方式

由图1可以看出，冶炼钒微合金化钢增钒用钒氧化物包芯线由线芯1和外包皮钢带2组成，外包皮钢带紧密包覆在线芯上，线芯由钒氧化物V₂O₅粉和金属Al粉混合组成。冶炼钒微合金化钢时，根据钢种、钢包容量确定包芯线规格、喂线量、喂线速度及吹氩量，进行冶炼。

实施例1

包芯线直径Φ13mm，外包皮钢带厚度0.42mm，线芯按重量百分比(％)配料：钒氧化物V₂O₅粉60、金属Al粉39，杂质余量。包芯线单位长度重量378g/m，线芯单位长度重量205g/m。用于50t的钢包，冶炼15MnV钢，每炉喂入量250m，喂线速度2.0～2.2m/s，喂线吹Ar量0.005～0.008Nm³(t·min)^-1，喂线后吹Ar二分钟，钒回收率83.2％。数据列于表1中。

实施例2

同实施例1，数据列于表1中。

实施例3

同实施例1，数据列于表1中。

实施例4

同实施例1，数据列于表1中。

表1

Claims (7)

1.冶炼钒微合金化钢增钒用钒氧化物包芯线，包括线芯（1）外包皮(2),包皮紧密包覆在线芯上，其特征在于，所述的线芯由粉状钒氧化物V₂O₅粉和粉状还原剂铝粉充分混合组成，按重量百分比（%）V₂O₅ 60～75、AL 39～24，其余为杂质；外包皮为低碳钢钢带，厚度为0.32mm～0.45mm，包芯线呈圆形条状，直径为￠9～13mm，每米线芯与外包皮的重量比为：1.16～1.22; 冶炼15MnV钢, 钒回收率83.2%～88.3%。

2.根据权利要求1所述的冶炼钒微合金化钢增钒用钒氧化物包芯线，其特征在于，所述的氧化物V₂O₅纯度≥98%，粒度：0.125～1.0mm。

3.根据权利要求1所述的冶炼钒微合金化钢增钒用钒氧化物包芯线，其特征在于，所述的还原剂铝粉Al纯度≥98%，粒度0.42～1.0mm。

4.根据权利要求1所述的冶炼钒微合金化钢增钒用钒氧化物包芯线，其特征在于，所述的线芯由粉状钒氧化物V₂O₅和粉状还原剂铝粉充分混合组成，按重量百分比（%） V₂O₅ 60～67、Al 39～32，其余为杂质；冶炼15MnV钢, 钒回收率82.2%～88.3%。

5.根据权利要求1所述的冶炼钒微合金化钢增钒用钒氧化物包芯线，其特征在于，所述的线芯由粉状钒氧化物V₂O₅和粉状还原剂铝粉充分混合组成，按重量百分比（%） V₂O₅  67～72、Al 32～27，其余为杂质；冶炼15MnV钢, 钒回收率88.3%～85.2%。

6.根据权利要求1所述的冶炼钒微合金化钢增钒用钒氧化物包芯线，其特征在于，所述的线芯由粉状钒氧化物V₂O₅和粉状还原剂铝粉充分混合组成，按重量百分比（%） V₂O₅  72～75、Al 27～24，其余为杂质；冶炼15MnV钢, 钒回收率85.2%～83.4%。

7.根据权利要求1所述的冶炼钒微合金化钢增钒用钒氧化物包芯线，其制造方法，按以下步骤进行：

1）、制备粉剂

（1）、钒氧化物制粉

钒氧化物V₂O₅纯度≥98%，磨粉，粒度：0.125～1.0mm；

（2）、铝制粉

铝Al纯度≥98%，雾化制粉，粒度：0.42～1.0mm；

2）、烘干

钒氧化物粉与铝粉，分别在干燥炉中进行烘干，炉温150～200℃，烘干时间2小时；

3）、配料

按设定配比，对烘干的V₂O₅粉、Al粉分别进行称量、计量后倒入配料桶中；

4）、粉料搅拌

将配好的混合料，倒入搅拌机中，充分搅拌、混匀；

5）、制包芯线

将混合料和相应的低碳钢带，置于制线机上，制成圆条状包芯线，线径￠9～13mm，包芯线单位长度重量184～386g/m，其中线芯为99～213g/m；

6）、成品包装、检验。