专利名称：一种铁水钒氮微合金化的方法
技术领域：
本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种铁水钒氮微合金化的方法。
背景技术：
钒氮合金化钢材是一种广泛使用的钢材，氮化钒又称钒氮合金，是一种新型合金 添加剂，可以替代钒铁用于微合金化钢的生产；氮化钒添加于钢中能提高钢的强度、韧性、 延展性及抗热疲劳性等综合机械性能，并使钢具有良好的可焊性；钒氮合金可用于结构钢， 工具钢，管道钢，钢筋及铸铁中，应用于高强度低合金钢中可同时进行有效的钒、氮微合金 化，促进钢中碳、钒、氮化合物的析出，更有效的发挥沉降强化和细化晶粒作用。氮化钒一般是通过钒化合物和碳在高温下通入氮化渗氮获得，钒氮合金研发难度 大，存在高温下反应物容易烧结，阻碍气体流通；颗粒较小时，颗粒间孔隙较小，气体流量不 畅；氮化时间长，产量低，且价格昂贵，钒利用率低。目前钢铁钒氮微合金化，都是通过炼钢、精炼时将钒氮合金从顶部加入钢水中，钒 氮合金易进入钢渣中或烟气中，钒氮合金收得率低，均勻性差，成本高，控制难度大。
发明内容
本发明的目的是针对现有钒氮合金制取和炼钢技术中钒氮合金化成本高，收得率 低，控制难度大等问题，提供一种铁水钒氮微合金化的方法。本发明的方法按以下步骤进行
1、铁水冶炼完成后在进行炼钢之前，先向铁水包内喷吹氮气广lOmin，氮气供气强度为 0. ΟΓΟ. 05Nm3/t · min,使铁水中的氮的重量含量达到0. 008 0. 012% ；
2、通过喷粉装置以氮气为载气将五氧化二钒粉料喷吹到铁水中，氮气同时作为反 应原料和搅拌动力来源，其中五氧化二钒的喷吹量为0. 8 2kg/t铁水，氮气供气强度为 0. ΟΓΟ. 06Nm3/t · min ；
3、五氧化二钒粉料喷吹完后继续喷吹氮气2、min，氮气供气强度为0.0广0.03Nm3/ t · min，获得钒氮合金化铁水。上述的五氧化二钒粉料的粒度< 0. 05mm。上述的喷粉装置为底吹喷粉装置，包括喷粉罐和狭缝式喷粉透气砖，喷粉透气砖 的狭缝宽度为0. 15^0. 24mm。上述的方法获得的钒氮合金化铁水中钒的重量百分比为0. 04、. 1%。上述方法中钒的收得率彡90%。将上述的钒氮合金化铁水按常规方式进行熔炼及精炼，获得钒氮合金钢，与传统 的在钢水中加入钒氮合金冶炼同类钢材相比，本发明的产品的综合性能指标达到了相同或 更好的性能效果。本发明的原理在于铁水对氮的溶解度高于钢水，同时铁水温度较钢水温度低约 200^4000C，更利于铁水中的氮的溶解度的增加，在吹氮情况下，其含量会更高，更利于反应的进行。另外喷吹氮气在增加氮含量的同时提高了铁水的搅拌，促进了反应的进行；在铁存 在的情况下，能提高反应产物的氮含量；铁水中游离碳元素的含量远远大于钢水中的游离 碳，对促进反应更为有利，使反应更充分。在铁水中吹氮并吹入五氧化二钒，促进了碳、氮和钒的析出，增强了钒的沉淀作用 和晶粒细化作用；与传统的在钢水中加入氮化钒相比，钒氮合金的利用率高，损失更小；在 后期熔炼和精炼过程中无须再加入氮化钒，按常规方式冶炼即可获得钒氮合金化钢材；向 铁水中喷吹颗粒较小五氧化二钒粉料，使反应物的比表面积加大，增加了反应界面；本发明 采用底吹喷粉的方式即通过设置在铁水包底部的狭缝式喷粉透气砖喷吹五氧化二钒粉料， 能够避免通过向铁水上部加入粉料导致粉料上浮并进入渣中，进而影响钒的收得率和分 布，影响产品质量和性能等问题；在喷吹五氧化二钒后继续吹氮能够促进反应进一步进行， 保持钒在铁水中分布均勻，防止粉料堵塞管路。本发明的方法钒的利用率高，以制备400MPa级20MnSiV钢筋为例，每吨可降低钒 的用量2(Γ50%，五氧化二钒的价格约为氮化钒的一半，与常规技术加入氮化钒进行微合金 化相比能够大幅降低成品钢材的成本，且方法简单，易于实现。
具体实施例方式本发明实施例中采用的铁水原料成分按重量百分比为C3. 9^4. 1%, SiO. 42 0. 45%, MnO. 60 0· 68%, P 彡 0. 07%, S 彡 0. 05%, NO. 006 0. 010%，余量为 Fe。本发明实施例中获得的钒氮合金化铁水成分按重量百分比为C3.1T4. 1%, SiO. 41 0. 44%, MnO. 60 0· 68%, V0. 04 0. 1%，P 彡 0. 07%, S 彡 0. 05%, NO. 009 0. 012%,余量为Fe。本发明实施例中喷吹氮气和喷吹V2O5粉料采用底吹喷粉装置。本发明实施例中采用的底吹喷粉装置包括喷粉罐，该喷粉罐为带有变速螺旋输送 机的pre喷粉罐。本发明实施例中采用的V2O5粉料为工业级产品，重量纯度彡98%。本发明实施例的对比实验中采用的氮化钒粉料为工业级产品，重量纯度> 98%。本发明实施例中采用的氮气的重量纯度> 99. 99%。实施例1
采用的高炉为450m3，铁水包为45t，铁水冶炼完成后的成分按重量百分比为C3. 9%, SiO. 42%, MnO. 60%, P0. 06%, SO. 05%, NO. 006%,余量为 Fe ；
先向铁水内喷吹氮气lOmin，氮气供气强度为0. 02Nm3/ t · min ；使铁水中N重量含量 达到 0. 007% ；
通过底吹喷粉装置以氮气为载气将粒度< 0. 05mm的V2O5粉料喷吹到铁水中，其中V2O5 粉料的喷吹量为0. 8kg/t铁水，氮气供气强度为0. 03Nm3/t -min ；底吹喷粉装置的狭缝式喷 粉透气砖的狭缝宽度为0. 15mm ；
V2O5粉料喷吹完后继续喷吹氮气5min，氮气供气强度为0. 01Nm3//t · min,获得钒氮 合金化铁水，其成分按重量百分比为C3. 9%, SiO. 41%, MnO. 60%, V0. 04%, P0. 06%, S0. 05%, NO. 009%，余量为Fe ；钒的收得率91. 1% ；
按常规方式进行熔炼及精炼，即可获得400MPa级20MnSiV钢；采用传统方式制备400MPa级20MnSiV钢，在精炼过程中加入氮化钒，氮化钒消耗量为 1. lkg/t钢水；与传统方式相比上述方法钒的消耗量降低44. 9%。实施例2
采用的高炉为550m3，铁水包为60t，铁水冶炼完成后的成分按重量百分比为C4. 0%, SiO. 45%, MnO. 63%, P0. 07%, SO. 05%, NO. 009%,余量为 Fe ；
先向铁水内喷吹氮气3min，氮气供气强度为0. 04Nm3/t · min，使铁水中N重量含量达 到 0. 010 % ；
通过底吹喷粉装置以氮气为载气将粒度< 0. 05mm的V2O5粉料喷吹到铁水中，其中V2O5 粉料的喷吹量为1. Okg/t铁水，氮气供气强度为0. 03Nm3//t · min底吹喷粉装置的狭缝式 喷粉透气砖的狭缝宽度为0. 18mm ；
V2O5粉料喷吹完后继续喷吹氮气4min，氮气供气强度为0. 02Nm3//t · min,获得钒氮 合金化铁水，其成分按重量百分比为C4. 0%, SiO. 44%, MnO. 63%, V0. 05%, P0. 07%, SO. 05%, NO. 011%余量为Fe ；钒的收得率91. 1% ；
按常规方式进行熔炼及精炼，可获得400MPa级20MnSiV钢；
采用传统方式制备400MPa级20MnSiV钢，在精炼过程中加入氮化钒，氮化钒消耗量为 1. 3kg/t钢水；与传统方式相比上述方法钒的消耗量降低41. 7%。实施例3
采用的高炉为850m3，铁水包为80t，铁水冶炼完成后的成分按重量百分比为C4. 1%, SiO. 45%, MnO. 65%, P0. 07%, S0. 05%, N 0. 009%，余量为 Fe ；
先向铁水内喷吹氮气8min，氮气供气强度为0. 04Nm3//t ·π η，使铁水中N重量含量达 至Ij 0.011 % ；
通过底吹喷粉装置以氮气为载气将粒度< 0. 05mm的V2O5粉料喷吹到铁水中，其中V2O5 粉料的喷吹量为1. 4kg/t铁水，氮气供气强度为0. 04Nm3//t · min ；底吹喷粉装置的狭缝式 喷粉透气砖的狭缝宽度为0. 20mm ；
V2O5粉料喷吹完后继续喷吹氮气3min，氮气供气强度为0. 02Nm3//t · min,获得钒氮 合金化铁水，其成分按重量百分比为C4. 1%, SiO. 44%, MnO. 65%, V0. 07%, P0. 07%, S0. 05%, NO. 012%余量为Fe ；钒的收得率91. 0% ；
按常规方式进行熔炼及精炼，即可获得400MPa级20MnSiV钢； 采用传统方式制备400MPa级20MnSiV钢，在精炼过程中加入氮化钒，氮化钒消耗量为 1. 6kg/t钢水；与传统方式相比上述方法钒的消耗量降低33. 7%。实施例4
采用的高炉为1000m3，铁水包为120t，铁水冶炼完成后的成分按重量百分比为C4. 0%, SiO. 45%, MnO. 68%, P0. 05%, S0. 05%, N 0. 010%，余量为 Fe ；
先向铁水内喷吹氮气7min，氮气供气强度为0. 05Nm3/t · min ；使铁水中N重量含量达 到 0.011%;
通过底吹喷粉装置以氮气为载气将粒度< 0. 05mm的V2O5粉料喷吹到铁水中，其中V2O5 粉料的喷吹量为2kg/t铁水，氮气供气强度为0. 06Nm3//t · min ；底吹喷粉装置的狭缝式喷 粉透气砖的狭缝宽度为0. 24mm ；
V2O5粉料喷吹完后继续喷吹氮气4min，氮气供气强度为0. 03Nm3//t · min,获得钒氮合金化铁水，其成分按重量百分比为C4. 0%, SiO. 44%, MnO. 68%, V0. 1%，P0. 05%, SO. 05%, NO. 012%，余量为Fe ；钒的收得率90. 9% ；
按常规方式进行熔炼及精炼，可获得400MPa级20MnSiV钢；
采用传统方式制备400MPa级20MnSiV钢，在精炼过程中加入氮化钒，氮化钒消耗量为 2. lkg/t钢水；与传统方式相比上述方法钒的消耗量降低27. 6%。
实施例5
采用的高炉和铁水包同实施例4，铁水冶炼完成后的成分同实施例4 ； 铁水冶炼完成后的成分按重量百分比为C4. 0%, SiO. 44%，MnO. 66%，P0. 05%, SO. 05%, N 0. 008%,余量为 Fe ；
先向铁水内喷吹氮气lmin，氮气供气强度为0. OlNmVt · min ； 通过底吹喷粉装置以氮气为载气将粒度≤0. 05mm的V2O5粉料喷吹到铁水中，其中V2O5 粉料的喷吹量为0. 81kg/t铁水，氮气供气强度为0. 01Nm3//t -min ；底吹喷粉装置的狭缝式 喷粉透气砖的狭缝宽度为0. 24mm ；
V2O5粉料喷吹完后继续喷吹氮气2min，氮气供气强度为0. 01Nm3//t · min,获得钒氮 合金化铁水，其成分按重量百分比为C4. 0%, SiO. 43%, MnO. 66%, V0. 04%, P0. 05%, SO. 05%, NO. 009%，余量为Fe ；钒的收得率90. 0% ；
按常规方式进行熔炼及精炼，可获得400MPa级20MnSiV钢；
采用传统方式制备400MPa级20MnSiV钢，在精炼过程中加入氮化钒，氮化钒消耗量为 0. 9kg/t钢水；与传统方式相比上述方法钒的消耗量降低31. 6%。
权利要求
一种铁水钒氮微合金化的方法，其特征在于按以下步骤进行(1)铁水冶炼完成后在进行炼钢之前，先向铁水包内喷吹氮气1~10min，氮气供气强度为0.01~0. 06Nm3/t·min，使铁水中的氮的重量含量达到0.008~0.025%；(2)通过喷粉装置以氮气为载气将五氧化二钒粉料喷吹到铁水中，氮气同时作为反应原料和搅拌动力来源，其中五氧化二钒的喷吹量为0.8~2kg/t铁水，氮气供气强度为0.01~0.07 Nm3/t·min；(3)五氧化二钒粉料喷吹完后继续喷吹氮气2~5min，氮气供气强度为0.01~0.03 Nm3/t·min，获得钒氮合金化铁水。
2.根据权利要求1所述的一种铁水钒氮微合金化的方法，其特征在于所述的五氧化二 钒粉料的粒度< 0. 05mm。
3.根据权利要求1所述的一种铁水钒氮微合金化的方法，其特征在于所述的喷粉装置 为底吹喷粉装置，包括狭缝式喷粉透气砖，喷粉透气砖的狭缝宽度为0. 15^0. 24mm。
4.根据权利要求1所述的一种铁水钒氮微合金化的方法，其特征在于钒的收得率 ^ 91%。
全文摘要
一种铁水钒氮微合金化的方法，属于冶金技术领域，按以下步骤进行(1)铁水冶炼完成后在进行炼钢之前，先向铁水包内喷吹氮气使铁水中的氮的重量含量达到0.008~0.012%；(2)采用底吹喷粉装置，以氮气为载气将五氧化二钒粉料通过狭缝式透气砖喷吹到铁水中，氮气同时作为反应原料和搅拌动力来源；(3)粉料喷吹完后继续喷吹氮气，获得钒氮合金化铁水。本发明的方法钒的利用率高，可大幅降低成品钢材的成本，且方法简单，易于实现。
文档编号C22C33/04GK101988170SQ20101057431
公开日2011年3月23日 申请日期2010年12月6日 优先权日2010年12月6日
发明者周建安, 周鹏, 戚德录, 李旭 申请人:周建安