[发明专利]一种在钢中添加氮化钒合金的微合金钢的炼钢方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，涉及在钢中添加氮化钒的微合金钢的冶炼方法。

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。但一直以来，粉体氮化钒合金被认为不适应于炼钢，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。这些块状VN合金通常是这样制备的：将钒氧化物如V₂O₅，VO₂，V₂O₃等与碳质粉混合并磨细至120目、然后与粘结剂的水溶液混合、压块造型、烘干后送入制备炉，经向制备炉通入氮气或氮-氨混合气体，使物料进行预还原、碳化和氮化反应，由此制得块状VN合金，CN1478915A、CN1644510A、CN1562770A所公开的都是这种工艺。用这种块状VN合金产品炼钢，存在以下缺点：1、这种块状VN合金的密度一般为3.0-4.0g/cm³，投入钢液后将较长时间飘浮在钢液表层，在钢液中的熔解速度较慢，容易被氧化而降低钒、氮回收率；2、这种块状产品存在大量小气孔，其吸附的空气和水气，在高温钢液中与VN作用，也将降低钒、氮回收率；3、这种块状产品组成均匀性差，造成其在钢中的添加量难以准确控制，并在钢中的分佈不够均匀，使得钢材的力学性能较差且分散性大、质量不够稳定。

为克服上述缺点，CN1818086A公开了一种用于添加入钢液中的氮化钒合金粉体包芯线的技术方案，这种方案的特点是用钢质外层包裹含有VN合金粉体的芯层，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：需要专门的包芯线制造工艺和应用大量的钢带；炼钢时需应用喂丝机将包芯线喂入钢液中；钢液需先熔化包芯线的钢质外层后再与VN合金粉体作用，不但VN合金进入钢液速度慢，而且熔化包芯线钢质外层的钢皮需消耗较多的热能；包芯线钢质外层重量比大，运输成本大。

发明内容

本发明的目的是提出一种在钢中添加氮化钒合金的微合金钢的炼钢的新工艺，以克服上述现有技术所存在不足和弊端。

本发明所提出的技术方案的特点是：在炼钢时，当倒入钢包的钢液占出钢量20～40％时，将一种经特定密封包装的氮化钒合金添加剂包装块投入钢包，再冲入剩余的钢液；所述的氮化钒合金添加剂为氮化钒合金粉体与0-10％(推荐比例范围为1.5-10％)的铝粉或铝粒的混合物，用包装袋密封包装成包装块，所述的包装袋由有足够强度的纸质包装纸外层和单层或双层不透气塑料膜衬裡构成，所述的包装袋的不透气塑料膜衬裡的材质可为聚丙烯、聚氯乙烯和聚乙烯中的任一至两种，所述的包装袋的外层纸质包装纸可为牛皮纸、牛卡纸、水泥纸袋纸或白牛皮纸，密封包装而成的氮化钒合金添加剂包装块的规格范围以长38-60cm、宽20-33cm、高7-11cm为宜，可带有抓手，以方便投入钢包中；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，经向制备炉中通入氨气或氨-氮混合气体，使物料进行预还原和氮化反应，或者向制备炉中通入氮气、氮-氨或氮-氢混合气体，使物料进行预还原、碳化和氮化反应，直接获得的氮化钒合金粉体。

上述的氮化钒合金添加剂按以下方法制备：由钒化合物粉料与碳质粉料混配而成的混合粉体原料，在制备炉中经预还原和氮化反应，或者经预还原、碳化和氮化反应而获得氮化钒合金粉体后，即与0-10％的铝粉或铝粒均匀混配，用内衬塑料膜衬裡的包装袋密封包装成包装块，使所包装的氮化钒合金粉体尽量减少被氧化和吸湿的机会。

本发明所述的氮化钒合金粉体可通过以下两种具体工艺方法制备：

第一种制备工艺的步骤如下：

(1)将由钒化合物粉料与占钒化合物粉料重量2～15％的碳质粉料混配而成的混合粉料，以薄的料层铺载于料盘中，料盘迭叠成多层料车，由自动装置连续推送进出制备炉，进行预还原和氮化反应；

(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，其流向与粉料进料方向相反；

(3)物料在预还原反应阶段的温度控制在300～600℃，在氮化反应阶段的温度控制在600～780℃；

(4)物料反应结束后，在反应气体保护下冷却到50～100℃后以氮化钒合金粉体出炉。

(5)制备炉可采用隧道炉，可采用推板炉或用网带炉，可用传统加热方式或用微波加热方式。

第二种制备工艺的步骤如下：