一种氮化钒铁合金添加剂的制备方法技术

本发明专利技术涉及含钒合金生产技术领域，尤其涉及一种氮化钒铁合金添加剂的制备方法，通过对冶炼原料以及对制备工艺的调整，降低了氮化钒铁合金添加剂的熔点，提高了合金添加剂的密度，拓宽了氮化钒铁合金添加剂的使用范围；并利用合金增氮剂与非合金增氮剂之间的协同作用，使合金添加剂中的氮含量得以提高；冶炼原料中的其他合金组分还能对钢水中的元素含量进行补充，降低相应合金原料的消耗，对钢水的合金化脱氧过程也会产生一定的积极效果。合金化脱氧过程也会产生一定的积极效果。

【技术实现步骤摘要】
一种氮化钒铁合金添加剂的制备方法


[0001]本专利技术涉及含氮合金生产
，尤其涉及一种氮化钒铁合金添加剂的 制备方法。

技术介绍

[0002]氮化钒铁合金是目前炼钢合金化工艺的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，不仅能增加钢中的氮含量，还能脱除钢液中的有害 杂质氧，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，在达到相同强度的前提下，氮化钒铁合金添加剂的用量可 比钒铁合金的用量少30％
‑
40％，能显著降低合金添加剂的成本。
[0003]随着钢铁行业的不断发展，对合金添加剂的需求量不断加大，对合金添加 剂的质量要求也在不断提高，但是由于氮化钒铁合金的熔点高，密度小，难以 满足不同钢水的合金化要求，在合金化过程中也难以迅速进入钢水内部，导致 钢水合金化效率差，冶炼时间长的问题一直存在，这也无形中提高了炼钢成本。 因此研发出一种适应能力强，缩短钢水合金化时间的氮化钒铁合金添加剂一直 是研究人员的重点研究方向。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的氮化钒铁合金添加剂密度小，熔点高，在使用的过程中难 以满足多种钢水对添加剂要求的技术问题，本专利技术提供一种氮化钒铁合金添加 剂的制备方法，采用本方法所制得的氮化钒铁含氮量高，密度大，熔点低，能 满足各种钢冶炼过程中对合金添加剂的需求。
[0005]为达到上述专利技术目的，本专利技术实施例采用了如下的技术方案：
[0006]本专利技术实施例提供了一种氮化钒铁合金添加剂的制备方法，所述氮化钒铁 合金添加剂以钒铁合金原料、合金增氮剂、非合金增氮剂、铝粉、碳粉和铁氧 化物为原料冶炼而成，具体包括以下步骤：
[0007]S1：在氮气或惰性气体保护的条件下将钒铁合金原料和合金增氮剂粉碎后 留取120
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150目的物料，非合金增氮剂、铝粉、碳粉和铁氧化物粉碎后留取40
‑
60 目的物料；
[0008]S2：将非合金增氮剂、铝粉、碳粉、铁氧化物混合均匀得到组分A，将所 述钒铁合金、合金增氮剂混合均匀后得到组分B，在搅拌的状态下将组分A加 入到组分B中得到混合好的冶炼原料，将冶炼原料平铺在冶炼容器中；
[0009]S3：将冶炼容器转移至加热到预设温度的熔炼炉中，抽真空后通入氮气， 在氮气气氛中进行置换反应，反应结束后升温并持续通入氮气，点火进行氮化 反应，反应结束后在氮气气氛中冷却至室温，即得氮化钒铁合金添加剂。
[0010]相对于现有技术，本申请公开的氮化钒铁合金添加剂的制备方法采用了铝 粉、碳粉和铁氧化物作为合金的冶炼原料，将碳粉与铁氧化物的置换反应与铝 粉的低熔点相结合，降低了氮化钒铁合金添加剂的熔点，提高氮化钒铁合金添 加剂的密度，拓宽了氮化钒
铁合金添加剂的使用范围；铝元素还能作为钢水除 氧剂，进一步降低钢水中的含氧量，提高钢水冶炼效率；在氮化过程中，氮气 可以沿非合金增氮剂受热分解产生的气体排出体系时留下的路径进入产品，同 时合金增氮剂优异的固氮性能可将氮分子固定在产品中，两者相互协同，共同 提高了产品的含氮量和氮化效率，合金增氮剂中的金属元素也可作为合金添加 剂的有效成分，在炼钢过程中也可降低相应合金原料的添加量；在冶炼过程中， 粒度不同的原料先相互混合，再共同混合，粒度小的原料可以填补粒度大的合 金原料间的空隙，提高了产品的混合均匀性，同时更容易发挥各组分协同作用。
[0011]优选地，合金增氮剂为锰铁合金、硅铁合金和铬铁合金中的至少一种，非 合金增氮剂为碳酸铵、碳酸氢铵和硫酸亚铁铵中的至少一种。
[0012]优选的合金增氮剂中金属含量更高，杂质更少，不仅可以保证氮化钒铁合 金添加剂的质量，避免更多的杂质掺杂，又能对合金添加剂中的金属元素含量 进行有效控制，提高氮含量；优选的非合金增氮剂受热可分解为多种气体，且 无固体残留，产生的氨分子掺杂在合金添加剂中，本身就可以提高合金的氮含 量，排出体系又能创造一定的分子路径，提高合金的表体比，为后续的氮化反 应氮气进入合金内部创造有利条件，提高氮化反应效率，缩短反应时间。
[0013]优选地，氮化钒铁合金添加剂的冶炼原料中的钒铁合金与合金增氮剂的质 量比为1:0.23
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1.60，两者的质量和占全体原料质量的85％
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93％。
[0014]优选地：S1粉碎过程中用于保护的氮气或惰性气体的压力≥0.1Mpa。
[0015]粉碎过程中进行气体保护可降低合金原料中的有效成分被氧化，也可降低 原料中氧气的携带量，避免在冶炼过程中原料氧化变质，降低产品质量。
[0016]优选地，S2中冶炼原料在冶炼容器中平铺的厚度为100mm
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500mm。
[0017]优选的原料平铺厚度，可以保证合金原料在冶炼过程中受热更加均匀，也 有助于冶炼过程中还原反应和氮化反应的进行，使合金原料氮化更加完全，提 高反应速率。
[0018]优选地，S3中熔炼炉的预设温度为600℃
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900℃，置换反应时间为4h
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6h， 置换反应过程中控制熔炼炉内氮气压力≥0.1Mpa。
[0019]优选的预设温度，可以使铝粉融化的同时保证碳与氧化铁的还原反应，共 同降低合金原料的熔点，使合金原料之间的连接更加紧密，在4h
‑
6h的氧化反 应时间内，原料会反应的更加完全和充分，避免过多的氧夹杂。
[0020]优选地，S3中氮化反应的温度为1000℃
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1600℃，反应时间为20h
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30h，氮 化反应过程中的氮气压力为6Mpa
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15Mpa，用于维持的氮气压力的氮气纯度≥ 99.00％。
[0021]在1000℃
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1600℃，6Mpa
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15Mpa的环境下，合金原料具有更高的反应活性， 氮化反应速率也更快，氮气纯度有助于保证产品的质量，原则上越纯越好。
[0022]优选地，S3的冷却过程中控制熔炼炉内氮气气氛的压力≥0.1Mpa。
[0023]优选地，钒铁合金原料中钒的质量百分含量为45.00％
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85.00％；合金增氮 剂中的锰铁合金中锰的质量百分含量为60.00％
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95.00％，余量为铁和不可避免 的杂质元素；硅铁合金中硅的质量百分含量为50.00％
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80.00％，余量为铁和不 可避免的杂质元素；铬铁合金中铬的质量百分含量为52.00～72.00％，余量为铁 和不可避免的杂质元素。
[0024]本申请还提供一种采用上述氮化钒铁合金添加剂的制备方法制得的氮化钒 铁合金添加剂，具体包括以下质量百分含量的元素：V：30％
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40％，N：20％
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25％， 增氮元素：
15％
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25％，Al：0.5％
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化钒铁合金添加剂的制备方法，其特征在于，所述氮化钒铁合金添加剂以钒铁合金、合金增氮剂、非合金增氮剂、铝粉、碳粉和铁氧化物为原料冶炼而成，具体包括以下步骤：S1：在氮气或惰性气体保护的条件下将所述钒铁合金和合金增氮剂粉碎至120
‑
150目，所述非合金增氮剂、铝粉、碳粉和铁氧化物粉碎至40
‑
60目；S2：将所述非合金增氮剂、铝粉、碳粉、铁氧化物混合均匀得到组分A，将所述钒铁合金、合金增氮剂混合均匀后得到组分B，在搅拌的状态下将所述组分A加入到组分B中得到冶炼原料，将所述冶炼原料平铺在冶炼容器中；S3：将所述冶炼容器转移至加热至预设温度的熔炼炉中，抽真空后通入氮气，在氮气气氛中进行置换反应，反应结束后升温并持续通入氮气，点火进行氮化反应，反应结束后在氮气气氛中冷却至室温，即得所述氮化钒铁合金添加剂。2.如权利要求1所述的氮化钒铁合金添加剂的制备方法，其特征在于，所述合金增氮剂为锰铁合金、硅铁合金和铬铁合金中的至少一种，所述非合金增氮剂为碳酸铵、碳酸氢铵和硫酸亚铁铵中的至少一种。3.如权利要求2所述的氮化钒铁合金添加剂的制备方法，其特征在于，所述钒铁合金添加剂的冶炼原料中钒铁合金和与合金增氮剂的质量比为1:0.23
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1.60，两者质量和占全体原料质量的85％
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93％。4.如权利要求1所述的氮化钒铁合金添加剂的制备方法，其特征在于，S1粉碎过程中用于保护的氮气或惰性气体的压力≥0.1Mpa。5.如权利要求1所述的氮化钒铁合金添加剂的制备方法，其特征在于，S2中所述冶炼原料在所述冶炼容器中平铺的厚度为100mm
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500mm。6.如权利要求1所述的氮化钒铁合金添加剂的制备方法，其特征在于，S3中所述预设温度为600℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宝华，高明磊，于继洋，李东明，张明博，贾立根，
申请(专利权)人：河钢股份有限公司承德分公司河北燕山钒钛产业技术研究有限公司，
类型：发明
国别省市：