一种复合钒氮合金、制作工艺及其使用方法技术

本发明专利技术提供了一种复合钒氮合金，所述复合钒氮合金表面包覆脱氧剂层，使脱氧剂在钢水中均匀扩散，提高氮向钢水中的传输速度。本申请还提供了所述复合钒氮合金的使用方法，具体包括：根据复合钒氮合金加入总量采取集中加入或分批加入的方式；将转炉冶炼终点的钢水温度控制为1640～1660℃；将转炉冶炼终点碳含量控制为0.08～0.20％，从而解决钢水中氮原子浓度局部过饱和、以及复合钒氮合金中的氮向钢水中传输速度过慢的问题。输速度过慢的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种复合钒氮合金、制作工艺及其使用方法


[0001]本专利技术涉及一种复合钒氮合金、制作工艺及其使用方法，属于炼钢过程中的合金


技术介绍

[0002]钒氮合金广泛应用于炼钢领域中，用于提高钢水中的V、N元素含量，在随后的轧钢或冷却过程中以VN形式析出，能大幅提高钢材强度。根据生产实践，在N含量充足的情况下，钢材成份质量分数中每0.01％的V约能提高钢材屈服强度25～30Mpa，而在N含量不充足的情况下，每0.01％的V只能提高钢材屈服强度15～20Mpa，其原因是由于VN对钢材的沉淀强化效果明显好于VC对钢材的沉淀强化效果。
[0003]但目前国内钢厂一般是向钢水中加入含钒77％、含氮15％的钒氮合金，加入方法为转炉出钢前期随钢流一次性集中加入，但存在复合钒氮合金中的氮回收率不稳定的问题，钒氮合金中的氮仅有约30～60％能留存于钢水中，其他的氮元素以氮气形式扩散进入大气中。
[0004]如中国专利CN104673971A公开了一种增加含钒钢筋中氮含量的方法，在转炉出钢过程中进行钢包底吹氮气搅拌，并在出钢过程中向钢包中加入脱氧剂使钢水氧活度控制在30ppm以下，同时加入转炉含钒炉渣进行钒合金化，增加钢包底吹氮气强度，使在LF精炼前钢水氮含量达到70～90ppm。然而由于脱氧剂无法在钢水中均匀扩散，存在脱氧的不均匀性，从而出现钢水氮含量不稳定以及氮含量较低的问题。
[0005]由以上可知，现有的钒氮合金及其使用方法存在氮含量回收率偏低和不稳定等问题，导致V的强化效果不能完全发挥，造成钢材性能偏低和不稳定，也是对钒资源的一种浪费。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种复合钒氮合金、制作工艺及其使用方法，以解决其氮含量回收率偏低和不稳定等问题，该方法主要包括以下部分：
[0007]第一部分，本专利技术提出一种复合钒氮合金，包括：钒氮合金、脱氧剂层。
[0008]所述脱氧剂层包覆于钒氮合金表面。
[0009]所述脱氧剂层厚度为2～4mm，脱氧剂层含有脱氧剂和粘结剂，所述脱氧剂和粘结剂的质量比为(98～99.5)：(0.5～2)，脱氧剂层重量占复合钒氮合金总重量的30～60％。
[0010]所述脱氧剂为Al、Ca、Ba质合金的一种或几种组合而成。
[0011]所述粘结剂包括：水玻璃、酚醛树脂。
[0012]所述钒氮合金为目前现有公开技术所生产的钒氮合金，以质量百分比计，其成分含量范围为V：75～78％、N：14～18％、C:1～5％、Fe:0.5～5％.
[0013]在V成份的目标控制值为0.04％的条件下，采用本申请所提供的复合钒氮合金，钢水中氮含量大于97ppm。
[0014]钢水中的[O]是表面活性原子，易在钢液表面吸附，因此[O]原子能和[N]原子在钢液表面争夺活性点，钢水中溶解氧[O]含量影响[N]原子在钢液表面的吸附，对吸氮过程有决定性影响，钢水中溶解氧[O]含量会显著影响复合钒氮合金中的氮向钢水中的传输速度；钢水中溶解氧[O]含量越高，钢液表面的活性[O]就越多，留存给[N]原子的活性点就会减少，钒氮合金中的[N]向钢水中的传输速度就会越慢，来不及传输进入钢水中的[N]就会以N2的形式逸出到大气中，造成钒氮合金中[N]元素回收率降低；钢水中溶解氧[O]含量与钒氮合金中的氮向钢水中的传输速度近似呈反比例关系。而表面含有脱氧剂层的复合钒氮合金加入钢水中后，脱氧剂层在钢液温度下先熔化，起到降低钢水中溶解氧[O]含量的作用，随后复合钒氮合金的内层VN开始熔化，由于此时钒氮合金周围钢水中溶解氧含量较低，复合钒氮合金的N元素可以快速扩散至钢液中，减少了由于钢液吸氮能力差导致的“复合钒氮合金中的氮”扩散至大气中，提高了复合钒氮合金中氮元素的回收率。
[0015]第二部分，本申请提出上述复合钒氮合金的制作工艺为：
[0016]将上述脱氧剂、粘结剂破碎后，混合均匀得到脱氧物料，然后利用压球机将上述脱氧物料压制至钒氮合金球表面。
[0017]所述脱氧剂、粘结剂破碎后的粒度≤2mm。
[0018]优选的，所述压制工艺为：
[0019]S1:利用模具将脱氧物料压制成中空半球，所述中空半球的中空部分与钒氮合金相契合；
[0020]S2:将钒氮合金填入中空半球的中空部分处，再将另一个中空半球与之压制成完整的球状物，
[0021]S3:将上述完整的球状物在100～200℃温度下烘干4～5小时。
[0022]所述钒氮合金球的生产工艺为：将含钒原料粉、氧化铁粉、碳质还原剂、粘结剂搅拌混合均匀后压块、成型，成型至球形或橄榄球形，然后送入煅烧窑中预热、干燥，处理完温度为400
‑
600℃，时间为3～5小时，然后加热至1200～1400℃，并在此温度下进行含钒物料的还原，含钒物料生成单质钒或碳化钒，反应过程中持续抽真空，窑内真空度为20～50pa，时间为2～3小时，然后将窑内温度控制至1100～1200℃，并在此温度下进行钒的氮化，气氛为N2气氛，气体压力为0.05～0.20Mpa，时间为2～4小时，含钒物质在N2氛围下生成为氮化钒，然后冷却出炉得到钒氮合金产品。
[0023]所述含钒原料粉、氧化铁粉、碳质还原剂、粘结剂的重量比为100：(3～5)：(25～30)：(0.4～0.8)。
[0024]第三部分，本申请提出上述复合钒氮合金的使用方法，所述复合钒氮合金的使用方法为：炼钢原料经冶炼，在转炉冶炼终点出钢并向钢包中加入复合钒氮合金。
[0025]所述加入钢包中复合钒氮合金的质量与钢包内钢水的质量需满足以下关系式：
[0026]0.003％+W
复合钒氮
*ω
N
/(100*W
钢水
)≤0.042％
①
[0027]式
①
中W
复合钒氮
为t时刻加入钢包中的复合钒氮合金总质量，(kg)；ω
N
为复合钒氮合金中的氮含量质量百分数，(％)；W
钢水
为t时刻放入钢包中的钢水总质量，(kg)；以上所述的t时刻为出钢任意时刻；0.003％表示的是转炉钢水未加钒氮合金时的原始氮浓度；0.042％表示的是[N]在钢液中的饱和溶解度。
[0028]优选的，所述复合钒氮合金加入方法为：
[0029]如果钢材成份中的目标V元素含量：V≤0.04％，则复合钒氮合金在转炉出钢1/4时开始加入，20秒内加完。
[0030]如果钢材成份中的目标V元素含量：0.04％＜V≤0.08％，则在转炉出钢1/4时开始加入复合钒氮合金总量的1/2，20秒内加完，在转炉出钢2/4时开始加入复合钒氮合金总量的另外1/2，20秒内加完。
[0031]如果钢材成份中的目标V元素含量：0.08％＜V≤0.12％，则在转炉出钢1/4时开始加入复合钒氮合金总量的1/3，20秒内加完，在转炉出钢2/4时开始加入复合钒氮合金总量的另外本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合钒氮合金，其特征在于，包括：钒氮合金、脱氧剂层；所述脱氧剂层包覆于钒氮合金表面。2.根据权利要求1所述的复合钒氮合金，其特征在于，脱氧剂层含有脱氧剂和粘结剂，所述脱氧剂和粘结剂的质量比为(98～99.5)：(0.5～2)，所述脱氧剂层重量占复合钒氮合金总重量的30～60％。3.根据权利要求1所述的复合钒氮合金，其特征在于，所述脱氧剂层厚度为2～4mm。4.根据权利要求2所述的复合钒氮合金，其特征在于，所述脱氧剂为Al、Ca、Ba质合金的一种或几种组合而成，所述粘结剂包括：水玻璃、酚醛树脂。5.根据权利要求1所述的复合钒氮合金，其特征在于，在V成份的目标控制值为0.04％的条件下，加入复合钒氮合金后，钢水中氮含量大于97ppm。6.一种如权利要求1所述的复合钒氮合金的制作工艺，其特征在于，包括如下步骤：将上述脱氧剂、粘结剂破碎后，混合均匀得到脱氧物料，然后利用压球机将所述脱氧物料压制至钒氮合金球表面；优选的，所述压制工艺为：S1:利用模具将脱氧物料压制成中空半球，所述中空半球的中空部分与钒氮合金相契合；S2:将钒氮合金填入中空半球的中空部分处，再将另一个中空半球与之压制成完整的球状物，S3:将上述完整的球状物在100～200℃温度下烘干4～5小时。7.一种如权利要求1所述的复合钒氮合金的使用方法，其特征在于，所述复合钒氮合金的使用方法为：炼钢原料经转炉冶炼，在转炉冶炼终点出钢并向钢包中加入复合钒氮合金。8.根据权利要求7所述的复合钒氮合金的使用方法，其特征在于，所述加入钢包中复合钒氮合金的质量与钢包内钢水的质量需满足以下关系式：0.003％+W
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘洪银，雷洲，姜丽，时英杰，张炯，徐尚富，李洋洋，苏晓明，刘炳俊，吕霞，李雪峰，梁辉，孙建卫，孙庆亮，吴秀军，赵培林，解莹琦，
申请(专利权)人：山东钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：