專利名稱：一種鐵水釩氮微合金化的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于冶金技術領域，特別涉及一種鐵水釩氮微合金化的方法。
背景技術：
釩氮合金化鋼材是一種廣泛使用的鋼材，氮化釩又稱釩氮合金，是一種新型合金 添加劑，可以替代釩鐵用于微合金化鋼的生產；氮化釩添加于鋼中能提高鋼的強度、韌性、 延展性及抗熱疲勞性等綜合機械性能，并使鋼具有良好的可焊性；釩氮合金可用于結構鋼， 工具鋼，管道鋼，鋼筋及鑄鐵中，應用于高強度低合金鋼中可同時進行有效的釩、氮微合金 化，促進鋼中碳、釩、氮化合物的析出，更有效的發(fā)揮沉降強化和細化晶粒作用。氮化釩一般是通過釩化合物和碳在高溫下通入氮化滲氮獲得，釩氮合金研發(fā)難度 大，存在高溫下反應物容易燒結，阻礙氣體流通；顆粒較小時，顆粒間孔隙較小，氣體流量不 暢；氮化時間長，產量低，且價格昂貴，釩利用率低。目前鋼鐵釩氮微合金化，都是通過煉鋼、精煉時將釩氮合金從頂部加入鋼水中，釩 氮合金易進入鋼渣中或煙氣中，釩氮合金收得率低，均勻性差，成本高，控制難度大。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對現有釩氮合金制取和煉鋼技術中釩氮合金化成本高，收得率 低，控制難度大等問題，提供一種鐵水釩氮微合金化的方法。本發(fā)明的方法按以下步驟進行
1、鐵水冶煉完成后在進行煉鋼之前，先向鐵水包內噴吹氮氣廣lOmin，氮氣供氣強度為 0. ΟΓΟ. 05Nm3/t · min,使鐵水中的氮的重量含量達到0. 008 0. 012% ；
2、通過噴粉裝置以氮氣為載氣將五氧化二釩粉料噴吹到鐵水中，氮氣同時作為反 應原料和攪拌動力來源，其中五氧化二釩的噴吹量為0. 8 2kg/t鐵水，氮氣供氣強度為 0. ΟΓΟ. 06Nm3/t · min ；
3、五氧化二釩粉料噴吹完后繼續(xù)噴吹氮氣2、min，氮氣供氣強度為0.0廣0.03Nm3/ t · min，獲得釩氮合金化鐵水。上述的五氧化二釩粉料的粒度< 0. 05mm。上述的噴粉裝置為底吹噴粉裝置，包括噴粉罐和狹縫式噴粉透氣磚，噴粉透氣磚 的狹縫寬度為0. 15^0. 24mm。上述的方法獲得的釩氮合金化鐵水中釩的重量百分比為0. 04、. 1%。上述方法中釩的收得率彡90%。將上述的釩氮合金化鐵水按常規(guī)方式進行熔煉及精煉，獲得釩氮合金鋼，與傳統(tǒng) 的在鋼水中加入釩氮合金冶煉同類鋼材相比，本發(fā)明的產品的綜合性能指標達到了相同或 更好的性能效果。本發(fā)明的原理在于鐵水對氮的溶解度高于鋼水，同時鐵水溫度較鋼水溫度低約 200^4000C，更利于鐵水中的氮的溶解度的增加，在吹氮情況下，其含量會更高，更利于反應的進行。另外噴吹氮氣在增加氮含量的同時提高了鐵水的攪拌，促進了反應的進行；在鐵存 在的情況下，能提高反應產物的氮含量；鐵水中游離碳元素的含量遠遠大于鋼水中的游離 碳，對促進反應更為有利，使反應更充分。在鐵水中吹氮并吹入五氧化二釩，促進了碳、氮和釩的析出，增強了釩的沉淀作用 和晶粒細化作用；與傳統(tǒng)的在鋼水中加入氮化釩相比，釩氮合金的利用率高，損失更??；在 后期熔煉和精煉過程中無須再加入氮化釩，按常規(guī)方式冶煉即可獲得釩氮合金化鋼材；向 鐵水中噴吹顆粒較小五氧化二釩粉料，使反應物的比表面積加大，增加了反應界面；本發(fā)明 采用底吹噴粉的方式即通過設置在鐵水包底部的狹縫式噴粉透氣磚噴吹五氧化二釩粉料， 能夠避免通過向鐵水上部加入粉料導致粉料上浮并進入渣中，進而影響釩的收得率和分 布，影響產品質量和性能等問題；在噴吹五氧化二釩后繼續(xù)吹氮能夠促進反應進一步進行， 保持釩在鐵水中分布均勻，防止粉料堵塞管路。本發(fā)明的方法釩的利用率高，以制備400MPa級20MnSiV鋼筋為例，每噸可降低釩 的用量2(Γ50%，五氧化二釩的價格約為氮化釩的一半，與常規(guī)技術加入氮化釩進行微合金 化相比能夠大幅降低成品鋼材的成本，且方法簡單，易于實現。
具體實施例方式本發(fā)明實施例中采用的鐵水原料成分按重量百分比為C3. 9^4. 1%, SiO. 42 0. 45%, MnO. 60 0· 68%, P 彡 0. 07%, S 彡 0. 05%, NO. 006 0. 010%，余量為 Fe。本發(fā)明實施例中獲得的釩氮合金化鐵水成分按重量百分比為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%,余量為Fe。本發(fā)明實施例中噴吹氮氣和噴吹V2O5粉料采用底吹噴粉裝置。本發(fā)明實施例中采用的底吹噴粉裝置包括噴粉罐，該噴粉罐為帶有變速螺旋輸送 機的pre噴粉罐。本發(fā)明實施例中采用的V2O5粉料為工業(yè)級產品，重量純度彡98%。本發(fā)明實施例的對比實驗中采用的氮化釩粉料為工業(yè)級產品，重量純度> 98%。本發(fā)明實施例中采用的氮氣的重量純度> 99. 99%。實施例1
采用的高爐為450m3，鐵水包為45t，鐵水冶煉完成后的成分按重量百分比為C3. 9%, SiO. 42%, MnO. 60%, P0. 06%, SO. 05%, NO. 006%,余量為 Fe ；
先向鐵水內噴吹氮氣lOmin，氮氣供氣強度為0. 02Nm3/ t · min ；使鐵水中N重量含量 達到 0. 007% ；
通過底吹噴粉裝置以氮氣為載氣將粒度< 0. 05mm的V2O5粉料噴吹到鐵水中，其中V2O5 粉料的噴吹量為0. 8kg/t鐵水，氮氣供氣強度為0. 03Nm3/t -min ；底吹噴粉裝置的狹縫式噴 粉透氣磚的狹縫寬度為0. 15mm ；
V2O5粉料噴吹完后繼續(xù)噴吹氮氣5min，氮氣供氣強度為0. 01Nm3//t · min,獲得釩氮 合金化鐵水，其成分按重量百分比為C3. 9%, SiO. 41%, MnO. 60%, V0. 04%, P0. 06%, S0. 05%, NO. 009%，余量為Fe ；釩的收得率91. 1% ；
按常規(guī)方式進行熔煉及精煉，即可獲得400MPa級20MnSiV鋼；采用傳統(tǒng)方式制備400MPa級20MnSiV鋼，在精煉過程中加入氮化釩，氮化釩消耗量為 1. lkg/t鋼水；與傳統(tǒng)方式相比上述方法釩的消耗量降低44. 9%。實施例2
采用的高爐為550m3，鐵水包為60t，鐵水冶煉完成后的成分按重量百分比為C4. 0%, SiO. 45%, MnO. 63%, P0. 07%, SO. 05%, NO. 009%,余量為 Fe ；
先向鐵水內噴吹氮氣3min，氮氣供氣強度為0. 04Nm3/t · min，使鐵水中N重量含量達 到 0. 010 % ；
通過底吹噴粉裝置以氮氣為載氣將粒度< 0. 05mm的V2O5粉料噴吹到鐵水中，其中V2O5 粉料的噴吹量為1. Okg/t鐵水，氮氣供氣強度為0. 03Nm3//t · min底吹噴粉裝置的狹縫式 噴粉透氣磚的狹縫寬度為0. 18mm ；
V2O5粉料噴吹完后繼續(xù)噴吹氮氣4min，氮氣供氣強度為0. 02Nm3//t · min,獲得釩氮 合金化鐵水，其成分按重量百分比為C4. 0%, SiO. 44%, MnO. 63%, V0. 05%, P0. 07%, SO. 05%, NO. 011%余量為Fe ；釩的收得率91. 1% ；
按常規(guī)方式進行熔煉及精煉，可獲得400MPa級20MnSiV鋼；
采用傳統(tǒng)方式制備400MPa級20MnSiV鋼，在精煉過程中加入氮化釩，氮化釩消耗量為 1. 3kg/t鋼水；與傳統(tǒng)方式相比上述方法釩的消耗量降低41. 7%。實施例3
采用的高爐為850m3，鐵水包為80t，鐵水冶煉完成后的成分按重量百分比為C4. 1%, SiO. 45%, MnO. 65%, P0. 07%, S0. 05%, N 0. 009%，余量為 Fe ；
先向鐵水內噴吹氮氣8min，氮氣供氣強度為0. 04Nm3//t ·π η，使鐵水中N重量含量達 至Ij 0.011 % ；
通過底吹噴粉裝置以氮氣為載氣將粒度< 0. 05mm的V2O5粉料噴吹到鐵水中，其中V2O5 粉料的噴吹量為1. 4kg/t鐵水，氮氣供氣強度為0. 04Nm3//t · min ；底吹噴粉裝置的狹縫式 噴粉透氣磚的狹縫寬度為0. 20mm ；
V2O5粉料噴吹完后繼續(xù)噴吹氮氣3min，氮氣供氣強度為0. 02Nm3//t · min,獲得釩氮 合金化鐵水，其成分按重量百分比為C4. 1%, SiO. 44%, MnO. 65%, V0. 07%, P0. 07%, S0. 05%, NO. 012%余量為Fe ；釩的收得率91. 0% ；
按常規(guī)方式進行熔煉及精煉，即可獲得400MPa級20MnSiV鋼； 采用傳統(tǒng)方式制備400MPa級20MnSiV鋼，在精煉過程中加入氮化釩，氮化釩消耗量為 1. 6kg/t鋼水；與傳統(tǒng)方式相比上述方法釩的消耗量降低33. 7%。實施例4
采用的高爐為1000m3，鐵水包為120t，鐵水冶煉完成后的成分按重量百分比為C4. 0%, SiO. 45%, MnO. 68%, P0. 05%, S0. 05%, N 0. 010%，余量為 Fe ；
先向鐵水內噴吹氮氣7min，氮氣供氣強度為0. 05Nm3/t · min ；使鐵水中N重量含量達 到 0.011%;
通過底吹噴粉裝置以氮氣為載氣將粒度< 0. 05mm的V2O5粉料噴吹到鐵水中，其中V2O5 粉料的噴吹量為2kg/t鐵水，氮氣供氣強度為0. 06Nm3//t · min ；底吹噴粉裝置的狹縫式噴 粉透氣磚的狹縫寬度為0. 24mm ；
V2O5粉料噴吹完后繼續(xù)噴吹氮氣4min，氮氣供氣強度為0. 03Nm3//t · min,獲得釩氮合金化鐵水，其成分按重量百分比為C4. 0%, SiO. 44%, MnO. 68%, V0. 1%，P0. 05%, SO. 05%, NO. 012%，余量為Fe ；釩的收得率90. 9% ；
按常規(guī)方式進行熔煉及精煉，可獲得400MPa級20MnSiV鋼；
采用傳統(tǒng)方式制備400MPa級20MnSiV鋼，在精煉過程中加入氮化釩，氮化釩消耗量為 2. lkg/t鋼水；與傳統(tǒng)方式相比上述方法釩的消耗量降低27. 6%。
實施例5
采用的高爐和鐵水包同實施例4，鐵水冶煉完成后的成分同實施例4 ； 鐵水冶煉完成后的成分按重量百分比為C4. 0%, SiO. 44%，MnO. 66%，P0. 05%, SO. 05%, N 0. 008%,余量為 Fe ；
先向鐵水內噴吹氮氣lmin，氮氣供氣強度為0. OlNmVt · min ； 通過底吹噴粉裝置以氮氣為載氣將粒度≤0. 05mm的V2O5粉料噴吹到鐵水中，其中V2O5 粉料的噴吹量為0. 81kg/t鐵水，氮氣供氣強度為0. 01Nm3//t -min ；底吹噴粉裝置的狹縫式 噴粉透氣磚的狹縫寬度為0. 24mm ；
V2O5粉料噴吹完后繼續(xù)噴吹氮氣2min，氮氣供氣強度為0. 01Nm3//t · min,獲得釩氮 合金化鐵水，其成分按重量百分比為C4. 0%, SiO. 43%, MnO. 66%, V0. 04%, P0. 05%, SO. 05%, NO. 009%，余量為Fe ；釩的收得率90. 0% ；
按常規(guī)方式進行熔煉及精煉，可獲得400MPa級20MnSiV鋼；
采用傳統(tǒng)方式制備400MPa級20MnSiV鋼，在精煉過程中加入氮化釩，氮化釩消耗量為 0. 9kg/t鋼水；與傳統(tǒng)方式相比上述方法釩的消耗量降低31. 6%。
權利要求
一種鐵水釩氮微合金化的方法，其特征在于按以下步驟進行(1)鐵水冶煉完成后在進行煉鋼之前，先向鐵水包內噴吹氮氣1~10min，氮氣供氣強度為0.01~0. 06Nm3/t·min，使鐵水中的氮的重量含量達到0.008~0.025%；(2)通過噴粉裝置以氮氣為載氣將五氧化二釩粉料噴吹到鐵水中，氮氣同時作為反應原料和攪拌動力來源，其中五氧化二釩的噴吹量為0.8~2kg/t鐵水，氮氣供氣強度為0.01~0.07 Nm3/t·min；(3)五氧化二釩粉料噴吹完后繼續(xù)噴吹氮氣2~5min，氮氣供氣強度為0.01~0.03 Nm3/t·min，獲得釩氮合金化鐵水。
2.根據權利要求1所述的一種鐵水釩氮微合金化的方法，其特征在于所述的五氧化二 釩粉料的粒度< 0. 05mm。
3.根據權利要求1所述的一種鐵水釩氮微合金化的方法，其特征在于所述的噴粉裝置 為底吹噴粉裝置，包括狹縫式噴粉透氣磚，噴粉透氣磚的狹縫寬度為0. 15^0. 24mm。
4.根據權利要求1所述的一種鐵水釩氮微合金化的方法，其特征在于釩的收得率 ^ 91%。
全文摘要
一種鐵水釩氮微合金化的方法，屬于冶金技術領域，按以下步驟進行(1)鐵水冶煉完成后在進行煉鋼之前，先向鐵水包內噴吹氮氣使鐵水中的氮的重量含量達到0.008~0.012%；(2)采用底吹噴粉裝置，以氮氣為載氣將五氧化二釩粉料通過狹縫式透氣磚噴吹到鐵水中，氮氣同時作為反應原料和攪拌動力來源；(3)粉料噴吹完后繼續(xù)噴吹氮氣，獲得釩氮合金化鐵水。本發(fā)明的方法釩的利用率高，可大幅降低成品鋼材的成本，且方法簡單，易于實現。
文檔編號C22C33/04GK101988170SQ20101057431
公開日2011年3月23日 申請日期2010年12月6日 優(yōu)先權日2010年12月6日
發(fā)明者周建安, 周鵬, 戚德錄, 李旭 申請人:周建安