[發明專利]一種采用碳熱還原及氮化合成含釩煉鋼添加劑的方法

在審

• 申請號: 201710187400.1
• 申請日: 2017-03-27
• 公開（公告）號: CN106987748A
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 張國華;吳躍東
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C27/02
• 分類號: C22C27/02;C22C1/10
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司11237
• 代理人: 張仲波

技術領域

本發明屬于鐵合金制備領域，具體涉及一種新型含釩煉鋼添加劑及其制備的方法。

背景技術

1.我國是釩資源大國，擁有豐富的含釩頁巖資源，總蘊藏量居世界首位。隨著我國鋼鐵行業的快速發展，對于高品質鋼種的需求也日益提高。釩鐵，釩氮合金及氮化釩鐵是三種主要的冶煉高強度微合金鋼的添加劑。在達到相同強度下，添加氮化釩能夠有效地使用氮元素來優化釩的析出狀態，增強析出強化和細晶強化的作用，因此能夠優化鋼的性能。并可節約釩加入量30-40％，進而降低了成本。但是釩氮合金的密度較低，并且目前工業上使用的釩氮合金雜質含量碳或者氧含量較高。氮化釩鐵雖然密度較高，但是釩和氮的品位較低，目前國標中[GB/T 30896-2014,氮化釩鐵]最高品位的氮化釩鐵為FeV65N，氮含量為11％-15％。

發明內容

本發明提供一種采用碳熱還原及氮化合成含釩煉鋼添加劑的方法，本發明以釩的氧化物、鐵的氧化物以及炭質還原劑為主要原料，在推板窯中，通過一系列處理步驟，制備獲得含較低鐵含量的釩氮合金，成分為含釩65-78％，含氮16-20％,含鐵0-15％，碳0-2％，氧0-2％，產品中P、S、Si、Al、Mn含量均處于極低的水平。該產品為致密塊狀，密度達到3.5-5.0g/cm³。另外，由于本方法直接利用釩氧化物為原料，不以釩鐵為原料，降低生產成本，提高生產效率。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種采用碳熱還原及氮化合成含釩煉鋼添加劑的方法，其特征在于添加劑成分為鐵含量小于15％的釩氮合金，主要元素含量為含釩65-78％，含氮16-20％,含鐵0-15％，碳0-2％，氧0-2％；制備方法以釩的氧化物、鐵的氧化物或鐵、粘結劑以及炭質還原劑為主要原料，混勻壓塊后，將其放入充滿氮氣氣氛的窯爐中進行高溫碳熱還原及氮化反應，先后經歷窯爐的預還原區、高溫碳熱還原氮化區和冷卻區三個反應區域，制備含釩煉鋼添加劑。

進一步地，所述制備氮化釩鐵的原料僅有釩的氧化物、鐵單質或其氧化物、粘結劑以及炭質還原劑，并無添加其他影響產品品質的原料。其中釩的氧化物包括V₂O₃、V₂O₅和VO、偏釩酸銨和多釩酸銨；鐵的氧化物包括FeO、Fe₂O₃和Fe₃O₄，氧化鐵皮；炭質還原劑包括石墨、炭黑，活性炭、石油焦、焦炭及其它含碳還原劑；粘結劑包括面粉、聚乙烯醇、淀粉、纖維素、糖漿等。

進一步地，所述制備氮化釩鐵的方法具體是：以釩的氧化物、鐵的氧化物以及炭質還原劑為主要原料，將以上所述原料按一定比例混合并成型后，然后將其放入推板窯中，通入氮氣氣氛，經歷設備的3個反應區域，制備獲得所述產品。所述預還原階段的溫度為600-650℃，所述高溫碳熱還原氮化區域的溫度為1500-1600℃。原料首先被推入預還原區反應0.5--1.5h后，推至高溫碳熱還原氮化區反應2.5--3.5h，當達到反應時間后，產品推入冷卻區降溫至常溫。

相對于釩氮合金，少量鐵的加入不僅能保持較高的釩和氮的含量，同時可起到粘結劑的作用，提高產品的致密度及密度。

相對于氮化釩鐵，本產品的釩和氮的含量較高，鐵的含量較低。國標中氮化硅鐵中釩的含量一般小于65wt％，而本產品釩的含量在65wt％以上。

由于本產品直接以釩氧化物為原料，產品中P、S、Si、Al、Mn含量均處于極低的水平，較以釩鐵為原料，本方法能夠從原料上減少這類雜質元素的帶入。

本發明提出的新型含釩煉鋼添加劑，鐵含量較低(<15wt％)，釩和氮的含量較高。與釩氮合金比較，本產品由于鐵的加入，密度和致密度較高；與氮化釩鐵比較，本產品的釩和氮的品位較高。本發明直接采用釩的氧化物、鐵的氧化物或鐵、粘結劑以及炭質還原劑為主要原料，混勻壓塊后，將其放入充滿氮氣氣氛的窯爐中進行高溫碳熱還原及氮化反應，為一種短流程制備技術，成本較低。

本發明的有益技術效果：

(1)碳熱還原及氮化合成氮化釩鐵是在常壓下進行的，成本低。

(2)本工藝的合成方法為以釩氧化物為原料的短流程方法，大大縮短了生產周期，從能源、設備、原料上大大降低了生產成本。

(3)本產品相比釩氮合金，鐵的加入起到粘結相的作用，可提高產品的密度和致密度，提高煉鋼過程中的收得率；相比于氮化釩鐵，較低的鐵含量可提高釩和氮的品位。