[发明专利]一种采用碳热还原及氮化合成含钒炼钢添加剂的方法

说明书

技术领域

本发明属于铁合金制备领域，具体涉及一种新型含钒炼钢添加剂及其制备的方法。

背景技术

1.我国是钒资源大国，拥有丰富的含钒页岩资源，总蕴藏量居世界首位。随着我国钢铁行业的快速发展，对于高品质钢种的需求也日益提高。钒铁，钒氮合金及氮化钒铁是三种主要的冶炼高强度微合金钢的添加剂。在达到相同强度下，添加氮化钒能够有效地使用氮元素来优化钒的析出状态，增强析出强化和细晶强化的作用，因此能够优化钢的性能。并可节约钒加入量30-40％，进而降低了成本。但是钒氮合金的密度较低，并且目前工业上使用的钒氮合金杂质含量碳或者氧含量较高。氮化钒铁虽然密度较高，但是钒和氮的品位较低，目前国标中[GB/T 30896-2014,氮化钒铁]最高品位的氮化钒铁为FeV65N，氮含量为11％-15％。

发明内容

本发明提供一种采用碳热还原及氮化合成含钒炼钢添加剂的方法，本发明以钒的氧化物、铁的氧化物以及炭质还原剂为主要原料，在推板窑中，通过一系列处理步骤，制备获得含较低铁含量的钒氮合金，成分为含钒65-78％，含氮16-20％,含铁0-15％，碳0-2％，氧0-2％，产品中P、S、Si、Al、Mn含量均处于极低的水平。该产品为致密块状，密度达到3.5-5.0g/cm³。另外，由于本方法直接利用钒氧化物为原料，不以钒铁为原料，降低生产成本，提高生产效率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种采用碳热还原及氮化合成含钒炼钢添加剂的方法，其特征在于添加剂成分为铁含量小于15％的钒氮合金，主要元素含量为含钒65-78％，含氮16-20％,含铁0-15％，碳0-2％，氧0-2％；制备方法以钒的氧化物、铁的氧化物或铁、粘结剂以及炭质还原剂为主要原料，混匀压块后，将其放入充满氮气气氛的窑炉中进行高温碳热还原及氮化反应，先后经历窑炉的预还原区、高温碳热还原氮化区和冷却区三个反应区域，制备含钒炼钢添加剂。

进一步地，所述制备氮化钒铁的原料仅有钒的氧化物、铁单质或其氧化物、粘结剂以及炭质还原剂，并无添加其他影响产品品质的原料。其中钒的氧化物包括V₂O₃、V₂O₅和VO、偏钒酸铵和多钒酸铵；铁的氧化物包括FeO、Fe₂O₃和Fe₃O₄，氧化铁皮；炭质还原剂包括石墨、炭黑，活性炭、石油焦、焦炭及其它含碳还原剂；粘结剂包括面粉、聚乙烯醇、淀粉、纤维素、糖浆等。

进一步地，所述制备氮化钒铁的方法具体是：以钒的氧化物、铁的氧化物以及炭质还原剂为主要原料，将以上所述原料按一定比例混合并成型后，然后将其放入推板窑中，通入氮气气氛，经历设备的3个反应区域，制备获得所述产品。所述预还原阶段的温度为600-650℃，所述高温碳热还原氮化区域的温度为1500-1600℃。原料首先被推入预还原区反应0.5--1.5h后，推至高温碳热还原氮化区反应2.5--3.5h，当达到反应时间后，产品推入冷却区降温至常温。

相对于钒氮合金，少量铁的加入不仅能保持较高的钒和氮的含量，同时可起到粘结剂的作用，提高产品的致密度及密度。

相对于氮化钒铁，本产品的钒和氮的含量较高，铁的含量较低。国标中氮化硅铁中钒的含量一般小于65wt％，而本产品钒的含量在65wt％以上。

由于本产品直接以钒氧化物为原料，产品中P、S、Si、Al、Mn含量均处于极低的水平，较以钒铁为原料，本方法能够从原料上减少这类杂质元素的带入。

本发明提出的新型含钒炼钢添加剂，铁含量较低(<15wt％)，钒和氮的含量较高。与钒氮合金比较，本产品由于铁的加入，密度和致密度较高；与氮化钒铁比较，本产品的钒和氮的品位较高。本发明直接采用钒的氧化物、铁的氧化物或铁、粘结剂以及炭质还原剂为主要原料，混匀压块后，将其放入充满氮气气氛的窑炉中进行高温碳热还原及氮化反应，为一种短流程制备技术，成本较低。

本发明的有益技术效果：

(1)碳热还原及氮化合成氮化钒铁是在常压下进行的，成本低。

(2)本工艺的合成方法为以钒氧化物为原料的短流程方法，大大缩短了生产周期，从能源、设备、原料上大大降低了生产成本。

(3)本产品相比钒氮合金，铁的加入起到粘结相的作用，可提高产品的密度和致密度，提高炼钢过程中的收得率；相比于氮化钒铁，较低的铁含量可提高钒和氮的品位。