[发明专利]一种氮化钒的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及有色金属冶金技术领域，特别是涉及一种氮化钒的制备方法。

背景技术

钒在钢铁生产中是一种重要的合金元素，它在低微合金化钢中的应用非常广泛。研究表明钢中添加钒可以显著提高钢的强度，例如向钢中加入钒，可使其屈服强度由350MPa 提高到600MPa 以上。含钒钢不仅提高了强度，还改善了抗热疲劳性、可焊接性等综合性能。钒和碳、氮反应生成的化合物在钢中起沉淀硬化和晶粒细化的作用。传统的添加钒的方法是将钒铁加入钢液中。但是，近来大量研究和实践都表明，如果钒以氮化钒的形式加入至钢液内部可以更有效地对材料进行强化和细化晶粒，可以减少钒的加入量而达到同样的效果。与直接添加钒铁相比，在高强度低合金钢中使用氮化钒可节约20～40%左右的钒，从而大大降低了合金化的成本。VN 合金不仅适用于低碳建筑螺纹钢筋，而且在中、高碳钢中也可以大量应用，在发达国家发展很快。因此，生产VN 合金，提高其氮含量，降低其生产成本，对推动我国高端钢材品种的生产，具有巨大的经济技术效益和现实意义。

现有国内外VN 合金的生产，一般是以气体氨、氮气或氨－氮混合气为氮化剂，将原料混匀并压块后，在1000 - 1800℃的高温下强化氮化。例如：美国专利US33349992 公开的氮化钒的制备方法是将V2O3 和铁粉及碳粉混匀后压成块，在1385℃和6.7Pa真空度下还原60小时，先得碳化钒，再分别在1100℃ 和1000℃下分别渗氮2小时和6小时，制得含V78.7％，N 7.3％, C10.5％的氮化钒；CN1422800 公开的一种氮化钒的生产方法，是将粉末状的钒氧化物、碳质粉剂和粘结剂混合均匀后压块、成型，再将成型后的物料连续加入制备炉中，同时向制备炉通入氮气或氨气作反应和保护气体，制备炉需要加热到1000 - 1800℃，物料在该温度区域发生碳化和氮化反应，获得含V77 - 81 % , N 10.19- 14.65% , C 7.54－8.81％的氮化钒产品；CN 1 4789 15A 公开的氮化钒合金连续生产工艺，其原料组成配比为V₂O₅ 60 －85 % ，碳质还原料12－30 %，液态粘结剂3 －15 % ，原料经混合、压制成型和烘干后，装入还原氮化竖式电炉中，先后通过预热、预还原、还原氮化，使V₂O₅加碳球团料最终还原氮化生成氮化钒合金，制得的氮化钒合金含V77.46% , N10.46－12.65% , C3.82－5.10%；CN1562770A 公开的氮化钒的生产方法，是将含钒氧化物与活性碳或石墨粉、粘结剂按比例混匀、压块、成型，将成型后物料置入特制的工业微波加热炉中，不断抽气，保持真空度，预还原，碳化，氮化，自然冷却后出炉为氮化钒产品，该工艺预还原阶段的温度为600 -700℃，碳化阶段的温度为1300 －1500℃,氮化阶段的温度为900 - 1250℃,制得的氮化钒合金含V 76－80 % ，N 7－14 %，C 6－12 %；CN1587064 公开的氮化钒生产方法，该方法是先将粉状钒酸按、碳质粉剂混均后加入回转窑中进行预处理，回转窑保持微负压，将回转窑加热到600－800℃，并运行2 －3 小时，然后将上述混合物研细后加粘结剂压块成型后，放入立式管窑中，所述管窑内部用含氮的中性或还原气体作为反应和保护气体，在1100 －1900℃ 下，运行4－6小时并发生碳化和氮化反应，最终生产出氮化钒产品，其氮化钒产品含81％的V、9－16％的N 、2－8％的C。

以上几种方法有的需要1800℃以上的高温，有的对原料有特殊要求，有的N含量低，在生产和使用中存在较多困难。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种原料易得，工艺过程稳定，钒价态大于四价的钒原料能长时间维持运转，可实现连续生产，且反应温度低，还原效率高，氮含量高的氮化钒的制备方法。

本发明的另一目的是提供上述氮化钒的生产装置。

一种氮化钒的制备方法，其特征是：将粉末状钒氧化物、碳质还原剂及粘接剂水溶液混合均匀后压制成块状，再将块状物料烘干后连续加入到双通道推板窑内，在窑内压力10-100pa和气体保护条件下，在窑内各温度区域发生还原、烧结、氮化反应和冷却，最终生产出氮化钒。

所述粉末状钒氧化物和碳质还原剂按照3.4－3：1的重量比混合，粘接剂水溶液占上述两种物料总重量的8-25%，该水溶液质量浓度为2.0-3.0％。

所述粉末状钒氧化物的粒度要求过80目筛。