[发明专利]一种钒氮合金生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钒氮合金生产方法，属于冶金技术领域。

背景技术

目前，生产含钒钢铁材料时，通常使用添加含钒合金的方法来实现。而钢中增氮促进钒的析出，增强钒的沉淀强化作用，明显提高钢的强度。因此，为了减少钒的添加量、改善钢铁的强韧性能，充分利用廉价而富有的元素氮对提高钢的性能、降低生产成本。在保证钢材强度一定前提下，含钒合金最好以钒氮合金的形式添加，增加钢中氮元素含量可减少钒的加入量，达到降低成本的目标，钢中增氮可使钒的用量节约20-40％。因此，含钒钢铁材料生产对优质钒氮合金的需求日益增加。

目前，关于钒氮合金生产方法，见有关方面报导有多种多样，在原料配方配比、制备工艺过程、加热用炉窑等方面各有不同，但主要工艺路线均是用钒的氧化物配加还原剂，并在各类冶炼炉内进行还原煅烧或冶炼。钒的氧化物通常为五氧化二钒与三氧化二钒，通过配加碳化剂、水溶性粘结剂后混合制坯并干燥后，在高温条件下碳化或氮化进行制取。其反应方程式表示如下：

 (1)V0(固)+2C(固)＝VC(固)+CO(气)↑

 (2)V0(固)+C(固)+CO(气)＝VC(固)+C0₂(气)↑

 (3)2VC(固)+ N₂(气)↑＝2V(CN)(固)

我们习惯上把反应(1)与(2)称为碳化反应，前者称为直接碳化反应，后者称为间接碳化反应；反应(3)成为氮化反应。这两种反应都是在紧实的固体料块中进行的。从反应的过程来看，碳化反应的气体产物C0、C0₂能否及时顺利地排出时反应能否顺利进行的关键；同样，氮化反应能否顺利进行的关键则是参与反应氮气(N₂)能否顺利进入。另外的问题是：在产品料坯制作工艺过程中，由于料坯中水份含量大，生产过程中必须对料坯进行预烧，以排除料坯中的水份和有害气体。因此工艺中往往有预烧和煅烧的转炉操作。因此，这些钒氮合金生产工艺过程复杂，生产周期长，效率低，成本高，并且所生产的钒氮合金产品表观密度小。

例如2008年7月23日，中国发明专利申请公布号CNl01225495A，公开的钒氮合金的生产方法是，将粉末状的钒的氧化物或偏钒酸铵，碳质粉剂和粘结剂等混合均匀后，压块、成型，在氮气气氛下连续加入外热式回转窑，在氮气保护下预烧到1000℃以下，在出料口收集经氮气保护下冷却至室温的预烧的块状产品。然后推入改进的软磁氮气氛炉窑中，加热到1000-1500℃温度，物料发生碳化和氮化反应，出炉后获得钒氮合金产品。该方法缺点是：含粘结剂的成型物料连续加入外热式回转窑中，高温下原料中所含Na⁺和K⁺离子的水溶液对耐火材料腐蚀严重，回转窑寿命短。同样存在碳化反应的气体产物C0、C0₂排出和氮化反应氮气(N₂)渗入困难的问题。

发明内容

本发明的目的是为了弥补现有技术的不足，在现有技术的基础上，设计一种钒氮合金生产方法，它本发明通过改变成型物料块在煅烧炉中的反应环境，来解决反应产生气体的排出与参与反应气体的渗入问题，促进了碳化反应与氮化反应，最终达到提高钒氮合金的氮含量，产品质量均匀、稳定。并且实现缩短反应时间，提高产量，减低生产成本的目的。

本发明是通过下述的技术方案实现的：

一种钒氮合金生产方法，先将含钒原料粉、铁粉、碳质粉剂和粘结剂，搅拌混合均匀后压块、成型，其特征在于：将成型物料块与稻壳按体积比1∶1的比例送入煅烧窑中，无氧条件下干馏处理，处理温度为600～650℃，时间为6～7小时；然后加热到1300-1500℃，同时将高纯氮气由不同的进气口送入煅烧窑中，时间为2-4小时，窑内压力为微正压，其压力范围为0.1-0.2MPa；成型物料块发生碳化和氮化反应，冷却出炉后即获得氮化钒产品。

所述的含钒原料粉、铁粉、碳质粉剂和粘结剂的混合按重量份配比为：含钒原料粉65～85份；铁粉1～2份；碳质粉剂10～30份；粘结剂1～5份。

所述的含钒原料粉是粉末状的偏钒酸铵，或多聚钒酸铵，或五氧化二钒，或二氧化钒，或三氧化二钒，或它们之中的至少两种混合。

所述的含钒原料粉、铁粉、碳质粉剂和粘结剂的粒度优选≤120微米。

所述的煅烧窑采用外热式回转窑，加热部分采用碳化硅保护套层。

所述的成型物料块的尺寸为：10mm×10mm×10mm或15mm×15mm×15mm。

所述的碳质粉剂为活性炭。