專利名稱：一種釩氮合金生產方法
技術領域：
本發明涉及一種釩氮合金生產方法，屬于冶金技術領域。
背景技術：
目前，生產含釩鋼鐵材料時， 通常使用添加含釩合金的方法來實現。而鋼中增氮促進釩的析出，增強釩的沉淀強化作用，明顯提高鋼的強度。因此，為了減少釩的添加量、改善鋼鐵的強韌性能，充分利用廉價而富有的元素氮對提高鋼的性能、降低生產成本。在保證鋼材強度一定前提下，含釩合金最好以釩氮合金的形式添加，增加鋼中氮元素含量可減少釩的加入量，達到降低成本的目標，鋼中增氮可使釩的用量節約20-40%。因此，含釩鋼鐵材料生產對優質釩氮合金的需求日益增加。目前，關于釩氮合金生產方法，見有關方面報導有多種多樣，在原料配方配比、制備工藝過程、加熱用爐窯等方面各有不同，但主要工藝路線均是用釩的氧化物配加還原劑，并在各類冶煉爐內進行還原煅燒或冶煉。釩的氧化物通常為五氧化二釩與三氧化二釩，通過配加碳化劑、水溶性粘結劑后混合制坯并干燥后，在高溫條件下碳化或氮化進行制取。其反應方程式表示如下
(1)VO(固)+2C(固)=VC(固)+C0(氣)
(2)丫0(固)+((固)+0)(氣)=VC(固)+C02(氣)
(3)2VC(固)+N2(氣)t = 2V(CN)(固)
我們習慣上把反應(I)與(2)稱為碳化反應，前者稱為直接碳化反應，后者稱為間接碳化反應；反應(3)成為氮化反應。這兩種反應都是在緊實的固體料塊中進行的。從反應的過程來看，碳化反應的氣體產物CO、CO2能否及時順利地排出時反應能否順利進行的關鍵；同樣，氮化反應能否順利進行的關鍵則是參與反應氮氣(N2)能否順利進入。另外的問題是在產品料坯制作工藝過程中，由于料坯中水份含量大，生產過程中必須對料坯進行預燒，以排除料坯中的水份和有害氣體。因此工藝中往往有預燒和煅燒的轉爐操作。因此，這些釩氮合金生產工藝過程復雜，生產周期長，效率低，成本高，并且所生產的釩氮合金產品表觀密度小。例如2008年7月23日，中國發明專利申請公布號CN101225495A，公開的釩氮合金的生產方法是，將粉末狀的釩的氧化物或偏釩酸銨，碳質粉劑和粘結劑等混合均勻后，壓塊、成型，在氮氣氣氛下連續加入外熱式回轉窯，在氮氣保護下預燒到1000°c以下，在出料口收集經氮氣保護下冷卻至室溫的預燒的塊狀產品。然后推入改進的軟磁氮氣氛爐窯中，加熱到1000-1500°c溫度，物料發生碳化和氮化反應，出爐后獲得釩氮合金產品。該方法缺點是含粘結劑的成型物料連續加入外熱式回轉窯中，高溫下原料中所含Na+和K+離子的水溶液對耐火材料腐蝕嚴重，回轉窯壽命短。同樣存在碳化反應的氣體產物C0、C02排出和氮化反應氮氣(N2)滲入困難的問題
發明內容
本發明的目的是為了彌補現有技術的不足，在現有技術的基礎上，設計一種釩氮合金生產方法，它本發明通過改變成型物料塊在煅燒爐中的反應環境，來解決反應產生氣體的排出與參與反應氣體的滲入問題，促進了碳化反應與氮化反應，最終達到提高銀氮合金的氮含量，產品質量均勻、穩定。并且實現縮短反應時間，提高產量，減低生產成本的目的。本發明是通過下述的技術方案實現的
一種釩氮合金生產方法，先將含釩原料粉、鐵粉、碳質粉劑和粘結劑，攪拌混合均勻后壓塊、成型，其特征在于將成型物料塊與稻殼按體積比I : I的比例送入煅燒窯中，無氧條件下干餾處理，處理溫度為600 650°C，時間為6 7小時；然后加熱到1300-1500°C，同時將高純氮氣由不同的進氣口送入煅燒窯中，時間為2-4小時，窯內壓力為微正壓，其壓力范圍為O. 1-0. 2MPa ;成型物料塊發生碳化和氮化反應，冷卻出爐后即獲得氮化釩產品。所述的含釩原料粉、鐵粉、碳質粉劑和粘結劑的混合按重量份配比為含釩原料粉65 85份；鐵粉I 2份；碳質粉劑10 30份；粘結劑I 5份。所述的含釩原料粉是粉末狀的偏釩酸銨，或多聚釩酸銨，或五氧化二釩，或二氧化釩，或三氧化二釩，或它們之中的至少兩種混合。所述的含釩原料粉、鐵粉、碳質粉劑和粘結劑的粒度優選< 120微米。所述的煅燒窯采用外熱式回轉窯，加熱部分采用碳化硅保護套層。所述的成型物料塊的尺寸為IOmmX IOmmX IOmm或15mmX 15mmX 15mm。所述的碳質粉劑為活性炭。所述的高純氮氣的體積百分比濃度為99. 999%。所述的粘結劑為聚乙烯醇的水溶液。本發明技術方案生產的的釩氮合金V :78 83%，N: 16 21 %，C :6% max，硅、磷和招小于0. 10%,其表觀密度大于3. 5g / cm3。本發明通過添加特定的添加劑，使氮化反應時間由現有的IOh左右縮短為2_4h，大幅降低了生產成本。本發明的創新點和有益效果是· 本發明為釩氮合金的生產提供了一種新的選擇，創造性地將成型物料塊與稻殼按體積比I : I的比例送入煅燒窯中，該設計的目的在于利用成型物料塊與稻殼混裝于煅燒窯中，稻殼包裹著成型物料塊，起抗振緩沖物作用，防止成型物料塊裝料時互相碰撞破裂，或散粉，提高成品率。在干餾階段，稻殼層相當于將成型物料塊彼此架空，為成型物料塊排除水份提供了順暢的排氣通道，可以縮短干餾處理時間。當稻殼干餾碳化后，加熱升溫進入碳化碳化反應階段，成型物料塊最先與干餾碳化的稻殼發生碳化反應；可以讓壓塊固化、形成一定的強度；有利于減少最終產品釩氮合金的表面裂紋，改善其表面質量，從而提高其產品質量。隨后，再發生自身塊內的碳質粉劑(活性炭)發生碳化反應，也就是說干餾碳化的稻殼先期充當了部分還原劑，及減少混合配料中活性炭的消耗，降低了生產成本。此時的狀態，干餾碳化的稻殼還起到為CO的分氣，均氣、吸附通道的作用，使碳化反應迅速、均勻、充分。當進入氮化反應階段后，干餾碳化的稻殼又為VC的滲氮提供分氣、均氣和吸附通道，也可使氮化反應迅速，均勻、充分。因此本發明原料配方配比簡單，操作方便；不僅質量較好，表觀密度高，而且能夠縮短反應時間，生產周期較短，產量較高，生產成本較低，產品質量均勻、穩定。
具體實施例方式本發明一種釩氮合金生產方法包括如下步驟
a、先將含釩原料粉、鐵粉、碳質粉劑和粘結劑，攪拌混合均勻后壓塊、成型，得到成型物料塊；其中，按重量配比含釩原料粉、鐵粉、碳質粉劑和粘結劑的混合按重量配比為含釩原料粉65 85份；鐵粉I 2份；碳質粉劑10 30份；粘結劑I 5份。所述的含釩原料粉是粉末狀的偏釩酸銨，或多聚釩酸銨，或五氧化二釩，或二氧化釩，或三氧化二釩，或它們之中的至少兩種混合。b、成型物料塊干餾處理，將成型物料塊與稻殼按體積比I : I的比例送入煅燒窯中，無氧條件下干懼處理，處理溫度為600 650°C,時間為6 7小時；
C、然后加熱到1300-1500°C，同時將高純氮氣由不同的進氣口送入煅燒窯中，時間為
2-4小時，窯內壓力為微正壓，其壓力范圍為O. 1-0. 2MPa ;成型物料塊發生碳化和氮化反
應，冷卻出爐后即獲得氮化釩產品。本發明通過使用將成型物料塊與稻殼按體積比I : I的比例送入煅燒窯中，使成型物料塊干餾處理和氮化反應時間比現有技術大大的縮短，大幅降低了生產成本。其中，為了提高產品中的質量，以進一步降低生產成本，本發明方法的b步驟中的稻殼，為成型物料塊承擔機械力緩沖保護，經過干餾成為活性炭后，又為后續反應，提供了還原劑、分氣，均氣、吸附通道。提高了反應速度，減少反應時間。下面結合實施例對本發明的具體實施方式
做進一步的描述，并不因此將本發明限制在所述的實施例范圍之中。實施例I本發明方法以五氧化二釩為原料制備釩氮合金。將烘干后的80g五氧化二釩、2g鐵粉，粒度〈120微米，然后加入16g粒度為100微米的活性炭，2g聚乙烯醇的水溶液按化學反應計量比配制，混勻后在25MPa壓力下，壓制成型，成型物料塊的尺寸為10mmX10mmX IOmm ;將成型物料塊與稻殼按體積比I : I的比例送入煅燒窯中，成型物料塊和稻殼在溫度為600 650°C，無氧干餾處理后，直接加熱，主反應區溫度為1300-1500°C，同時通入體積百分比濃度為99. 999 %的高純氮氣，氮氣流量3L / min，反應時間為4小時，窯內壓力為微正壓，其壓力范圍為O. 1-0. 2MPa。冷卻后得到釩氮合金。產品中V 81%, C量5%，N量20· 1%, Si量彡O. 009%, P量彡O. 06%, Al量< 0.06%，其表觀密度3.628 / cm3。
權利要求
1.一種釩氮合金生產方法，先將含釩原料粉、鐵粉、碳質粉劑和粘結劑，攪拌混合均勻后壓塊、成型；其特征在于將成型物料塊與稻殼按體積比I : I的比例送入煅燒窯中，無氧條件下干餾處理，處理溫度為600 650°C，時間為6 7小時；然后加熱到1300-1500°C，同時將高純氮氣由不同的進氣口送入煅燒窯中，時間為2-4小時，窯內壓力為微正壓，其壓力范圍為O. 1-0. 2MPa ;成型物料塊發生碳化和氮化反應，冷卻出爐后即獲得氮化釩產品。
2.根據權利要求I所述的一種釩氮合金生產方法，其特征在于所述的含釩原料粉、鐵粉、碳質粉劑和粘結劑的混合按重量份配比為含釩原料粉65 85份；鐵粉I 2份；碳質粉劑10 30份；粘結劑I 5份。
3.根據權利要求I所述的一種釩氮合金生產方法，其特征在于所述的含釩原料粉是粉末狀的偏釩酸銨，或多聚釩酸銨，或五氧化二釩，或二氧化釩，或三氧化二釩，或它們之中的至少兩種混合。
4.根據權利要求I所述的一種釩氮合金生產方法，其特征在于所述的含釩原料粉、鐵粉、碳質粉劑和粘結劑的粒度優選< 120微米。
5.根據權利要求I所述的一種釩氮合金生產方法，其特征在于所述的煅燒窯采用外熱式回轉窯，加熱部分采用碳化硅保護套層。
6.根據權利要求I所述的一種釩氮合金生產方法，其特征在于所述的成型物料塊的尺寸為10mmX 10mmX 10mm 或 1 5mmX 1 5mmX 15mm。
7.根據權利要求I所述的一種釩氮合金生產方法，其特征在于所述的碳質粉劑為活性炭。
8.根據權利要求I所述的一種釩氮合金生產方法，其特征在于所述的高純氮氣的體積百分比濃度為99. 999%。
9.根據權利要求I所述的一種釩氮合金生產方法，其特征在于所述的粘結劑為聚乙烯醇的水溶液。
全文摘要
本發明涉及一種釩氮合金生產方法，屬于冶金技術領域。是先將含釩原料粉、鐵粉、碳質粉劑和粘結劑，攪拌混合均勻后壓塊、成型；再與稻殼按體積比1∶1的比例送入煅燒窯中，無氧條件下干餾處理，溫度為600～650℃，時間為6～7h；然后加熱到1300-1500℃，同時將高純氮氣由不同的進氣口送入煅燒窯中，時間為2-4h，微正壓；成型物料塊發生碳化和氮化反應，冷卻出爐后即獲得氮化釩產品。本發明通過改變成型物料塊在煅燒爐中的反應環境，來解決反應產生氣體的排出與參與反應氣體的滲入問題，促進了碳化反應與氮化反應，最終達到提高釩氮合金的氮含量，產品質量均勻、穩定。并且實現縮短反應時間，提高產量，減低生產成本的目的。
文檔編號C22C1/05GK102936678SQ201210508139
公開日2013年2月20日 申請日期2012年12月3日 優先權日2012年12月3日
發明者張春雨 申請人:張春雨