钒氮合金的制备方法技术

本发明专利技术涉及钒氮合金的制备方法，属于铁合金制备技术领域。本发明专利技术所要解决的是现有推板窑连续制取的钒氮合金钒含量波动较大的问题，其技术方案是提供了钒氮合金的制备方法，制备原料包含钒氧化物、碳质粉剂、铁粉和粘结剂，其中，按照下述百分比关系控制铁粉的配加量：铁粉质量/钒氮合金理论产量×100％＝80％－钒氮合金中钒的目标含量－钒氧化物中Si、Fe、Mn、Cr和Al总质量/钒氮合金理论产量×100％。本发明专利技术制备方法具有所得产品钒氮含量波动小、氧含量低、密度大的优点。

【技术实现步骤摘要】
钒氮合金的制备方法
本专利技术涉及钒氮合金的制备方法，属于铁合金制备

技术介绍
钒氮合金是一种重要的钒合金添加剂，将其加入钢中可提高钢的耐磨性、耐腐蚀性、韧性、强度、延展性、硬度及抗疲劳性等综合力学性能，并使钢具有良好的可焊接性能。尤其是在高强度、低合金钢、微合金钢以及其它特殊钢中，钒氮合金能有效地强化和细化晶粒，节约含钒原料，从而降低炼钢生产成本。有研究表明，钒钢中增氮后，原来处于固溶状态的钒转变成析出状态的钒，使V(CN)析出相的数量成倍增加，从而充分发挥了钒的沉淀强化作用。目前，生产钒氮合金的方法主要包括推板窑连续制取钒氮合金、微波炉制取钒氮合金和回转窑制取钒氮合金。其中，微波炉和回转窑制取钒氮合金工艺尚不成熟，不具备工业化生产条件；而推板窑连续制取钒氮合金的方法，产品钒含量(70-81％)、氮含量(12-18％)等含量波动大，氧含量偏高(大于1.2％)，影响钒氮合金在钢中的强化效果。比如，CN101392333A提供了一种钒氮合金制备方法：原料是五氧化二钒或三氧化二钒，碳质催化剂或石墨，五氧化二钒或三氧化二钒97.7％-72.7％(重量比)同碳质催化剂或石墨27.3％-2.3％(重量比)均匀混合，用高强压球机制成球状物料，在中频感应炉中，含氮不定期原气氛中升温1200-1350℃，还原2.5-3.5h。采用上述方法制备得到的钒氮合金，钒含量为70.1-78.4％，氮含量为12.6-18.2％，氧含量为1.9-2.0％，存在钒氮含量波动较大以及氧含量过高的缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供钒氮合金的制备方法，以解决现有推板窑连续制取的钒氮合金钒含量波动较大的问题。本专利技术的另一目的在于解决钒氮合金中氮含量波动大、氧含量过高的问题。本专利技术提供了钒氮合金的制备方法，制备原料包含钒氧化物、碳质粉剂、铁粉和粘结剂，其中，按照下述百分比关系控制铁粉的配加量：铁粉质量/钒氮合金理论产量×100％＝80％－钒氮合金中钒的目标含量－钒氧化物中Si、Fe、Mn、Cr和Al总质量/钒氮合金理论产量×100％。在实际生产中，钒氮合金理论产量可根据原料钒氧化物的用量来计算，理论上，1.2份钒氧化物可制备得到1份钒氮合金。进一步地，所述原料的重量配比为：钒氧化物100份、碳质粉剂20～30份、铁粉0.6～2.0份、粘结剂5～10份。其中，碳质粉剂的配加量是根据钒氧化物中氧含量得到理论还原剂用量，再加上钒氮合金残碳量。制备之前钒氮合金中的残碳量按照质量设计是固定值，一般在0.8～3.0之间。根据原料钒氧化物的氧含量调整碳质粉剂的配加量，有利于充分降低产品中氧的含量。优选地，所述原料包含碳质粉剂25～28份。优选地，所述原料包含铁粉0.8～1.6份。优选地，所述原料包含粘结剂6～8份。进一步地，所述钒氧化物选自VO、VO2、V2O3、V2O5中一种或两种以上。进一步地，所述碳质粉剂选自石墨、炭黑或其混合物。进一步地，所述粘结剂选自水、淀粉、聚乙烯醇中一种或两种以上。进一步地，所述铁粉的粒度为-140～-80目。进一步地，所述钒氮合金的钒含量为77.3～77.5％。进一步地，所述钒氮合金的氮含量为17.5～20％。进一步地，所述钒氮合金的氧含量<0.5％。进一步地，所述钒氮合金的表观密度≥3.5g/cm3。进一步地，所述的制备方法包括如下步骤：取各重量配比的原料，混合均匀，加压成型，干燥，得到成型物，成型物在氮气气氛下加热，冷却，即得。进一步地，所述加热步骤的温度由400℃递增至1550℃。进一步地，所述加热步骤包括预热段、过渡段和氮化烧结段，其中，预热段的温度由400℃递增至800℃，加热时间为4～8小时；过渡段的温度由800℃递增至1200℃，加热时间为5～8小时；氮化烧结段的温度由1200℃递增至1550℃，加热时间为10～16小时。优选地，预热段的加热时间为5～6小时。优选地，过渡段的加热时间为5～7小时。优选地，氮化烧结段的加热时间为14～15小时。进一步地，所述加压成型的压力为9～11MPa。进一步地，干燥温度为180～200℃。进一步地，氮气压力≥0.3MPa。进一步地，成型物在推板窑内加热。进一步地，冷却至温度≤150℃出窑。优选地，冷却至温度≤100℃出窑。本专利技术提供了钒氮合金的制备方法，能够制备得到钒含量在77.3-77.5％之间，氮含量在17.5-20％之间，氧含量小于0.5％，表观密度大于3.5g/cm3的钒氮合金，具有所得产品钒氮含量波动小、氧含量低、密度大的优点。此外，本专利技术制备方法不需要在真空条件下实施，在常压下即可完成，从而使操作过程更简化，并降低了对设备的要求，具有推广应用价值。具体实施方式本专利技术具体实施方式中使用的原料、设备均为已知产品，通过购买市售产品获得。本专利技术提供了钒氮合金的制备方法，制备原料包含钒氧化物、碳质粉剂、铁粉和粘结剂，其中，按照下述百分比关系控制铁粉的配加量：铁粉质量/钒氮合金理论产量×100％＝80％－钒氮合金中钒的目标含量－钒氧化物中Si、Fe、Mn、Cr和Al总质量/钒氮合金理论产量×100％。上述制备方法的关键点在于通过调整铁粉的配加量，达到精确控制钒氮合金中钒含量的目的。专利技术人在生产实践中发现，以钒氧化物为原料制备钒氮合金时，产品中(N+C)％含量波动范围小，几乎为常量20％。此外，由于催化剂铁粉在反应后残留在合金内，因此合金中钒含量+氮含量+碳含量+铁粉含量+钒氧化物引入的杂质元素Si+Fe+Mn+Cr+Al含量总和为100％。基于此，根据原料钒氧化物引入的杂质元素∑(Si+Fe+Mn+Cr+Al)的量，可以通过调整铁粉的配加量，来达到精确控制钒氮合金中钒含量的目的，从而解决了由于原料钒氧化物品位参差不齐，导致产品中钒含量波动较大的问题。进一步地，本专利技术通过调整预热段、过渡段和氮化烧结段的工艺参数，优化了碳化和氮化效果。其中，控制预热段的加热温度由400℃递增至800℃，使料块中水分和挥发性气体快速脱除，为碳化、氮化反应创造条件；控制过渡段加热温度由800℃递增至1200℃，使其充分进行碳化反应；控制氮化烧结段加热温度由1200℃递增至1550℃，确保渗氮效果最佳。其中，所述预热段的加热时间为4-8小时，根据钒氮合金生产过程中水蒸气、CO、CO2的沸点及推板窑内气氛分布，优选5-6小时；所述过渡段的加热时间为5-8小时，根据钒氮合金反应过程中碳化氮化的耦合历程优选5-7小时；所述氮化烧结段的加热时间为10-16小时，根据氮化反应的机理优选14-15小时。通过优化上述预热段、过渡段和氮化烧结段的工艺参数，能够带来以下好处：1、提高钒氮合金中氮的含量，并精确将产品中的氮含量控制在17.5-20％之间；2、充分降低钒氮合金的氧含量；3、提高产品的表观密度。在以下实施例中，钒氮合金产品中的氮含量、钒含量、氧含量以及表观密度根据GB/T20567-2006方法测得。实施例1采用本专利技术方法制备钒氮合金将100份三氧化二钒(含钒61％、∑(Si+Fe+Mn+Cr+Al)＝1.2％)、28份石墨粉、1.0份铁粉混合均匀，外加6％的粘结剂(水)后再湿混30分钟，施加9MPa的压力成型为50mm×50mm×30mm的椭球形成型物，将该成型物装入坩本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.钒氮合金的制备方法，其特征是：制备原料包含钒氧化物、碳质粉剂、铁粉和粘结剂，其中，按照下述百分比关系控制铁粉的配加量：铁粉质量/钒氮合金理论产量×100％＝80％－钒氮合金中钒的目标含量－钒氧化物中Si、Fe、Mn、Cr和Al总质量/钒氮合金理论产量×100％。

【技术特征摘要】
1.钒氮合金的制备方法，其特征是：制备原料包含钒氧化物、碳质粉剂、铁粉和粘结剂，其中，按照下述百分比关系控制铁粉的配加量：铁粉质量/钒氮合金理论产量×100％＝80％－钒氮合金中钒的目标含量－钒氧化物中Si、Fe、Mn、Cr和Al总质量/钒氮合金理论产量×100％。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征是：满足以下至少一项：所述原料的重量配比为：钒氧化物100份、碳质粉剂20～30份、铁粉0.6～2.0份、粘结剂5～10份；优选地，所述原料包含碳质粉剂25～28份；优选地，所述原料包含铁粉0.8～1.6份；优选地，所述原料包含粘结剂6～8份；所述钒氧化物选自VO、VO2、V2O3、V2O5中一种或两种以上；所述碳质粉剂选自石墨、炭黑或其混合物；所述粘结剂选自水、淀粉、聚乙烯醇中一种或两种以上；所述铁粉的粒度为-140～-80目；所述钒氮合金的钒含量为77.3～77.5％；所述钒氮合金的氮含量为17.5～20％；所述钒氮合金的氧含量<0.5％；所述钒氮合金的表观密度≥3.5g/cm3。3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征是：包括如下步骤：...

【专利技术属性】
技术研发人员：王乖宁，邓孝伯，黄可行，杜勇，王长秀，赵基树，
申请(专利权)人：攀钢集团钒钛资源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51