一种钒氮合金的制备方法技术

本发明专利技术涉及钒冶金技术领域，公开了一种钒氮合金的制备方法。该方法包括：(1)将钒氧化物、石墨粉、钒铁合金粉按照质量比为1：(0.16～0.25)：(0.01～0.02)的比例混合均匀，得到混合料，混合料加水混合后压成料块；(2)将料块装入坩埚并推入煅烧窑中干燥至水分含量为0～0.3重量％，得到干燥料块，将干燥料块在400～850℃氢气气氛和氮气气氛中煅烧2～4h，得到预还原料块，将预还原料块在1100～1350℃氮气气氛中煅烧3～5h，冷却后得到钒氮合金。该方法采用碳氢复合还原氮化、钒铁合金粉催化技术，加快反应速率并保证钒氮合金具有较好的质量，达到降低配碳量和碳排放、降低反应温度和能耗的目的。的。

【技术实现步骤摘要】
一种钒氮合金的制备方法


[0001]本专利技术涉及钒冶金
，具体涉及一种钒氮合金的制备方法。

技术介绍

[0002]钒氮合金是一种重要的钒合金添加剂，加入钢中可显著提高钢的耐磨性、耐腐蚀性、韧性、强度、延展性、硬度及抗疲劳性等综合性能，并使钢具有良好的可焊接性能。当前，钒氮合金大量应用于高强钢筋、非调质钢、PQ系列钢、汽车大梁板以及高速钢等典型产品。全世界钒氮合金年需求量达到4万吨以上，仅国内钒氮合金的生产厂家已经发展到30家以上。生产钒氮合金的设备有推板窑、微波炉、真空炉、回转窑、竖式中频炉等，其中，推板窑是钒氮合金生产实践中应用最广泛的设备。2002年，我国自主研发了单推板窑常压一步法合成钒氮合金技术，填补了国内技术空白，打破了国外对该技术长达数十年的垄断。近年来，随着钒氮合金生产技术的更新换代，钒氮合金的生产工艺由单推板窑发展到双推板窑，并被国内外钒氮合金生产产家被大规模应用。
[0003]在常压碳热氮化制备钒氮合金工艺，通常需要配入25％～35％的石墨粉作为还原剂，石墨参与反应生成CO，不仅增加碳排放量，现每生产一吨钒氮合金产生0.9t～1.4t的碳排放量，另一方面，由于反应体系中CO分压增加导致还原过程的开始反应温度升高，提高推板窑温度方可保证还原反应发生，现生产中最高反应温度均需达到1500℃以上，从而增加了钒氮合金生产能耗。为此，需要进一步改进钒氮合金制备工艺降低配碳量和生产能耗。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的采用推板窑常压一步法生产钒氮合金，具有碳排放量大、反应温度高、能耗大的问题，提供一种钒氮合金的制备方法，该方法采用碳氢复合还原氮化制备钒氮合金，同时以钒铁合金粉作为催化剂加快反应速率并保证钒氮合金具有较高的密度和较好的质量，从而达到降低配碳量和碳排放、降低反应温度和能耗的目的。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种钒氮合金的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0006](1)配料压块：将钒氧化物、石墨粉、钒铁合金粉按照质量比为1:(0.16～0.25):(0.01～0.02)的比例混合均匀，得到混合料，混合料加水混合后压成料块；
[0007](2)煅烧合成：将所述料块装入坩埚并推入煅烧窑中干燥至水分含量为0～0.3重量％，得到干燥料块，然后将所述干燥料块在400～850℃氢气气氛和氮气气氛中煅烧2～4h，得到预还原料块，接着将所述预还原料块在1100～1350℃氮气气氛中煅烧3～5h，冷却后得到钒氮合金。
[0008]优选地，所述钒氧化物中钒的含量为56～68重量％。
[0009]优选地，所述钒氧化物粒度≤0.074μm的占比大于90％。
[0010]优选地，所述石墨粉中固定碳的含量大于99.0重量％。
[0011]优选地，所述石墨粉的粉粒度≤0.074μm的占比大于95％。
[0012]优选地，所述钒铁合金粉含有18～52重量％的Fe和48～82重量％的V。
[0013]优选地，所述钒铁合金粉的粒度≤0.074μm的占比大于70％。
[0014]优选地，在步骤(2)中，所述料块在煅烧窑中干燥的温度为40～180℃。
[0015]优选地，在步骤(2)中，所述氢气气氛的氢气通入量以氢气与钒氧化物的质量比为(0.02～0.09)：1为准。
[0016]优选地，在步骤(2)煅烧合成过程中，所述氮气气氛的氮气通入量以氮气与钒氧化物的质量比为(0.50～0.80):1为准。
[0017]优选地，在步骤(2)中，所述冷却温度为30～70℃。
[0018]本专利技术采用碳
‑
氢复合还原氮化制备钒氮合金减少碳用量，从而有效降低了碳排放量，通过氢气预还原降低碳热还原阶段CO分压，使得碳热还原开始反应温度降低，同时采用钒铁合金粉作为反应催化剂，钒铁合金粉中钒氮化放热在物料中形成局部高温点促进了碳热还原的进行，使得反应时间缩短。本专利技术创新性地提出碳氢复合还原和钒铁合金粉催化的方法，在传统推板窑常压一步法制备钒氮基础上实现了工艺的低能耗、低碳排放的钒氮合金的高效制备。
[0019]本专利技术技术原理包括：1)由于H2‑
H2O在温度较低时比C
‑
CO的氧势更低，且氢气还原过程属于气固反应，碳还原属于固固反应，氢气以气相形式在固体钒氧化物中扩散更快，因此，氢气还原钒氧化物在热力学和动力学方面均具有明显优势；2)氢气在将钒氧化物中五价钒和四价钒还原为三价钒的过程为放热反应，而石墨碳将钒氧化物中五价钒和四价钒还原为三价钒的过程为吸热反应，故采用氢气预还原可降低能耗；3)H2‑
H2O氧势随着温度增加而增加，C
‑
CO氧势随着温度升高而降低，当进入高温区后，C
‑
CO氧势小于H2‑
H2O氧势，即石墨碳的还原性强于氢气，此时以碳热还原为主，由于前期经过氢还原脱氧，物料中氧含量降低，因此可减少配碳量从而使得在碳热还原过程中减少CO的生产量，CO产生量减少一方面可以降低CO排放量，另一方面可以降低反应体系中CO分压，CO分压对碳热还原的开始反应温度具有重要影响，体系中CO分压降低，碳热还原开始反应温度降低，即碳源还原反应可在较低温度下完成，从而降低了能耗；4)三价钒和二价钒的碳热还原脱氧反应为吸热反应，而金属钒氮化属于放热反应，还原在钒氮合金制备过程中，氮气与物料逆向运动，配加钒铁合金粉作为催化剂，在碳热还原阶段，钒铁合金粉中的钒会发生氮化反应放热，在物料体系内部形成局部高温点，氮化反应热向钒氧化物和石墨粉中传导使得物料整体温度升高，加速了三价钒和二价钒的碳热还原脱氧反应的进行。
具体实施方式
[0020]以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。
[0021]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0022]本专利技术提供的钒氮合金的制备方法，包括以下步骤：
[0023](1)配料压块：将钒氧化物、石墨粉、钒铁合金粉按照质量比为1:(0.16～0.25):(0.01～0.02)的比例混合均匀，得到混合料，混合料加水混合后压成料块；
[0024](2)煅烧合成：将所述料块装入坩埚并推入煅烧窑中干燥至水分含量为0～0.3重量％，得到干燥料块，然后将所述干燥料块在400～850℃氢气气氛和氮气气氛中煅烧2～4h，得到预还原料块，接着将所述预还原料块在1100～1350℃氮气气氛中煅烧3～5h，冷却后得到钒氮合金。
[0025]在本专利技术所述的方法中，干燥料块先在氢气气氛和氮气气氛中于较低温度下进行煅烧，该煅烧过程主要由氢气将钒氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钒氮合金的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)配料压块：将钒氧化物、石墨粉、钒铁合金粉按照质量比为1:(0.16～0.25):(0.01～0.02)的比例混合均匀，得到混合料，混合料加水混合后压成料块；(2)煅烧合成：将所述料块装入坩埚并推入煅烧窑中干燥至水分含量为0～0.3重量％，得到干燥料块，然后将所述干燥料块在400～850℃氢气气氛和氮气气氛中煅烧2～4h，得到预还原料块，接着将所述预还原料块在1100～1350℃氮气气氛中煅烧3～5h，冷却后得到钒氮合金。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钒氧化物中钒的含量为56～68重量％。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述钒氧化物粒度≤0.074μm的占比大于90％。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述石墨粉中固定碳的含量大于99.0重量％。5.根据权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：师启华，高雷章，景涵，王宁，
申请(专利权)人：攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：