CN102140587B - 一种氮化钒生产过程中防粘结增氮的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种氮化钒生产过程中防粘结增氮的方法，属于氮化钒合金生产技术领域。技术方案是在氮化钒生料球入炉烧制前对生料球进行预处理，将生料球放入石墨粉内，采用表面粘裹石墨粉的预处理方式，以石墨粉为防粘结材料，然后将粘匀石墨粉的生料球放入反应炉内进行烧制。本发明不但能效解决氮化钒生产过程中产品之间的粘结问题，提高产品表观质量及成品率，还能增大氮化钒球团烧制时渗氮反应的表面积1/8-1/2，而球团表面石墨粉，可消耗部分残存的氧气，并保护球团内碳化钒/氮化钒，防止其氧化，提高产品中的含氮量,提高产品的品级与合格率。此方法适用于所有氮化钒生产方式，特别适用于目前最成熟的卧式推板窑法生产氮化钒。

Description

一种氮化钒生产过程中防粘结增氮的方法

技术领域

本发明涉及一种氮化钒生产过程中防粘结增氮的方法，属于氮化钒合金生产技术领域。

背景技术

随着微合金化技术在钢铁工业中的应用，钒在低合金高强度钢中得到了广泛的应用。钒在低合金高强钢中能形成细小碳化钒或氮化钒沉淀，不但能效促进钢的晶粒细化与强化，还能钉扎位错及晶界，阻碍位错和晶界迁移，提高钢的强度，提高材料的再结晶温度和高温性能。氮是含钒微合金钢中一种十分有益的合金元素，钢中增氮可以强化钒的析出，改变钒的相间分布，提高钢的持久强度，改善钢的韧性和塑性，同时还提高抗热强度和抗短时蠕变能力。在钒钢中每增加10 ppm的氮，钢的强度就可提高6 MPa。此外，研究表明，氮化钒在钢中的收率高，在钢中添加氮化钒比添加钒铁节约20％-40％的钒。因此提高氮化钒中氮的含量，对氮化钒的生产具有重要意义。目前，氮化钒生产的工艺流程如图1所示。其中最成熟的技术为攀枝花钢铁集团采用推板窑或隧道窑，此技术是将生产氮化钒用生料球装入石墨罐后，放在石墨推板上，运用液压杆推动推板使生料球逐步通过卧式加热炉，卧式加热炉内通入氮气，使生料球在高温条件下在氮气氛围内还原渗氮生成氮化钒产品，但是，该方法在反应过程中存在物料粘结的问题。由于氮化钒生产过程中不可避免的出现粘结问题，生料球未预处理时氮化钒产品所示，由于产品的粘结，产品封装前破碎时，会影响产品的表观质量及成品收率。此外，物料的粘结也会对产品的渗氮产生明显影响。因此，解决氮化钒生产过程中的粘结问题，不但能提高产品表观质量及成品率，还能增加产品中的氮含量,提高产品的品级与合格率。

氮化钒的生产过程中粘结的主要原因：（1）氮化钒产品生产过程中的烧结。氮化钒生产是在＞1200℃的温度下进行的，在高温条件下，加上球团自重、收缩及外围物料压力的作用，会使球团不可避免的产生烧结粘连；（2）K、Na低熔点化合物的析出,由于生产氮化钒的原料三氧化二钒等钒的化合物中不可避免的存在K、Na低熔点化合物，在氮化钒的制备过程中的高温阶段这些低熔点化合物在球团表面聚集，这些低熔点化合物主要在物球团的接触面上造成球团粘结；（3）还原反应过程中的物质扩散。氮化钒的生产过程主要是碳热还原过程和渗氮过程，在碳热还原过程中，由于球团之间会产生反应渗透扩散，从而使两个相互接触的球团形成反应粘结。

氮化钒的生产过程中影响氮化效果的因素如下：（1）反应温度：由于渗氮过程是一个物质扩散取代的过程，需要满足渗氮的热力学条件，为了保证氮化效果与产量，工业生产需要在适宜的反应温度区间内进行，一般在1350-1500℃。因此通过改变温度增氮受到一定限制。（2）渗氮面积：渗氮过程是一个物质替换与扩散过程，可渗氮的球团面积越大，其渗氮效果也会越好，而球团间透气性好，则能增加氮气的利用率。改善上述条件可以提高氮化钒产品中的氮含量。实际生产中球团自重、收缩及外围物料压力的作用，会使球团不可避免的产生烧结粘连，使物料球团的自由面积减小1/5以上，（3）氧气分压：受物料、进出料扫座、反应炉密封性及氮气纯度等影响，反应炉气中会残余少量氧气。以V2O3为原料生产氮化钒为例，还原氮化反应过程中主要发生以下反应：V2O3+2C＝2VC+3CO，2VC+N2＝2VN+2C，有少量氧气存在的情况下，会发生2VC+O2＝2VO+2C，2VN+O2＝2VO+N2，因此有残余氧气存在的情况下，碳化钒、氮化钒会被氧化为钒的氧化物并释放出氮，从而降低产品中氮含量，影响氮化效果。

发明内容

本发明目的是提供一种氮化钒生产过程中防粘结增氮的方法，利用石墨粉作为防粘、隔离保护材料，起到了氮化钒生产过程中防粘增氮的作用，不会影响产品的质量，不但有效解决了氮化钒生产过程中产品之间的粘结问题，提高产品表观质量及成品率，还能适度增加产品中的氮含量,提高产品的品级与合格率，解决背景技术中存在的上述问题。

本发明的技术方案是：

一种氮化钒生产过程中防粘结增氮的方法，在氮化钒生料球入炉烧制前对生料球进行预处理，将生料球放入石墨粉内，采用表面粘裹石墨粉的预处理方式，以石墨粉为防粘结材料，然后将粘匀石墨粉的生料球放入反应炉内进行烧制。

所说的粘裹石墨粉的纯度应>99.9%，一般采用氮化钒生产原料所使用的石墨粉，其粒度范围为50-300目，较佳的粒度范围为100-200目，所粘石墨粉的厚度在0.01mm-1mm之间。

本发明将粘匀石墨粉的生料球放入反应炉内进行烧制，此时由于炉内气氛为N2气氛，石墨的熔点可达到3000℃以上，可有效防止氮化钒生产过程中的烧结粘连问题，并通过脱氧有效提高产品的氮含量1-3个百分点，本发明适用于所有氮化钒生产方式，尤其适合于卧式、配匣钵隔离的氮化钒生产方法，例如：用于目前最成熟的卧式推板窑法生产氮化钒。

生料球表面粘裹石墨粉的方法有以下几种：（1）将新压生料球直接粘裹石墨粉后入炉。采用此方式时，由于压球原料中含有的水，所以新球的表面湿度大，可保证粘裹足量的石墨粉，此时的隔离防粘效果及除氧防氧化效果显著，对于防粘要求高，或炉气内残余氧量较高时，可采用此方法。（2）将生料球烘或晾除掉球团内部分或全部水分后粘石墨粉，然后入炉，此时由于球团表面较干燥，粘石墨粉后粘在生料球表面的石墨粉量较小，烧制成成品后较未处理时的烧结此时可大大改善产品的烧结粘接状况，适用于防粘要求较低，而炉气内参与氧气少的状况；（3）将新压生料球粘裹石墨粉后，经烘干或晾干后入炉，此方法可除去部分表面粘裹的石墨粉，此方法易于控制生料球表面粘裹石墨粉量，可灵活掌握，满足不同生产方式、生产条件下所要求粘裹石墨粉量。

采用不同粘裹石墨粉方式时，球团表面所粘的石墨粉量不同，这些粘裹石墨粉方式需根据氮化钒生产对防粘结的要求，炉气内含氧量等灵活运用。

本发明的有益效果：

①可以防止产品球团之间的粘结，提高产品的表观质量。这是由于氮化钒生料球表面覆盖了一层石墨粉，避免了生料球之间的接触，杜绝了相互接触的球团之间的物质扩散及析出物的粘结，此外，由于球团之间有石墨粉的隔离，可有效减轻氮化钒产品之间的粘结，在合理的粘石墨粉量的条件下，可完全避免氮化钒产品之间的粘结，对于解决氮化钒生产过程中的粘结问题，具有重要的意义。由于球团间不发生粘结，球团表面光滑，表观质量好。

②增加产品中的氮含量；首先，由于此方法可极大程度的改善氮化钒生产过程中的粘结问题，提高生产过程中球团间的透气性，增加氮气在球团间的流动，改善球团的渗氮氛围，而且增大了氮化钒球团烧制时渗氮反应的表面积，生料球粘石墨粉预处理后的氮化钒产品与未预处理的氮化钒产品相比，一般可使球团自由面积可增加1/8-1/2,这可提高反应过程中的渗氮率。其次，由于球团表面有一层石墨粉，这些石墨粉氧化过程中可以消耗部分残存的氧气，而表面的石墨粉还可以防止氮化钒球团被二次氧化，可以提高并稳定产品的氮化效果。经试验，采用本方法后，产品中的氮含量可提高1-3个百分点。

③由于石墨粉为氮化钒生产过程中的原料，在氮化钒的烧制过程中石墨粉可参与反应而消耗，不会引入杂质，可保证产品的质量；总之，对不同的氮化钒生产方式，灵活利用本方法的几种粘裹石墨粉的方式，可得到粘裹石墨粉量不同的预处理料球，可满足氮化钒生产中不同防粘结要求，以及炉体密闭性、加料方式等引起的炉气内含氧量不同等情况下的防粘结增氮要求；而对于处理炉体漏气、炉体损坏等突发事件，通过加大粘裹石墨粉量，也有良好的效果。

附图说明：

附图1是背景技术氮化钒生产流程图；

附图2是本发明流程图。

具体实施方式

以下结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。

参照附图2，一种氮化钒生产过程中防粘结增氮的方法，在氮化钒生料球入炉烧制前对生料球进行预处理，将生料球放入石墨粉内，采用表面粘裹石墨粉的预处理方式，以石墨粉为防粘结材料，然后将粘匀石墨粉的生料球放入反应炉内进行烧制。生料球表面粘裹石墨粉的方法有以下几种：（1）将新压生料球直接粘裹石墨粉后入炉。采用此方式时，由于压球原料中含有的水，所以新球的表面湿度大，可保证粘裹足量的石墨粉，此时的隔离防粘效果及除氧防氧化效果显著，对于防粘要求高，或炉气内残余氧量较高时，可采用此方法。（2）将生料球烘或晾除掉球团内部分或全部水分后粘石墨粉，此时由于球团表面较干燥，粘石墨粉后粘在生料球表面的石墨粉量较小，烧制成成品后较未处理时的烧结此时可大大改善产品的烧结粘接状况，适用于防粘要求较低，而炉气内参与氧气少的状况；（3）将新压生料球粘裹石墨粉后，经烘干或晾干后用叉子装炉，此方法可除去部分表面粘裹的石墨粉，此方法易于控制生料球表面粘裹石墨粉量，可灵活掌握，满足不同生产方式、生产条件下所要求粘裹石墨粉量。

更具体的实施方式：

实施例1：

将由压球机压出的生料球烘干或晾干后放入石墨粉中入推板窑烧制，所粘石墨粉的厚度约0.01mm，将此方式预处理过的生料球入炉烧制，得到粘结情况大为改善的氮化钒产品，得到含氮12.78%的氮化钒，与同批次生料球未处理所的产品含氮11.76%的氮化钒相比，氮含量增加1.02个百分点。

实施例2：

将压球机新压出的生料球直接放入石墨粉中，所粘石墨粉的厚度约1mm，将此方式预处理过的生料球入炉烧制，得到无粘结的氮化钒产品，但此时产品表面有未反应的残留石墨粉，经压缩空气鼓吹等方式可有效去除，得到含氮13.96%的氮化钒，与同批次生料球未处理所的产品含氮11.76%的氮化钒相比，氮含量增加2.2个百分点。

实施例3：

将由压球机新压出的生料球直接放入石墨粉中，此时所粘石墨粉的厚度约1mm，将粘石墨粉的球团进行烘干或晾干后用叉子装炉，可使部分石墨粉从生料球表面上脱落，将此方式预处理过的生料球入炉烧制，此时所得产品只有少量粘结，得到含氮14.54%的氮化钒，与同批次生料球未处理所的产品含氮11.76%的氮化钒相比，氮含量增加2.78个百分点。

Claims (3)

1.一种氮化钒生产过程中防粘结增氮的方法，其特征在于在氮化钒生料球入炉烧制前对生料球进行预处理，将生料球放入石墨粉内，采用表面粘裹石墨粉的预处理方式，以石墨粉为防粘结材料，然后将粘匀石墨粉的生料球放入反应炉内进行烧制；所粘石墨粉的厚度在0.01mm-1mm之间；生料球表面粘裹石墨粉的方法是：将新压生料球直接粘裹石墨粉，或将生料球烘或晾除掉球团内部分或全部水分后粘石墨粉。

2.根据权利要求1所述之氮化钒生产过程中防粘结增氮的方法，其特征在于所说的粘裹石墨粉的纯度＞99.9%，采用氮化钒生产原料所使用的石墨粉，其粒度范围为50-300目。

3.根据权利要求2所述之氮化钒生产过程中防粘结增氮的方法，其特征在于石墨粉粒度范围为100-200目。

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