CN102173395B - 一种简易的氮化钒生产方法 - Google Patents

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张来顺
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Abstract

一种简易的氮化钒生产方法,其工艺步骤为:①将V2O5粉和石墨粉按4:1的重量比在干混机上充分混合,②按100:15的重量比在上述混合粉中加入含量为4%的聚乙烯醇水溶液,并在湿混机混合10分钟,③将湿混好的混合粉压球,④混合粉湿球干燥,⑤将干燥后的混合粉球分层装入料车、入炉、密封炉门,⑥抽真空至-0.02MPa,⑦通入氮气压力至0.04MPa,⑧加温至800℃并在此温度下进行预还原5小时左右,⑨然后继续升温到1350℃持续不少于6小时的深度还原和碳化,在过程中不断充入纯度99.99%以上的氮气,⑩升温至1600℃进行6~10小时的氮化烧结,此过程压力控制在0.02Mpa,停电冷却至150℃出炉。

Description

一种简易的氮化钒生产方法
技术领域
本发明涉及一种氮化钒合金的生产方法,尤其是一种简易的氮化钒生产方法。
背景技术
VN合金传统上的制备方法是以钒的氧化物V2O3、V2O5以及钒的化合物钒酸氨(NH4VO3)、多钒酸铵等为原料,以碳质、氢气、氨气、CO等为还原剂,在高温或真空下进行还原,之后再通入氮气或氨气进行氮化而制备的。制备氮化钒的方法按制备体系、条件的不同可分为高温真空法和高温非真空法两大类,在每大类中按使用原料的不同又可分为以C和V2O3、C和V2O5、NH4和VO3为固体反应物制备氮化钒的方法。
美国从60年代末开始研究钒氮合金的制备,开发出钒添加剂专利产品“VN合金”,其商品名称“NITROVAN”。此专利产品在80年代已获得较成熟的工业生产工艺,并在V-N钢中成功应用。
对氮化钒的研制,国内外的冶金工作者做了很多工作。 例如:北京科技大学的王功厚等用V2O3 和活性炭在高温真空钼丝炉内先制取碳化钒,然后通入氮气渗氮,得到氮化钒。印度 Bhabha 原子研究中心的 Tripathy 等在1500℃高温下,碳热还原V2O5、渗氮制取氮化钒。荷兰冶金研究所的Middelhoek 等用V2O5 或偏钒酸铵,采用还原气体在流动床或回转管中于800~1200℃下,还原制取含74.2~78.7%的钒,4.2%~16.2%的氮,6.7%~18.0%的碳的氮化钒。美国联合碳化物公司的 Downing、Merkert、Goddard 等分别用不同的几种方法制取氮化钒:
1)V2O3、铁粉及碳粉在真空炉内于1350℃下保温60h后得到碳化钒,然后将温度降至1100℃时通入氮气渗氮,并在氮气气氛中冷却, 得到含78.7%V、10.5%C、7.3%N的氮化钒;
2)用V2O5和碳混合物在真空炉内加热到1100~1500℃,抽真空并通入氮气渗氮,重复这样的过程数次,最后得到含碳、氧均低于2%的氮化钒;
3)用钒化合物(V2O3或V2O5或NH4VO3)在NH3或者N2和H2混合气氛下,一部分高温还原成氮氧钒,再与含碳物料混合,在惰性或氮气氛下于真空炉内高温处理,制得含碳7%的氮化钒。
美国联合碳化物公司提出的钒氮合金制取方法是,以高价钒氧化物V2O5 或NH4VO3等为原料,以混合气体(N2+NH3或N2+H2)为还原剂及氮化剂,先在675~700℃下预还原1h,将低熔点的高价钒氧化物还原成高熔点的低价钒氧化物,之后在950℃下同时进行还原和渗氮3~4h,可获得含氧质量分数为3%~20%的氮氧钒产品,再将之与含碳物料混合,在惰性或氮气氛下或真空炉内1400℃高温处理,制得含碳7%的钒氮合金。
国内攀枝花钢铁公司于2001年12月申请了一个“氮化钒的生产方法”专利,该专利提供了一种钒氮合金的生产方法,是将粉末状的钒氧化物、碳质粉剂和黏结剂混合均匀后压块、成型,再将成型后的物料连续加入制备炉中,同时向制备炉通入氮气或氨气作反应和保护气体,制备炉需要加热到1000~1800℃,物料在该温度区域发生碳化和氮化反应,持续时间小于6h,出炉前要在保护气氛下冷却到100~250℃,出炉后即获得氮化钒产品,该产品为块状或颗粒状,其表观密度大于3000Kg/m3
上述生产方法的缺点是:工艺复杂,产品含氮量低,炉衬寿命低,可控性较差
因此,研究一种简易的氮化钒生产方法,是目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种简易的氮化钒生产方法。
本发明解决其技术问题的技术方案是:
一种简易的氮化钒生产方法,其工艺步骤为:①将V2O5粉和石墨粉按4:1的重量比在干混机上充分混合,②按100:15的重量比在上述混合粉中加入含量为4%的聚乙烯醇水溶液,并在湿混机混合10分钟,③将湿混好的混合粉压球,④混合粉湿球干燥,⑤将干燥后的混合粉球分层装入料车、入炉、密封炉门,⑥抽真空至-0.02MPa,⑦通入氮气压力至0.04MPa,⑧加温至800℃并在此温度下进行预还原5小时左右,⑨然后继续升温到1350℃持续不少于6小时的深度还原和碳化,在过程中不断充入纯度99.99%以上的氮气,⑩升温至1600℃进行6~10小时的氮化烧结,此过程压力控制在0.02Mpa,总时间在20小时内,反应完成,停电冷却至150℃出炉。
本发明的优选方案,所述的V2O5粉的含量为98%以上,石墨粉的含量为99.5%以上。
本发明的优选方案,所述的混合粉湿球干燥步骤为将压好的混合粉湿球晾干,晾干时间为一星期或在200℃下保温5小时,去除水汽,有利于后续炉内气氛控制及炉衬。
本发明的优选方案,所述的混合粉球的直径为30mm~50mm。
与已有技术相比,本发明具有如下明显的优点:
    1、所用的原料还可以是五氧化二钒,原料来源广泛,价格低,工艺简单,可控性强。
    2、生产的氮化钒产品氮含量可根据用户需求调整,含氮量较高,可达19%。
    3、所用的制备炉,炉子结构简单,由于真空度要求不高,外围设备只需简易的真空泵即可。炉子本身完全可以自制,除钢焊件就是内衬耐材,炉型可以方正,砌筑方便,如果是桶形外壳,气氛控制将更方便。
4、装入量非常大,生产率高
5、由于是间歇式生产,炉膛可视,过程中也有窥视孔监视以便于生产及反应状况。
具体实施方式
一种简易的氮化钒生产方法,其工艺步骤为:①将V2O5粉和石墨粉按4:1的重量比在干混机上充分混合,②按100:15的重量比在上述混合粉中加入含量为4%的聚乙烯醇水溶液,并在湿混机混合10分钟,③将湿混好的混合粉压球,④混合粉湿球干燥,⑤将干燥后的混合粉球分层装入料车、入炉、密封炉门,⑥抽真空至-0.02MPa,⑦通入氮气压力至0.04MPa,⑧加温至800℃并在此温度下进行预还原5小时左右,⑨然后继续升温到1350℃持续不少于6小时的深度还原和碳化,在过程中不断充入纯度99.99%以上的氮气,⑩升温至1600℃进行6~10小时的氮化烧结,此过程压力控制在0.02Mpa,总时间在20小时内,反应完成,停电冷却至150℃出炉。
所述的V2O5粉的含量为98%以上,石墨粉的含量为99.5%以上。
所述的混合粉湿球干燥步骤为将压好的混合粉湿球晾干,晾干时间为一星期或在200℃下保温5小时。
所述的混合粉球的直径为30mm~50mm。
实施例,将混好的原料压制成Ф35mm球,先预热烘干5小时,入炉后,分别在750℃下保温4小时、1350℃8小时,1560℃8小时,停电冷却。得到产品成分为:V77.42%,N15.63%,C4.5%,S0.0028%,P0.030%。

Claims (2)

1.一种简易的氮化钒生产方法,其特征在于:其工艺步骤为①将V2O5粉和石墨粉按4:1的重量比在干混机上充分混合;②按100:15的重量比在上述混合粉中加入含量为4%的聚乙烯醇水溶液,并在湿混机混合10分钟;③将湿混好的混合粉压球;④混合粉湿球干燥;⑤将干燥后的混合粉球分层装入料车、入炉、密封炉门;⑥抽真空至-0.02MPa,⑦通入氮气压力至0.04MPa,⑧加温至800℃并在此温度下进行预还原5小时;⑨然后继续升温到1350℃持续不少于6小时的深度还原和碳化,在过程中不断充入纯度99.99%以上的氮气;⑩升温至1600℃进行6~10小时的氮化烧结,此过程压力控制在0.02Mpa,总时间在20小时内,反应完成,停电冷却至150℃出炉;所述的混合粉湿球干燥步骤为将压好的混合粉湿球晾干,晾干时间为一星期或在200℃下保温5小时;所述的混合粉球的直径为30mm~50mm。
2.根据权利要求1所述的一种简易的氮化钒生产方法,其特征在于:所述的V2O5粉的含量为98%以上,石墨粉的含量为99.5%以上。
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