CN104532034A - 一种低氧钒氮合金的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种低氧钒氮合金的制备方法，步骤如下：1）将氧化钒和石墨粉混合均匀，并进行压制形成球状或椭球形生料；2）将压制后的生料的置入烧结炉中烧结，烧结工艺为：6小时常温升到1400~1800℃，并保温3~5小时，同时炉内充满氮气，炉压为0.01~0.05MPa；3）然后，将炉内温度降至1000℃保温反应30~60分钟；保温时对烧结炉进行抽真空处理，炉内绝对压力为0~5000Pa；4）真空保温后，冷却后即得低氧钒氮合金。

Description

一种低氧钒氮合金的制备方法

技术领域

本发明涉及合金的制备领域，尤其是涉及制备低氧元素含量的钒氮合金的制备方法。

背景技术

钒氮合金是一种新型钢铁添加剂，目前钒氮合金的生产方法均是将钒的氧化物和碳质还原剂压制成固体状后，在烧结炉内的高温、正压的氮气氛围内进行还原、氮化生产钒氮合金；其中反应过程中，碳质还原剂将氧化钒还原成碳化钒，然后进一步氮化为钒氮合金，反应过程中始终保持氧元素的存在，同时由于正压的原因，导致钒氧化物还原不彻底、产品氧含量残留度度高，并影响其在钢铁中的使用效果。

美国专利US3745209中记载了多种制取氮化钒的方法：1.利用三氧化钒铁粉和碳粉在真空炉内1350摄氏度下保温60小时得到碳化钒，然后将温度降至1100摄氏度通入氮气渗氮，并在氮气气氛中冷却，得到氮化钒；2.用五氧化二钒和碳粉混合压制成球后在真空炉内加热至1100-1150摄氏度，抽真空并通入氮气渗氮并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.用钒化合物在氨气或氮气和氢气的混合气氛下，一部分高温还原成氮氧钒，再与含碳物料混合，在惰性或氮气气氛下于真空炉内高温处理，制得含碳7%的氮化钒；但是上述方法中，方法1的反应时间较长并应用于五氧化二钒时缺乏高质量的产物，方法2中反复进行抽真空处理，反应周期较长，虽然氧元素较低，但是渗氮的效率太低；方法3中反应周期较长并复杂。中国专利中（CN101289713A）提供了一种钒氮合金的生产方法，将五氧化二钒和碳粉、铁粉、粘结剂混合均匀，推入推板窑中进行烧结，推板窑中通入氮气，并保持微正压，随后碳化和氮化反应，本方法制备的钒氮合金中氧元素含量也相对较高。同时，中国专利（CN102864308A）中提供了一种钒氮合金脱氧剂，应用于制备低氧的钒氮合金，氮会引入其他元素，反而导致合金的质量和纯度变差。另外，现有的制备方法中，由于烧结时存在一定正压，导致钒氧化物还原不彻底、产品氧含量残留高，影响其在钢铁中的使用效果。综上的现有用于降低钒氧元素残留的技术中，不能真正实现低氧元素含量并具有高质量钒氮合金的制备。

发明内容

本发明提出一种低氧钒氮合金的制备方法，降低钒氮合金氧元素的含量，提高钒氮合金在钢铁中的使用效率。

本发明采用的技术方案如下：

在生产工艺中增加了除氧工序，达到了降低钒氧元素残留的目的，具体工艺流程如下：

一种低氧钒氮合金的制备方法，步骤如下：

1）将氧化钒和石墨粉混合均匀，并进行压制形成球状或椭球形生料；

2）将压制后的生料的置入烧结炉中烧结，烧结工艺为：6小时温度由常温升到1400~1800℃，并保温3~5小时，同时炉内充满氮气，炉压为0.01~0.05MPa；

3）保温结束后，将炉内温度降至1000℃继续保温反应30~60分钟；同时烧结炉进行抽真空处理，炉内保持绝对压力为0~5000Pa；

4）真空保温后，冷却后即得低氧钒氮合金。

本发明在目前的钒氮合金的生产工艺中增加了一个低温的真空处理阶段，并在较低温度真空氮化反应之前采用较高温度的还原反应；采用申请的制备方法中，在真空状态反应时，钒氮合金中残留的碳和氧反应生成的一氧化氮逸出速度大大提高，极大的提高了脱氧的速率，是目前钒氮合金的氧残留量从2~3%降低至1%以下，使钒氮合金在钢铁中使用吸收率保持高效和稳定。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明具体实施时的具体参照反应流程为：氧化钒石墨粉混匀—烧结还原—固相渗氮—真空保温反应—低氧钒氮合金；

其中，石墨粉作为反应的还原剂，可以以活性炭、木炭粉、石油焦和焦炭等物质代替；还原反应时，石墨粉将氧化钒还原，产生碳氧化物，包括一氧化碳等；真空条件下，并处于一氧化碳的自然温度下，一氧化碳再次作为还原剂，并进行渗氮反应，渗氮效果显著提升并同时降低反应产物的氧含量。

实施例1

1、将五氧化二钒和石墨粉按照质量100：28的质量比例混匀；

2、在压球机中对上述混合料进行压制处理，得球状生料；

3、将生料放入烧结炉中，烧结炉烧结工艺为：6小时常温升到1500℃，并在最高温保温3小时；保证炉内充满氮气，炉压为0.02MPa；

4、保温、保压结束后将炉内温度降到1000℃并保温20分钟，保温过程中对烧结炉进行抽真空处理，炉内绝对压力为500±5Pa；

5、真空保温结束后、自然冷却到室温，出料产品即为低氧钒氮合金；

利用氧含量分析技术，对制得的钒氮合金进行氧元素的检测，测得的氧含量为1.1%。

实施例2

1、将四氧化二钒和石墨粉按照质量100:26比例混匀；

2、在压球机中对上述混合料进行压制处理，得椭球形生料；

3、将生料放入烧结炉中，烧结炉烧结工艺为：6小时常温升到1700℃，并在最高温保温5小时；保证炉内充满氮气，炉压为0.05MPa；

4、保温、保压结束后将炉内温度降到1000℃并保温30分钟，保温过程中对烧结炉进行抽真空处理，炉内绝对压力为1500±5Pa；

5、真空保温结束后、自然冷却到室温，出料产品即为低氧钒氮合金；

利用氧含量分析技术，对制得的钒氮合金进行氧元素的检测，测得的氧含量为1.0%。

实施例3

1、将三氧化二钒和石墨粉按照质量100:25比例混匀；

2、在压球机中对上述混合料进行压制处理，得椭球形生料；

3、将生料放入烧结炉中，烧结炉烧结工艺为：6小时常温升到1800℃，并在最高温保温45小时；保证炉内充满氮气，炉压为0.01MPa；

4、保温、保压结束后将炉内温度降到1000℃并保温30分钟，保温过程中对烧结炉进行抽真空处理，炉内绝对压力为300±5Pa；

5、真空保温结束后、自然冷却到室温，出料产品即为低氧钒氮合金；

利用氧含量分析技术，对制得的钒氮合金进行氧元素的检测，测得的氧含量为0.9%。

实施例4

1、将三氧化二钒和石墨粉按照质量100:25比例混匀；

2、在压球机中对上述混合料进行压制处理，得椭球形生料；

3、将生料放入烧结炉中，烧结炉烧结工艺为：6小时常温升到1800℃，并在最高温保温45小时；保证炉内充满氮气，炉压为0.01MPa；

4、保温、保压结束后将炉内温度降到1000℃并保温30分钟，保温过程中对烧结炉进行抽真空处理，炉内绝对压力为0Pa/5Pa之间；

5、真空保温结束后、自然冷却到室温，出料产品即为低氧钒氮合金；

利用氧含量分析技术，对制得的钒氮合金进行氧元素的检测，测得的氧含量为1.2%。

实施例5

1、将三氧化二钒和石墨粉按照质量100:25比例混匀；

2、在压球机中对上述混合料进行压制处理，得椭球形生料；

3、将生料放入烧结炉中，烧结炉烧结工艺为：6小时常温升到1800℃，并在最高温保温45小时；保证炉内充满氮气，炉压为0.01MPa；

4、保温、保压结束后将炉内温度降到1000℃并保温30分钟，保温过程中对烧结炉进行抽真空处理，炉内绝对压力为5000Pa；

5、真空保温结束后、自然冷却到室温，出料产品即为低氧钒氮合金；

利用氧含量分析技术，对制得的钒氮合金氧元素的进行检测，测得的氧含量为1.1%。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种低氧钒氮合金的制备方法，其特征是，步骤如下：

1）将氧化钒和石墨粉混合均匀，并进行压制形成球状或椭球形生料；

2）将压制后的生料的置入烧结炉中烧结，烧结工艺为：6小时温度由常温升到1400~1800℃，并保温3~5小时，同时炉内充满氮气，炉压为0.01~0.05MPa；

3）保温结束后，将炉内温度降至1000℃继续保温反应30~60分钟；同时烧结炉进行抽真空处理，炉内保持绝对压力为0~5000Pa；

4）真空保温后，冷却后即得低氧钒氮合金。

2.如权利要求1所述的一种低氧钒氮合金的制备方法，其特征是，所述步骤3）中，炉内绝对压力为300~1500Pa。

3.如权利要求1所述的一种低氧钒氮合金的制备方法，其特征是，所述氧化钒和石墨粉的重量比为100：（25~28）。