CN107058855B - 一种用含钒溶液制备钒氮合金的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属涉及一种用含钒溶液制备钒氮合金的方法。其技术方案是：按含钒溶液中的钒∶碳质还原剂∶沉淀剂的物质的量的比为2∶(3~6)∶(4~10)，在搅拌条件下，向含钒溶液中加入所述碳质还原剂和所述沉淀剂，再调节pH值至1.0~9.0；所述含钒溶液中的钒为五价钒或为氧化后的五价钒。将调节pH值后的溶液在60~100℃条件下搅拌0.5~3h，固液分离，干燥，得到前驱体。在常压和氮气流量为5~50L·min‑1·kg‑1的条件下，将所述前驱体预还原，继续加热至1000~1500℃，保温0.5~3h；随炉冷却至室温~100℃，出炉，破碎，磨细，压块，制得钒氮合金。本发明具有生产成本低、工艺简单、还原氮化温度低和反应时间短的特点。

Description

一种用含钒溶液制备钒氮合金的方法
技术领域
本发明属于钒氮合金技术领域。具体涉及一种用含钒溶液制备钒氮合金的方法。
背景技术
钒氮合金是一种新型的合金添加剂，可以替代钒铁用于微合金化钢的生产，钒钢中氮含量的增加降低了析出相长大和粗化的趋势，使析出相颗粒变细，更能发挥钒的作用。采用钒氮合金化，不需要添加其他贵重的合金元素，在一般热轧条件下就可以获得屈服强度为550~600MPa的高强度钢。因此，钒氮合金在高强度钢筋、非调质钢、工具钢等产品的研发生产中得到了广泛的应用。
“纳米氮化钒及纳米碳氮化钒粉体的制备方法”（CN1899955A）专利技术，以粉状钒酸铵、碳质还原剂和微量稀土等催化剂为原料，按一定配比将它们溶于去离子水或蒸馏水中，搅拌均匀，制得溶液，然后将该溶液加热、干燥，在还原气体中制得纳米氮化钒及纳米碳氮化钒。该工艺所需的稀土催化剂、去离子水和还原气体使生产成本较高。
“一种钒氮微合金添加剂及制备方法”（CN103388101A）专利技术，钒化合物经磨粉机研磨后与复合还原剂、粘结剂和水在锥形混料机中充分混合均匀，压制成型，在650~1300℃还原3.5~5h，在1300~1500℃氮化烧结7.2~9.6h，冷却得到钒氮微合金添加剂。该工艺中钒化合物需经研磨，并且与还原剂需要在混料机中混合；还原氮化温度高、时间长。
“一种制备钒氮合金的方法”（CN103952512A）专利技术，由偏钒酸铵或/和多钒酸铵在氮氢混合气氛下于600~650℃还原3~6h，得到钒氧化物；将得到的钒氧化物与催化剂、碳质粉剂、粘结剂和水湿法制球，在常压氮气氛下于300~350℃保温1~3h，然后升温至1450~1650℃，充入压力为正0.04~0.08MPa的氮气，进行氮化反应6~9h，降温出料，获得钒氮合金。该工艺反应温度高，反应时间长。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种生产成本低、工艺简单、还原氮化温度低和反应时间短的用含钒溶液制备钒氮合金的方法，用该方法制备的钒氮合金满足生产要求。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案的具体步骤是：
步骤一、按含钒溶液中的钒∶碳质还原剂∶沉淀剂的物质的量的比为2∶(3~6)∶(4~10)，在搅拌条件下，向含钒溶液中加入所述碳质还原剂和所述沉淀剂，再调节pH值至1.0~9.0。
所述含钒溶液中的钒为五价钒或为氧化后的五价钒。
步骤二、将调节pH值后的溶液在60~100℃条件下搅拌0.5~3h，固液分离，干燥，得到前驱体。
步骤三、在常压和氮气流量为5~50L·min-1·kg-1的条件下，将所述前驱体预还原，继续加热至1000~1500℃，保温0.5~3h；随炉冷却至室温~100℃，出炉，破碎，磨细，压块，制得钒氮合金。
所述含钒溶液中钒的浓度≥5g/L，其他离子的浓度和≤5mol/L。
所述沉淀剂为尿素、铵盐和氨水中的一种以上。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明用含钒溶液作为制备钒氮合金的钒源，含钒溶液来源丰富，并且省去了钒源和碳质还原剂的混匀和共磨过程，工艺简单，能提高生产效率，降低生产成本。
(2)本发明中的碳质还原剂在沉钒过程中作为晶种，形成更多的晶核，使得沉钒粒度变小，在沉钒过程中碳黑和沉钒产物混合更均匀，有利于固-固反应的进行。
(3)本发明中的前驱体在还原氮化过程中，分解产生NH3，增加反应物颗粒的比表面积，促进还原氮化反应的进行。
本发明制备的钒氮合金经测定：钒含量为77.17~80.85wt%，氮含量为12.45~17.44wt%，表观密度为3.12~3.96g/cm3，满足国标GB/T 20567-2006的要求。
因此，本发明具有生产成本低、工艺简单、还原氮化温度低和反应时间短的特点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明技术方案做进一步详细的说明，并非对其保护范围的限制。
本具体实施方式中：
所述含钒溶液中钒的浓度≥5g/L，其他离子的浓度和≤5mol/L；
所述沉淀剂为尿素、铵盐和氨水中的一种以上。
实施例中不再赘述。
实施例1
一种用含钒溶液制备钒氮合金的方法。本实施例所述方法的具体步骤是：
步骤一、按含钒溶液中的钒∶碳质还原剂∶沉淀剂的物质的量的比为2∶(3~4)∶(4~8)，在搅拌条件下，向含钒溶液中加入所述碳质还原剂和所述沉淀剂，再调节pH值至1.0~3.0。
所述含钒溶液中的钒为五价钒或为氧化后的五价钒。
步骤二、将调节pH值后的溶液在60~80℃条件下搅拌2~3h，固液分离，干燥，得到前驱体。
步骤三、在常压和氮气流量为5~30L·min-1·kg-1的条件下，将所述前驱体预还原，继续加热至1000~1300℃，保温2~3h；随炉冷却至室温~100℃，出炉，破碎，磨细，压块，制得钒氮合金。
本实施例1制备的钒氮合金经测定：钒含量为77.17~79.93wt%；氮含量为12.45~15.49wt%；表观密度为3.32~3.63g/cm3。
实施例2
一种用含钒溶液制备钒氮合金的方法。本实施例所述方法的具体步骤是：
步骤一、按含钒溶液中的钒∶碳质还原剂∶沉淀剂的物质的量的比为2∶(4~5)∶(5~9)，在搅拌条件下，向含钒溶液中加入所述碳质还原剂和所述沉淀剂，再调节pH值至3.0~6.0。
所述含钒溶液中的钒为五价钒或为氧化后的五价钒。
步骤二、将调节pH值后的溶液在70~90℃条件下搅拌1~2h，固液分离，干燥，得到前驱体。
步骤三、在常压和氮气流量为15~40L·min-1·kg-1的条件下，将所述前驱体预还原，继续加热至1100~1400℃，保温1~2h；随炉冷却至室温~100℃，出炉，破碎，磨细，压块，制得钒氮合金。
本实施例2制备的钒氮合金经测定：钒含量为77.56~80.02wt%；氮含量为14.67~17.44wt%；表观密度为3.12~3.52g/cm3。
实施例3
一种用含钒溶液制备钒氮合金的方法。本实施例所述方法的具体步骤是：
步骤一、按含钒溶液中的钒∶碳质还原剂∶沉淀剂的物质的量的比为2∶(5~6)∶(6~10)，在搅拌条件下，向含钒溶液中加入所述碳质还原剂和所述沉淀剂，再调节pH值至6.0~9.0。
所述含钒溶液中的钒为五价钒或为氧化后的五价钒。
步骤二、将调节pH值后的溶液在80~100℃条件下搅拌0.5~1.5h，固液分离，干燥，得到前驱体。
步骤三、在常压和氮气流量为25~50L·min-1·kg-1的条件下，将所述前驱体预还原，继续加热至1200~1500℃，保温0.5~1.5h；随炉冷却至室温~100℃，出炉，破碎，磨细，压块，制得钒氮合金。
本实施例3制备的钒氮合金经测定：钒含量为78.81~80.85wt%；氮含量为13.52~16.71wt%；表观密度为3.36~3.96g/cm3。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本具体实施方式用含钒溶液作为制备钒氮合金的钒源，含钒溶液来源丰富，并且省去了钒源和碳质还原剂的混匀和共磨过程，工艺简单，能提高生产效率，降低生产成本。
(2)本具体实施方式中的碳质还原剂在沉钒过程中作为晶种，形成更多的晶核，使得沉钒粒度变小，在沉钒过程中碳黑和沉钒产物混合更均匀，有利于固-固反应的进行。
(3)本具体实施方式中的前驱体在还原氮化过程中，分解产生NH3，增加反应物颗粒的比表面积，促进还原氮化反应的进行。
本具体实施方式制备的钒氮合金经测定：钒含量为77.17~80.85wt%，氮含量为12.45~17.44wt%，表观密度为3.12~3.96g/cm3，满足国标GB/T 20567-2006的要求。
因此，本具体实施方式具有生产成本低、工艺简单、还原氮化温度低和反应时间短的特点。

Claims (1)

1.一种用含钒溶液制备钒氮合金的方法，其特征在于所述方法的具体步骤是：
步骤一、按含钒溶液中的钒∶碳质还原剂∶沉淀剂的物质的量的比为2∶(3～6)∶(4～10)，在搅拌条件下，向含钒溶液中加入所述碳质还原剂和所述沉淀剂，再调节pH值至1.0～9.0；
所述含钒溶液中的钒为五价钒或为氧化后的五价钒，所述含钒溶液中钒的浓度≥5g/L，其他离子的浓度和≤5mol/L；
所述沉淀剂为尿素、铵盐和氨水中的一种以上，
步骤二、将调节pH值后的溶液在60～100℃条件下搅拌0.5～3h，固液分离，干燥，得到前驱体；
步骤三、在常压和氮气流量为5～50L·min-1·kg-1的条件下，将所述前驱体预还原，继续加热至1000～1500℃，保温0.5～3h；随炉冷却至室温～100℃，出炉，破碎，磨细，压块，制得钒氮合金。
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