CN108611538A - 标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法，属于冶金技术领域。本发明为了解决现有技术中钒氮合金的钒含量偏高，生产成本较高的技术问题，提供了一种标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法，其包括以下步骤：将50～60重量份三氧化二钒、20～30重量份鳞片石墨和0.8～2.4重量份铁系烧结助剂混合均匀后，压制成型，所得料球于400～1520℃下与氮气反应后，出炉冷却，即得。本发明方法根据原料杂质含量的差异，通过烧结助剂的配加量来稀释或者浓缩原料杂质对合金成分波动的影响，并通过适当的工艺优化，制备所得标准低限全钒含量钒氮合金的全钒含量≥77.10％且≤77.50％。

Description

标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法。
背景技术
在含钒钢中增氮以便促进碳氮化钒的析出，从而更有效地提高氮碳化钒的沉淀强化和细化晶粒作用，使碳氮化物的析出范围扩大，提高微合金元素钒的有效作用，以较少的微合金元素含量就能达到同等的力学性能。在含钒钢加氮的最好办法是加入氮化钒，即钒氮合金，这种钒氮微合金技术通过充分利用廉价的氮元素，优化钒的析出，更好的发挥了细化晶粒和沉淀强化作用，可显著提高含钒钢的强度。据悉，目前中国钢铁业钒的消费强度是38gV/t钢，距欧美发达国家平均水平80gV/t钢，仍有较大差距。因此，仅钢铁业而言，中国乃至全球钒的消费仍有较大的增长空间。
然而，现阶段却鲜有标准低限全钒含量钒氮合金制备的公开研究报道。现有技术大多采用间接提高钒氮合金的氮含量来降低钒氮合金的全钒含量。例如，CN200910181086公开了一种提高钒氮合金氮含量进而间接降低钒氮合金全钒含量的方法，其向由含钒氧化物、碳化剂、催化剂、粘结剂组成的混合物中配加氮化促进剂并制成料块，对料块加热，使氮化促进剂气化或者分解产生气体，在料块中形成纵横交错的微观孔洞或通道；通过这些孔洞或通道，氮化反应中的氮进入到料块内部参与反应，使氮化反应完全，氮含量增加；该方法从钒氮合金的碳氮化机理入手，通过在配料中添加氮化促进剂，解决了加速碳化、强化氮化的难题，提高了钒氮合金的氮含量，然而仍然不能实现对钒氮合金全钒含量的精准调控。
发明内容
本发明为了解决现有技术中钒氮合金的钒含量偏高，生产成本较高的技术问题，提供了一种标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法，其包括以下步骤：
A、将50～60重量份三氧化二钒、20～30重量份鳞片石墨和0.8～2.4重量份铁系烧结助剂混合均匀后，压制成型，制成料球；
B、将步骤A所得料球于400～1520℃下与氮气反应后，出炉，冷却，得标准低限全钒含量钒氮合金。
其中，上述所述的标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法中，步骤A中，所述铁系烧结助剂的加入量与三氧化二钒中杂质含量之和占三氧化二钒、鳞片石墨和铁系烧结助剂总质量的2.5～4.0％。
其中，上述所述的标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法中，步骤A中，所述铁系烧结助剂为铁粉、三氧化二铁、四氧化三铁中的至少一种。
优选的，上述所述的标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法中，步骤A中，所述铁系烧结助剂为三氧化二铁与铁粉按重量比1：1混合而成的混合物。
其中，上述所述的标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法中，步骤A中，所述三氧化二钒的杂质含量为0.8％～2.4％。
其中，上述所述的标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法中，步骤A中，所述三氧化二钒的全钒含量为63～68wt％。
其中，上述所述的标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法中，步骤A中，所述鳞片石墨的固定碳含量≥98％，挥发分含量≤1％。
其中，上述所述的标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法中，步骤A中，所述三氧化二钒的粒度为-140目。
其中，上述所述的标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法中，步骤A中，所述鳞片石墨的粒度为-140目。
其中，上述所述的标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法中，步骤A中，所述铁系烧结助剂的粒度为-140目。
其中，上述所述的标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法中，步骤A中，所述混合均匀的时间为20～40min。
其中，上述所述的标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法中，步骤A中，混合均匀后，再加入8～12重量份的水混合20～40min。
优选的，上述所述的标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法中，步骤A中，所述水的加入量为9.5～10.5重量份。
更优选的，上述所述的标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法中，步骤A中，所述水的加入量为10重量份。
其中，上述所述的标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法中，步骤A中，所述压制成型的压力为6～9Mpa。
其中，上述所述的标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法中，步骤A中，所述料球的重量为45～55g。
其中，上述所述的标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法中，步骤B中，所述反应在氮气氛双道推板窑进行。
进一步的，上述所述的标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法中，步骤B中，所述氮气氛双道推板窑的6、7和8温区温度分别为：1030±25℃，1150±25℃，1250±25℃。
进一步的，上述所述的标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法中，步骤B中，氮气氛双道推板窑中的氮气流量≥140m3/h，氧含量为5～8ppm。
进一步的，上述所述的标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法中，步骤B中，所述氮气氛双道推板窑的窑头、窑中和窑尾的压力分别为1.4～3.4Pa、11.6～19.6Pa和13.8～25.8Pa。
进一步的，上述所述的标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法中，步骤B中，所述氮气氛双道推板窑窑尾的氮气分压≥99.2985kPa，温度≤1272℃。
其中，上述所述的标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法中，步骤B中，所述冷却为采用富氮冷却区冷却或强制冷却区冷却至温度300～450℃；所述富氮冷却区冷却采用“氮气冷却”的方式进行；所述强制冷却区冷却采用“氮气+水冷却”的方式进行。
其中，上述所述的标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法中，所述标准低限全钒含量钒氮合金的全钒含量≥77.10％且≤77.50％。
本发明的有益效果是：
本发明方法根据原料杂质含量的差异，通过烧结助剂的配加量来稀释或者浓缩原料杂质对合金成分波动的影响，并通过适当的工艺优化，制备所得标准低限全钒含量钒氮合金的全钒含量≥77.10％且≤77.50％，极大的降低了钒氮合金的生产成本。
具体实施方式
具体的，标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法，包括以下步骤：
A、将50～60重量份三氧化二钒、20～30重量份鳞片石墨和0.8～2.4重量份铁系烧结助剂混合均匀后，压制成型，制成料球；
B、将步骤A所得料球于400～1520℃下与氮气反应后，出炉，冷却，得标准低限全钒含量钒氮合金。
本发明基于碳化反应进行彻底，通常要配入过量还原剂，因此还原剂用量就是理论还原剂用量与合金残碳量之和，而VC和VN纯物质理论TV含量分别为80.93％和78.44％，二者相差甚微，也就是说不考虑杂质元素的影响，合金TV含量趋于常量，加之碳氮化过程中碳尘流的循环逸出，钒氮合金(N+C)含量波动范围小，可以视为常量。根据原料三氧化二钒的杂质含量差异，通过铁系烧结助剂的配加量来稀释或者浓缩原料杂质对合金成分波动的影响，以期获得标准低限TV含量的钒氮合金成品；步骤A中，所述铁系烧结助剂的加入量视原料杂质情况而定，具体为铁系烧结助剂的加入量与三氧化二钒中杂质含量之和占三氧化二钒、鳞片石墨和铁系烧结助剂总质量的2.5～4.0％；所述铁系烧结助剂为铁粉、三氧化二铁、四氧化三铁中的至少一种；所述铁系烧结助剂为三氧化二铁与铁粉按重量比1：1混合而成的混合物。
本发明方法中，所述三氧化二钒的全钒含量为63～68wt％，杂质含量为0.8％～2.4％。
本发明方法步骤A中，所述鳞片石墨的固定碳含量≥98％，挥发分含量≤1％。
为了便于压制，并加快反应进行，减少反应时间，本发明方法步骤A中，所述三氧化二钒的粒度为-140目，所述鳞片石墨的粒度为-140目，所述铁系烧结助剂的粒度为-140目。
为了使原料混合均匀，本发明方法步骤A中，所述混合均匀的时间为20～40min。
为了利于压制，本发明方法步骤A中，混合均匀后，再加入8～12重量份的水混合20～40min，再进行压制成型，并控制压制成型的压力为6～9Mpa；优选的，所述水的加入量为9.5～10.5重量份；更优选的，所述水的加入量为10重量份。
本发明方法步骤A中，将料球重量控制为45～55g，有利于后续反应进行。
本发明方法步骤B中，反应在氮气氛双道推板窑进行；所述氮气氛双道推板窑的6、7和8温区温度分别为：1030±25℃，1150±25℃，1250±25℃；氮气氛双道推板窑中的氮气流量≥140m3/h，氧含量为5～8ppm；其窑头、窑中和窑尾的压力分别为1.4～3.4Pa、11.6～19.6Pa和13.8～25.8Pa；氮气分压≥99.2985kPa，温度≤1272℃。
本发明方法步骤B中，所述冷却为采用富氮冷却区冷却或强制冷却区冷却至温度300～450℃；所述富氮冷却区冷却采用“氮气冷却”的方式进行；所述强制冷却区冷却采用“氮气+水冷却”的方式进行。
本发明方法根据原料杂质含量的差异，通过铁系烧结助剂的配加量来稀释或者浓缩原料杂质对合金成分波动的影响，并通过适当的工艺优化，制备所得标准低限全钒含量钒氮合金的全钒含量≥77.10％且≤77.50％，极大的降低了钒氮合金的生产成本。
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此将本发明保护范围限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
A、将52质量份三氧化二钒(∑杂质＝2.40％)、24质量份鳞片石墨和0.8质量份铁系烧结助剂(0.4质量份还原铁粉、0.4质量份三氧化二铁)磨料至-140目；将所有物料导入混料机进行30min干混操作，接着加入10质量份粘结剂(自来水)，在湿混设备上进行30min的湿混操作，待混匀后，采用对辊液压机进行制球操作，制成椭球型的料球，每颗料球的质量控制在50g左右；
B、步骤A所得料球进入氮气氛双道推板窑于400℃～1520℃下与氮气反应，碳化反应段的6、7、8温区温度设置为1030℃、1150℃、1250℃，保持氮气氛双道推板窑氮气流量为135m3/h、窑头，窑中和窑尾窑压保持在2.4Pa、15.6Pa、19.8Pa，氧含量控制在5～8ppm，控制尾端增氮过程中氮分压保持为99.2985kPa，出炉冷却得到钒氮合金。
实施例1所得钒氮合金化学成分为：TV：77.42％、N：17.72％、C：2.68％、P：0.024％、S：0.036％，余量为不影响合金质量的杂质。
实施例2
A、将52质量份三氧化二钒(∑杂质＝1.80％)、24质量份鳞片石墨和1.4质量份铁系烧结助剂(0.6质量份还原铁粉、0.8质量份三氧化二铁)磨料至-140目；将所有物料导入混料机进行30min干混操作，接着加入10质量份粘结剂(自来水)，在湿混设备上进行30min的湿混操作，待混匀后，采用对辊液压机进行制球操作，制成椭球型的料球，每颗料球的质量控制在50g左右；
B、步骤A所得料球进入氮气氛双道推板窑于400℃～1520℃下与氮气反应，碳化反应段的6、7、8温区温度设置为1030℃、1150℃、1250℃，保持氮气氛双道推板窑氮气流量为135m3/h、窑头，窑中和窑尾窑压保持在2.4Pa、15.6Pa、19.8Pa，氧含量控制在5～8ppm，控制尾端增氮过程中氮分压保持为99.2985kPa，出炉冷却得到钒氮合金。
实施例2所得钒氮合金化学成分为：TV：77.24％、N：17.72％、C：2.68％、P：0.024％、S：0.036％，余量为不影响合金质量的杂质。
实施例3
A、将52质量份三氧化二钒(∑杂质＝0.80％)、24质量份鳞片石墨和2.4质量份铁系烧结助剂(1.2质量份还原铁粉、1.2质量份三氧化二铁)磨料至-140目；将所有物料导入混料机进行30min干混操作，接着加入10质量份粘结剂(自来水)，在湿混设备上进行30min的湿混操作，待混匀后，采用对辊液压机进行制球操作，制成椭球型的料球，每颗料球的质量控制在50g左右；
B、步骤A所得料球进入氮气氛双道推板窑于400℃～1520℃下与氮气反应，碳化反应段的6、7、8温区温度设置为1030℃、1150℃、1250℃，保持氮气氛双道推板窑氮气流量为135m3/h、窑头，窑中和窑尾窑压保持在2.4Pa、15.6Pa、19.8Pa，氧含量控制在5～8ppm，控制尾端增氮过程中氮分压保持为99.2985kPa，出炉冷却得到钒氮合金。
实施例3所得钒氮合金化学成分为：TV：77.16％、N：17.72％、C：2.68％、P：0.024％、S：0.036％，余量为不影响合金质量的杂质。
由实施例1～3可知，本发明根据原料杂质含量差异，适当改变铁系烧结助剂的配加量来稀释或者浓缩原料杂质对合金成分波动的影响，辅以较佳的温度制度、气氛制度和尾端控冷工艺，即可生产标准低限全钒含量钒氮合金，其全钒含量≥77.10％且≤77.50％，从而提高钒资源的综合利用水平，具有重要的经济效益。

Claims (10)

1.标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、将50～60重量份三氧化二钒、20～30重量份鳞片石墨和0.8～2.4重量份铁系烧结助剂混合均匀后，压制成型，制成料球；
B、将步骤A所得料球于400～1520℃下与氮气反应后，出炉，冷却，得标准低限全钒含量钒氮合金。
2.根据权利要求1所述的标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法，其特征在于：步骤A中，所述铁系烧结助剂的加入量与三氧化二钒中杂质含量之和占三氧化二钒、鳞片石墨和铁系烧结助剂总质量的2.5～4.0％。
3.根据权利要求1所述的标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法，其特征在于：步骤A中，所述铁系烧结助剂为铁粉、三氧化二铁、四氧化三铁中的至少一种；优选为三氧化二铁与铁粉按重量比1：1混合而成的混合物。
4.根据权利要求1所述的标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法，其特征在于：步骤A中，所述三氧化二钒的杂质含量为0.8～2.4％。
5.根据权利要求1所述的标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法，其特征在于：步骤A中，至少满足下列中的一项：
所述三氧化二钒的全钒含量为63～68wt％；
所述鳞片石墨的固定碳含量≥98％，挥发分含量≤1％；
所述三氧化二钒的粒度为-140目；
所述鳞片石墨的粒度为-140目；
所述铁系烧结助剂的粒度为-140目。
6.根据权利要求1所述的标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法，其特征在于：步骤A中，所述混合均匀的时间为20～40min。
7.根据权利要求1所述的标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法，其特征在于：步骤A中，混合均匀后，再加入8～12重量份的水混合20～40min。
8.根据权利要求1～7任一项所述的标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法，其特征在于：步骤A中，至少满足下列中的一项：
所述压制成型的压力为6～9Mpa；
所述料球的重量为45～55g。
9.根据权利要求1所述的标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法，其特征在于：步骤B中，所述冷却为采用富氮冷却区冷却或强制冷却区冷却至温度300～450℃；所述富氮冷却区冷却采用氮气冷却的方式进行；所述强制冷却区冷却采用氮气+水冷却的方式进行。
10.根据权利要求1～9任一项所述的标准低限全钒含量钒氮合金的生产方法，其特征在于：所述标准低限全钒含量钒氮合金的全钒含量≥77.10％且≤77.50％。
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