CN115821100B - 一种使用推板窑制备氮化钒铁的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种使用推板窑制备氮化钒铁的方法，包括：a.将钒铝合金粉末、钒氮合金粉末以及增铁剂三种原料分别进行磨料；b.检测钒铝合金粉末中的钒、铝含量，以及钒氮合金粉末中的碳、钒、氮含量；c.设定钒氮合金粉末的质量为标准量，设定目标氮化钒铁中的氮钒比，基于钒氮合金粉末质量、氮钒比以及步骤b中的各个成分的含量计算钒铝合金粉末和增铁剂的质量配比；d.按照步骤c中的质量配比进行配料，加入粘结剂进行混磨并压块以形成料块；e.将料块放入推板窑中煅烧以制备氮化钒铁。本发明的方法中精确计算出各原料的配比，按照配比配料并煅烧制备出牌号好的氮化钒铁，本发明的方法实现了对大批量废料的高效利用，能源消耗低，安全环保。
Description
技术领域
本发明涉及钒冶金技术领域，尤其涉及一种使用推板窑制备氮化钒铁的方法。
背景技术
氮化钒铁是一种新型钒氮合金添加剂，性能优于钒铁和氮化钒，可广泛应用于高强度螺蚊钢筋、高强度管线钢、高强度型钢等产品。氮化钒铁因其比重可达到5.0g/cm³以上，比添加氮化钒(比重3.5左右)具有更高的吸收率，氮化钒铁的回收率可达95%以上，平均比钒氮合金吸收率高3%~5%，性能更加稳定，具有更高的细化晶粒和提升强度、韧性、延展性等功能。钒铝合金粉末废料与钒氮合金粉末废料是生产钒合金过程中必然产生的伴随物，尤其是AlV55合金由于自身材料的脆性，在破碎的过程中会产生大量的合金粉末，添加钒铝合金粉末再次冶炼的方法已处理不了产生的大量粉末。现有技术中通常将钒铝合金粉末废料回炉再利用或者用于钒铁冶炼，然而这样的处理方式存在无法大量处理废料、废料利用率不高的问题。
因此，现有技术中存在对使用推板窑制备氮化钒铁的方法改进的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种使用推板窑制备氮化钒铁的方法，该方法通过参数计算原料配比，实现了对钒合金生产废料的高效再利用。
基于上述目的，本发明实施例的提供了一种使用推板窑制备氮化钒铁的方法，该方法包括以下步骤：
a.将钒铝合金粉末、钒氮合金粉末以及增铁剂三种原料分别进行磨料；
b. 检测钒铝合金粉末中的钒、铝含量，以及钒氮合金粉末中的碳、钒、氮含量；
c. 设定钒氮合金粉末的质量为标准量，设定目标氮化钒铁中的氮钒比，基于钒氮合金粉末质量、氮钒比以及步骤b中的各个成分的含量计算钒铝合金粉末和增铁剂的质量配比；
d. 按照步骤c中的质量配比进行配料，加入粘结剂进行混磨并压块以形成料块；
e. 将料块放入推板窑中煅烧以制备氮化钒铁。
在一些实施方式中，步骤c中，钒铝合金粉末的质量配比计算公式为：
所述增铁剂的质量配比的计算公式为：
其中，：钒氮合金质量；/>：钒铝合金质量；/>：钒氮合金N的质量分数；/>：钒氮合金V的质量分数；/>：氮化钒铁的氮钒比为0.17~0.2；/>：钒铝合金V的质量分数；/>：Fe2O3的质量；/>：钒氮合金C的质量分数；/>：C的摩尔质量；：Fe2O3的摩尔质量；/>：钒铝合金Al的质量分数；/>：Al的摩尔质量。
在一些实施方式中，步骤a中，增铁剂为氧化铁或者氧化铁与铁粉混合物。
在一些实施方式中，步骤a中，使用雷磨机将三种原料雷磨至粒度小于240目。
在一些实施方式中，步骤b中，钒铝合金粉末中的钒含量为50~60%。
在一些实施方式中，步骤b中，钒氮合金粉末中氮含量为14~18%。
在一些实施方式中，步骤d中，粘结剂为水。
在一些实施方式中，步骤d中，按重量百分比计，水的添加量为配料总量的5~10%。
在一些实施方式中，步骤d中，混磨时的混磨时间为20~40min，压块时的压块边长为2~5cm，压强为8~15MPa。
在一些实施方式中，步骤e中，在推板窑中煅烧时，最高煅烧温度为1400~1500℃，煅烧时间为20~30h。
本发明至少具有以下有益技术效果：
本发明的提供了一种制备氮化钒铁的方法，在该方法中基于废料中的成分含量精确计算出各个原料的配比，按照配比配料并煅烧制备出牌号好的氮化钒铁，本发明的方法实现了对大批量废料的高效利用，能源消耗低，安全环保。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
此外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
本发明提供了一种使用推板窑制备氮化钒铁的方法，包括以下步骤：
a.将钒铝合金粉末、钒氮合金粉末以及增铁剂三种原料分别进行磨料；
b. 检测钒铝合金粉末中的钒、铝含量，以及钒氮合金粉末中的碳、钒、氮含量；
c. 设定钒氮合金粉末的质量为标准量，设定目标氮化钒铁中的氮钒比，基于钒氮合金粉末质量、氮钒比以及步骤b中的各个成分的含量计算钒铝合金粉末和增铁剂的质量配比；
d. 按照步骤c中的质量配比进行配料，加入粘结剂进行混磨并压块以形成料块；
e. 将料块放入推板窑中煅烧以制备氮化钒铁。
进一步地，在步骤a中，钒铝合金粉末、钒氮合金粉末的粒度不均匀，因此首先使用雷磨机将三种原料雷磨至粒度小于240目，其中，原料中的增铁剂为氧化铁或者氧化铁与铁粉混合物。
进一步地，在步骤b中，使用成分分析检测项目检测粉末中的物质含量，具体需要对钒氮合金V、N、C，钒铝合金V、Al进行检测，具体地，钒铝合金粉末中的钒含量为50~60%，钒氮合金粉末中氮含量为14~18%。
进一步地，在步骤c中，钒铝合金粉末的质量配比计算公式为：
所述增铁剂的质量配比的计算公式为：
其中，：钒氮合金质量；/>：钒铝合金质量；/>：钒氮合金N的质量分数；/>：钒氮合金V的质量分数；/>：氮化钒铁的氮钒比为0.17~0.2；/>：钒铝合金V的质量分数；/>：Fe2O3的质量；/>：钒氮合金C的质量分数；/>：C的摩尔质量；：Fe2O3的摩尔质量；/>：钒铝合金Al的质量分数；/>：Al的摩尔质量。
进一步地，在步骤d中，使用水作为粘结剂，按重量百分比计，水的添加量为配料总量的5~10%，加入粘结剂后对混料进行混磨压块，具体地，混磨时的混磨时间为20~40min，压块时的压块边长为2~5cm，压强为8~15MPa。
进一步地，在步骤e中，使用推板窑对料块进行煅烧，料罐入窑后，依次经过窑内各温区，分别控制各温区温度并通入氮气，具体地，控制最高煅烧温度为1400~1500℃，煅烧时间为20~30h，煅烧得到氮化钒铁产品。
下面为结合具体实施例对本发明作出进一步解释。
实施例1
以煅烧制备氮化钒铁FeV65N13-A为目标，将原料钒铝合金粉末、钒氮合金粉末以及增铁剂分别进行雷磨至粒度小于240目；为了使配料更加精准，对钒氮合金、钒铝合金进行检测，钒铝合金为V：56.23，Al：42.86；钒氮合金为C：3.38，N：16.38，V：77.12。结合上一步原料成分以及原料配比按照本发明方法中的计算公式进行计算，其中，氮化钒铁的氮钒比为0.18，得到原料钒铝：钒氮：氧化铁配比为0.2468：1：0.4636；按照原料配比再加入8%水进行混磨，然后压成边长为4cm的块，压强为10MPa；在推板窑中煅烧24h，最高煅烧温度为1450℃持续时间为3h，推板窑通入氮气作为保护气体，煅烧结束等样品冷却后得到成品氮化钒铁。
经上述操作，得到FeV65N13-A氮化钒铁，密度为6.1 g/cm3，化学成分为V：65.08，N：11.71；C：0.239，Si：1.26，P：0.03，S：0.03，Al：1.57，Mn：0.01。
实施例2
以煅烧制备氮化钒铁FeV65N13-A为目标，将原料钒铝合金粉末、钒氮合金粉末以及增铁剂分别进行雷磨至粒度小于240目；为了使配料更加精准，对钒氮合金、钒铝合金进行检测，钒铝合金为V：55.76，Al：43.26；钒氮合金为C：4.84，N：17.16，V：77.31。结合上一步原料成分以及原料配比按照本发明方法中的计算公式进行计算，其中，氮化钒铁的氮钒比为0.18，得到原料钒铝：钒氮：氧化铁配比为0.3232：1：0.6294；按照原料配比再加入8%水进行混磨，然后压成边长为4cm的块，压强为10MPa；在推板窑中煅烧24h，最高煅烧温度为1450℃持续时间为3h，推板窑通入氮气作为保护气体，煅烧结束等样品冷却后得到成品氮化钒铁。
经上述操作，得到FeV65N13-A氮化钒铁，密度为6.3g/cm3，化学成分为V ：63.15，N：11.32；C：0.324，Si：0.95，P：0.04，S：0.02，Al：1.66，Mn：0.01。
实施例3
以煅烧制备氮化钒铁FeV65N13-A为目标，将原料钒铝合金粉末、钒氮合金粉末以及增铁剂分别进行雷磨至粒度小于240目；为了使配料更加精准，对钒氮合金、钒铝合金进行检测，钒铝合金为V：55.76，Al：43.26；钒氮合金为C：4.84，N：17.16，V：77.31。结合上一步原料成分以及原料配比并按照本发明方法中的计算公式进行计算，其中，氮化钒铁的氮钒比为0.18，得到原料钒铝：钒氮：氧化铁配比为0.3232：1：0.6294；按照原料配比再加入8%水进行混磨，然后压成边长为4 cm的块，压强为10MPa；在推板窑中煅烧24h，最高煅烧温度为1500℃持续时间为3h，推板窑通入氮气作为保护气体，煅烧结束等样品冷却后得到成品氮化钒铁。
经上述操作，得到FeV65N13-A氮化钒铁，密度为6.4g/cm3，化学成分为V：63.15，N：11.58；C：0.123，Si：0.89，P：0.04，S：0.01，Al：1.43，Mn：0.01。
实施例4
以煅烧制备氮化钒铁FeV55N11-A为目标，将原料钒铝合金粉末、钒氮合金粉末以及增铁剂分别进行雷磨至粒度小于240目；为了使配料更加精准，对钒氮合金、钒铝合金进行检测，钒铝合金为V：55.76，Al：43.26；钒氮合金为C：4.84，N：17.16，V：77.31。结合上一步原料成分以及原料配比按照本发明方法中的计算公式进行计算，其中，氮化钒铁的氮钒比为0.18，得到原料钒铝：钒氮：氧化铁：铁粉配比为0.3232：1：0.6294：0.2168；按照原料配比再加入8%水进行混磨，然后压成边长为4 cm的块，压强为10MPa；在推板窑中煅烧24h，最高煅烧温度为1450℃持续时间为3 h，推板窑通入氮气作为保护气体，煅烧结束等样品冷却后得到成品氮化钒铁。
经上述操作，得到FeV55N11-A氮化钒铁，密度为6.8g/cm3，化学成分为V：54.99，N：10.03；C：0.458，Si：1.74，P：0.04，S：0.02，Al：1.79，Mn：0.01。
以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
应当理解的是，在本文中使用的，除非上下文清楚地支持例外情况，单数形式“一个”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，在本文中使用的“和/或”是指包括一个或者一个以上相关联地列出的项目的任意和所有可能组合。
上述本发明实施例公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围（包括权利要求）被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种使用推板窑制备氮化钒铁的方法，其特征在于，包括：
a.将钒铝合金粉末、钒氮合金粉末以及增铁剂三种原料分别进行磨料；
b. 检测所述钒铝合金粉末中的钒、铝含量，以及所述钒氮合金粉末中的碳、钒、氮含量；
c. 设定所述钒氮合金粉末的质量为标准量，设定目标氮化钒铁中的氮钒比，基于所述钒氮合金粉末质量、所述氮钒比以及步骤b中的各个成分的含量计算所述钒铝合金粉末和所述增铁剂的质量配比；
d. 按照步骤c中的质量配比进行配料，加入粘结剂进行混磨并压块以形成料块；
e. 将所述料块放入推板窑中煅烧以制备氮化钒铁；
其中，所述钒铝合金粉末的质量配比计算公式为：
所述增铁剂的质量配比的计算公式为：
其中，：钒氮合金质量；/>：钒铝合金质量；/>：钒氮合金N的质量分数；：钒氮合金V的质量分数；/>：氮化钒铁的氮钒比为0.17~0.2；/>：钒铝合金V的质量分数；/>：Fe2O3的质量；/>：钒氮合金C的质量分数；/>：C的摩尔质量；：Fe2O3的摩尔质量；/>：钒铝合金Al的质量分数；/>：Al的摩尔质量。
2.根据权利要求1所述的使用推板窑制备氮化钒铁的方法，其特征在于，步骤a中，所述增铁剂为氧化铁或者氧化铁与铁粉混合物。
3.根据权利要求1所述的使用推板窑制备氮化钒铁的方法，其特征在于，步骤b中，所述钒铝合金粉末中的钒含量为50~60%。
4.根据权利要求1所述的使用推板窑制备氮化钒铁的方法，其特征在于，步骤b中，所述钒氮合金粉末中氮含量为14~18%。
5.根据权利要求1所述的使用推板窑制备氮化钒铁的方法，其特征在于，步骤d中，所述粘结剂为水。
6.根据权利要求5所述的使用推板窑制备氮化钒铁的方法，其特征在于，步骤d中，按重量百分比计，所述水的添加量为配料总量的5~10%。
7.根据权利要求1所述的使用推板窑制备氮化钒铁的方法，其特征在于，步骤d中，混磨时的混磨时间为20~40min，压块时的压块边长为2~5cm，压强为8~15MPa。
8.根据权利要求1所述的使用推板窑制备氮化钒铁的方法，其特征在于，步骤e中，在所述推板窑中煅烧时，最高煅烧温度为1400~1500℃，煅烧时间为20~30h。
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2022
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