CN1480548A - 一种钒氮微合金添加剂及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢铁冶金中一种钒氮微合金添加剂及制备方法，它是以钒酸盐或钒氧化物为原料，加入碳质还原剂和密度强化剂压块后置于高温炉内，常压下通入氮气，控制一定的温度，还原的同时进行氮化，最终得到高密度的含碳化钒和氮化钒的钒氮微合金添加剂，其组成特征是：含钒量77％～82％、含氮量11％～16％：含碳量2％～7％(wt)，本方法工艺简单，不使用真空设备，有利于连续化生产，可降低生产成本，经济与环境效益明显。

Description

一种钒氮微合金添加剂及制备方法

所属技术领域

本发明属于一种金属添加剂，特别涉及一种制备钒氮微合金添加剂的方法。

背景技术

钒的主要用途是为冶金工业作合金添加剂，大量的工业规模应用数据表明：增加含钒钢中的氮含量能提高钢的屈服强度，主要原因是钢中氮含量的增加降低了析出相长大与粗化的趋势，钢中增氮后，析出相颗粒变细，从而充分发挥钒在钢中的作用。在高强度低合金钢中，钒氮微合金添加剂的使用，可以有效强化和细化晶粒，在规定强度水平下，钢中增氮可以节省钒用量，一般而言，与钒铁相比可节约钒用量高达20％～40％，降低炼钢成本30～50元/t。

对于钢中增氮方法通常有：1)添加富氮锰铁；2)添加氰氨化钙、3)吹氮；4)使用氮化钒铁，这些方法都有不足之处：方法1)昂贵；方法2)收率低且不稳定；方法3)吹氮时需要特殊装置；方法4)要先生产钒铁，再固态渗氮得到氮化钒铁，制造成本高。国外参考文献采用直空碳还原法的主要文献有US3,334,992介绍了联合碳化物公司制取氮化钒的技术，将181kgV₂O₃、62kg碳、4.1kg粘结剂、3kg铁粉，加入20％水，混均后在211kg/cm²压力下压成50×50×38mm的块，把块装入2800×1680×680mm炉堂的真空炉内，抽真空至压力为0.2Torr(27Pa)。升温至1385℃，压力回升至20Torr(2664Pa)，此温度下保温60h后，压力下降至0.1755Torr(23.4Pa)得到碳化钒，将温度降至1100℃，通入氮气，使炉内压力达5～10Torr(666.6～1333.2Pa)，保温2h，再将温度降到1000℃，保温6h，停止加热，并在氮气中冷却，最后得到氮化钒。

采用高温真空碳还原法的优点在于：能有效地将反应体系中气相组分排出体系，有利于反应向生成产物方向移动，快速达到平衡，提高产物回收率，降低反应温度；无氧环境能有效地避免产物的二次氧化，提高产物质量。

高温真空碳还原法的缺点：对反应设备要求苛刻，设备材料的高温强度要求高；不能连续进行，制备流程过长；过长的反应周期，导致劳动生产率低；过长的反应周期造成能耗过大；长时间的高温过程对设备损耗大；设备的一次性投入大，生产成本高，产品竞争力下降。

发明内容

为解决以上技术之不足，本发明的目的提供一种钒氮徽合金添加剂及制备方法，利用氮的化合物与还原剂采用氮化与炭化同步进行的方式，以有效解决了微合金添加剂及制备方法。

本发明的技术主案是这样实现的：

钒氮微合金添加剂由钒的化合物、还原剂及密度强化剂等制备而成：其中各元素的重量百分比为：

钒的化合物有：偏钒酸铵

              多聚钒酸铵

              五氧化二钒

              二氧化钒

              三氧化二钒

碳质还原剂有：石墨

              活性炭

              碳黑

              石墨电极粉

              木炭粉

密度强化剂有：Cr、Mn、Fe、Co、Ni等单质或其化合物，密度强化剂加入量占反应物总质量的1％～5％，钒氮微合金添加剂组成为：钒含量为77％～82％；碳含量2％～7％；氮含量11％～16％。

钒氮微合金添加剂的制备方法，按照氮的化合物、碳质还原剂，按其含量比例为：

钒的化合物有：偏钒酸铵

              多聚钒酸铵

              五氧化二钒

              二氧化钒

              三氧化二钒

碳质还原剂有：石墨

              活性炭

              碳黑

              石墨电极粉

              木炭粉

密度强化剂有：Cr、Mn、Fe、Co、Ni等单质或其化合物，密度强化剂加入量占反应物总质量的1％～5％，钒氮微合金添加剂组成为：钒含量为77％～82％；碳含量2％～7％；氮含量11％～16％。

取粒度在100～150目范围内钒的化合物，按比例配加固态碳质还原剂、密度强化剂、粘结剂等，粘结剂可用淀粉、糖浆、聚乙烯醇等，将它们充分混合后，压制成型，成型压力1000～1200Pa，成型后样品尺寸为1×2×5cm³，成型后的样品经150℃干燥后投入反应炉中。

采用炭化氮化工艺，还原设备可用工业上普遍使用的高温固定式炉床，如感应炉、炭热炉等电阻炉，也可用连续式高温炉床，如回转炉、隧道窑、竖炉、摇炉等，经高温还原氮化制备出钒氮微合金添加剂。样品加入到炉内后通入氮气，氮气流量控制在0.1～0.2m³/h·kg，炉内温度控制在1300～1500℃，还原渗氮时间0.5～8h，样品在炉内总停留时间为3～15h，最终样品在氮气保护下，冷却到200℃以下出炉。

在上述工艺条件下，制备的钒氮徽合金添加剂其组成为含钒量78％～82％，含氮量11％～16％，含碳量2％～7％。

优点：本发明的特别意义在于不用真空，常压下可连续运行的工艺。这种常压下的碳化氮化法与高温真空碳还原法相比，有以下突出优点：

简化了钒氮微合金添加剂的制备过程，使分两步进行的反应过程在同一步操作下实现；常压下的碳化氮化法，避开了真空过程，也就避开了复杂的真空设备，使设备投入明显降低；高温真空碳还原法需要几十个小时，常压下的碳化氮化法仅需要几个小时，极大地缩短了反应周期，大幅度提高劳动生产率，更容易实现工业化；能耗因反应周期的缩短而降低，使生产成本因能耗下降而大幅度降低；节约能源的同时，也保护了环境；设备选用上，不用真空设备为连续化生产创造了条件。同时，在设备的一次性投入上，常压下碳化氮化法比高温真空碳还原法明显降低，加之生产周期短，从而使生产成本降低，产品更具有市场竞争力；产物质量稳定。

具体实施方式

本发明具体实施方式由以下实施例详细给出。实施实例1

                以钒酸铵为原料制备钒氮微合金添加剂

将烘干研磨后的钒酸铵经标准筛筛分后，选择粒度为120目的钒酸铵配加还原剂。本实施实例选择单质石墨为还原剂，其配入量以下述反应方程式为依据，按化学反应计量比配制，并适当调整配碳量，

        加入5％密度强化剂后，经振动筛充分筛混后，液压成型，成型压力2Mpa～30Mpa，成型后样品尺寸为1×2×5cm³，成型样品经烘干后投入反应炉中，通入流动氮气，升高温度至650℃，保温2小时后升温至1300-1450℃，保温24小时，在流动氮气保护下冷却，取出样品。实施实例2

             以三氧化二钒为原料制备钒氮微合金添加剂

将烘干研磨后的三氧化二钒经标准筛筛分后，选择粒度为140目的三氧化二钒配加活性炭还原剂，其配入量以下述反应方程式为依据，按化学反应计量比配制，并适当调整配碳量，

                   加入3％密度强化剂后，用2％粘结剂，充分混匀后成型，成型压力1300Pa～1400Pa，成型后样品尺寸为1×2×5cm³，经150℃干燥后，进入高温炉。通入氮气压力为0.3-0.5Mpa，氮气流量为0.2m³/h·kg，炉内温度控制在1400-1450℃，经过冷却出来后得到成品。产物中V量：77.45％～78.80％，C量：1.123％～3.411％，N量：10.85％～14.51％，S量≤0.01％～0.005％，O量≤0.5％，实施实例3

              以五氧化二钒为原料制备钒氮微合金添加剂

将烘干研磨后的五氧化二钒经标准筛筛分后，选择粒度为120目的五氧化二钒配加还原剂。本实施实例选择单质石墨还原剂，其配入量以下述反应方程式为依据，按化学反应计量比配制，并适当调整配碳量，

                  加入5％密度强化剂后，经振动筛充分筛混后，液压成型，成型压力2MPa～30MPa，成型后样品尺寸为1×2×5cm³，成型样品经烘干后投入高温反应炉中，通入流动氮气，升高温度至650℃，保温2小时后升温至1350-1400℃，保温6小时，在流动氮气保护下冷却，取出样品。实施实例4

              以二氧化钒为原料制备钒氮微合金添加剂

将烘干研磨后的二氧化钒经标准筛筛分后，选择粒度为120目的二氧化钒配加还原剂。本实施实例选择单质石墨还原剂，其配入量以下述反应方程式为依据，按化学反应计量比配制，并适当调整配碳量，

               

加入5％密度强化剂后，经振动筛充分筛混后，液压成型，成型压力2MPa～30MPa，成型后样品尺寸为1×2×5cm³，成型样品经烘干后，在流动氮气保护下，从入口处将样品推入温度为1450-1500℃的高温炉中，控制样品在炉内的走行时间为30-50分钟，样品从炉的出口端收集，流动氮气保护下，冷却出炉。

Claims (2)

1、一种钒氮微合金添加剂，其特征在于钒氮微合金添加剂由钒的化合物、还原剂及密度强化剂制备而成：

钒的化合物有：偏钒酸铵

              多聚钒酸铵

              五氧化二钒

              二氧化钒

              三氧化二钒

碳质还原剂有：石墨

              活性炭

              碳黑

              石墨电极粉

             木炭粉

密度强化剂有：Cr、Mn、Fe、Co、Ni等单质或其化合物，密度强化剂加入量占反应物总质量的1％～5％，钒氮微合金添加剂组成为：钒含量为77％～82％；碳含量2％～7％；氮含量11％～16％。

2、一种钒氮微合金添加剂的制备方法，其特征在于钒氮徽合金添加剂的制备方法，使用钒的化合物、碳质还原剂及密度强化剂。

钒的化合物有：偏钒酸铵

              多聚钒酸铵

              五氧化二钒

              二氧化钒

              三氧化二钒

碳质还原剂有：石墨

              活性炭

              碳黑

              石墨电极粉

              木炭粉

密度强化剂有：Cr、Mn、Fe、Co、Ni等单质或其化合物，密度强化剂加入量占反应物总质量的1％～5％，钒氮微合金添加剂组成为：钒含量为77％～82％；碳含量2％～7％；氮含量11％～16％。

其中：氮的化合物为77％～82％；碳质还原剂为2％～7％；氮的含量为11％～16％；

取粒度在100～150目范围内钒的化合物，按比例配加固态碳质还原剂、密度强化剂、粘结剂等，粘结剂可用淀粉、糖浆、聚乙烯醇等，将它们充分混合后，压制成型，成型压力1000～1200Pa，成型后样品尺寸为1×2×5cm³，成型后的样品经150℃干燥后投入反应炉中。

采用炭化氮化工艺，设备可用工业上普通使用的高温固定式炉床，如感应炉、炭热炉等电阻炉，也可用连续式高温炉床，如回转炉、隧道窑、摇炉、竖炉等，经高温还原氮化制备出钒氮微合金添加剂。样品加入到炉内后通入氮气，氮气流量控制在0.1～0.2m³/h·kg，炉内温度控制在1300～1500℃，还原渗氮时间0.5～8h，样品在炉内总停留时间为3～15h，最终样品在氮气保护下，冷却到200℃以下出炉。