專利名稱：一種氮化釩鐵的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氮化釩鐵的制備方法。
背景技術(shù)：
氮化釩鐵是一種重要的釩合金添加劑，它加入鋼中可提高鋼的耐磨性、耐腐蝕性、 韌性、強(qiáng)度、延展性、硬度及抗疲勞性等綜合力學(xué)性能，并使鋼具有良好的可焊接性能。尤其是在高強(qiáng)度低合金鋼中，氮化釩鐵比氮化釩、釩鐵能更有效地強(qiáng)化和細(xì)化晶粒，節(jié)約含釩原料，從而降低了煉鋼生產(chǎn)成本。近來，氮化釩鐵的制備方法主要包括液態(tài)滲氮法和固態(tài)滲氮法。典型的液態(tài)滲氮法包括將電爐內(nèi)冶煉的合格釩鐵熔體放入帶有底氣轉(zhuǎn)的鋼包中，同時(shí)通入氮?dú)膺M(jìn)行液態(tài)滲氮。典型的固態(tài)滲氮法包括將釩含量為37-52重量％的釩鐵，經(jīng)球磨后在600kW電阻爐內(nèi)， 在真空度為40Pa(絕對(duì)壓力)下通入氮?dú)?含< 2%的02)，并在約1050°C下滲氮約17h。 然而，這些傳統(tǒng)的氮化釩鐵的制備方法生產(chǎn)工藝復(fù)雜，且表觀密度較低，從而在煉鋼過程中容易浮于鋼水之上，不利于合金元素的吸收。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的氮化釩鐵的制備方法的上述缺點(diǎn)，提供了一種新的氮化釩鐵的制備方法，采用該方法可以制得表觀密度和氮含量較高的氮化釩鐵。本發(fā)明提供了一種氮化釩鐵的制備方法，該方法包括將釩氧化物、碳質(zhì)粉末、鐵粉和水進(jìn)行混合、成型和干燥，得到成型物，使該成型物在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行加熱，然后進(jìn)行冷卻，所述加熱的過程包括預(yù)熱階段、過渡階段和氮化燒結(jié)階段，且所述預(yù)熱階段的加熱溫度為400°C至低于800°C，所述過渡階段的加熱溫度為800°C至低于1200°C，所述氮化燒結(jié)階段的加熱溫度為1200-1500°C。根據(jù)本發(fā)明的所述氮化釩鐵的制備方法，通過適當(dāng)控制加熱過程中各個(gè)階段的溫度，從而能夠制備具有較高的氮含量和表觀密度的氮化釩鐵；而且，該方法不需要在真空條件下實(shí)施，在常壓下即可完成，從而使操作過程更加簡化，并降低了對(duì)設(shè)備的要求。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的所述氮化釩鐵的制備方法包括將釩氧化物、碳質(zhì)粉末、鐵粉和水進(jìn)行混合、成型和干燥，得到成型物，使該成型物在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行加熱，然后進(jìn)行冷卻，所述加熱的過程包括預(yù)熱階段、過渡階段和氮化燒結(jié)階段，且所述預(yù)熱階段的加熱溫度為400°C 至低于800°C，所述過渡階段的加熱溫度為800°C至低于1200°C，所述氮化燒結(jié)階段的加熱溫度為 1200-1500°C。根據(jù)本發(fā)明提供的所述方法，所述預(yù)熱階段的加熱時(shí)間可以為4-8小時(shí)，優(yōu)選為 5-7小時(shí)；所述過渡階段的加熱時(shí)間為3-7小時(shí)，優(yōu)選為4-6小時(shí)；所述氮化燒結(jié)階段的加熱時(shí)間為8-12小時(shí)，優(yōu)選為9-11小時(shí)。將所述預(yù)熱階段、所述過渡階段以及所述氮化燒結(jié)階段的加熱時(shí)間控制在上述范圍內(nèi)，可以進(jìn)一步提高最終制備的氮化釩鐵產(chǎn)品中的氮含量和表觀密度。根據(jù)本發(fā)明提供的所述方法，相對(duì)于100重量份的所述釩氧化物，所述碳質(zhì)粉末的用量可以為10-30重量份，優(yōu)選為15-25重量份；所述鐵粉的用量可以根據(jù)需要制備的氮化釩鐵產(chǎn)品的鐵含量進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，通常所述鐵粉的用量可以為5-50重量份，優(yōu)選為 10-40重量份；水的用量可以為5-20重量份，優(yōu)選為6-15重量份。根據(jù)本發(fā)明提供的所述方法，所述釩氧化物可以為V0、V02、V203和V2O5中的一種或多種。根據(jù)本發(fā)明提供的所述方法，所述碳質(zhì)粉末可以為石墨、炭黑和活性炭中的一種或多種。根據(jù)本發(fā)明提供的所述方法，所述鐵粉可以為金屬鐵粉和/或氧化鐵粉。所述鐵粉的顆粒尺寸沒有特別的限定，然而，為了進(jìn)一步提高氮化釩鐵的表觀密度，所述鐵粉的顆粒尺寸優(yōu)選為80-140目。在本發(fā)明中，所述鐵粉的顆粒尺寸指的是鐵粉顆粒上任意兩點(diǎn)之間的最大距離，當(dāng)鐵粉為球形顆粒時(shí)，所述顆粒尺寸也稱為顆粒直徑。根據(jù)本發(fā)明提供的所述方法，為了將釩氧化物、碳質(zhì)粉末和鐵粉粘結(jié)更加緊密，優(yōu)選向釩氧化物、碳質(zhì)粉末、鐵粉和水的混合物中加入粘結(jié)劑。所述粘結(jié)劑例如可以為淀粉和 /或聚乙烯醇。當(dāng)所述粘結(jié)劑為淀粉時(shí)，淀粉與水的用量的重量比可以為1 0.5-10，優(yōu)選為1 0.6-2;當(dāng)所述粘結(jié)劑為聚乙烯醇時(shí)，所述聚乙烯醇可以以濃度為1-20重量％的聚乙烯醇水溶液的形式使用。根據(jù)本發(fā)明提供的所述方法，所述成型的壓力沒有特別的限定，只要對(duì)釩氧化物、 碳質(zhì)粉末、鐵粉和水的混合物施壓后能夠成型為想要的形狀即可，優(yōu)選情況下，所述成型的壓力為9-llMPa。根據(jù)本發(fā)明提供的所述方法，所述干燥的溫度可以為150-200°C，干燥的時(shí)間可以為10-100小時(shí)。根據(jù)本發(fā)明提供的所述方法，所述氮?dú)鈿夥障碌牡獨(dú)夥謮嚎梢詾?. 1-0. 5MPa，優(yōu)選為 0. 2-0. 4MPao根據(jù)本發(fā)明提供的所述方法，所述冷卻過程可以包括氮?dú)饫鋮s和水冷卻，氮?dú)饫鋮s和水冷卻的條件使得加熱后得到的物料經(jīng)過氮?dú)饫鋮s和水冷卻后的溫度為50-150°C。在本發(fā)明中，所述氮?dú)饫鋮s是指用溫度不超過30 V的氮?dú)鈱?duì)經(jīng)過加熱后的產(chǎn)物的表面進(jìn)行吹掃；所述水冷卻是指用溫度不超過50°C的水與加熱產(chǎn)物間接接觸進(jìn)行熱交換。所述熱交換一般在換熱器中進(jìn)行。在優(yōu)選情況下，在所述冷卻過程中，先進(jìn)行氮?dú)饫鋮s，然后進(jìn)行水冷卻，所述氮?dú)饫鋮s的時(shí)間可以為1-4小時(shí)，所述水冷卻的時(shí)間可以為1-3小時(shí)。根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述氮化釩鐵的制備方法在推板式隧道窯中實(shí)施。在這種情況下，通過適當(dāng)控制推板式隧道窯內(nèi)不同段內(nèi)的溫度，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)地制備氮化釩鐵，從而大大提高氮化釩鐵的生產(chǎn)效率。以下通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅限于此。在以下實(shí)施例中，氮化釩鐵產(chǎn)品中的氮含量和釩含量以及氮化釩鐵產(chǎn)品的表觀密度根據(jù)GB/T 20567-2006方法測(cè)得。實(shí)施例1
本實(shí)施例用于說明本發(fā)明提供的所述氮化釩鐵的制備方法。將800kg的釩氧化物(V2O3和V2O5的混合物，釩含量為63. 2重量％ )、220kg的石墨粉、70kg的金屬鐵粉(顆粒尺寸為100-140目)和120kg的水混合30分鐘，對(duì)混合后得到的混合物料施加9MPa的壓力，成型為50mmX50mmX30mm的橢球形成型物，使該成型物在180°C下干燥48小時(shí)。然后，將干燥后的成型物裝入坩堝中，并將這些坩堝送進(jìn)推板式隧道窯內(nèi)，根據(jù)該推板式隧道窯內(nèi)不同段的溫度的不同，將該推板式隧道窯分成預(yù)熱段、過渡段、氮化燒結(jié)段和冷卻段。向該推板式隧道窯內(nèi)通入氮?dú)猓观釄鍍?nèi)的成型物在氮?dú)鈿夥?(氮?dú)夥謮簽?. 3MPa)下依次在所述預(yù)熱段、過渡段和氮化燒結(jié)段內(nèi)進(jìn)行加熱，所述預(yù)熱段的溫度為400°C至低于800°C，所述過渡段的溫度為800°C至低于1200°C，所述氮化燒結(jié)段的溫度為1200-1400°C，且所述預(yù)熱段、過渡段和氮化燒結(jié)段內(nèi)的溫度各自沿著坩堝在推板式隧道窯內(nèi)的移動(dòng)方向而遞增。通過控制坩堝在推板式隧道窯內(nèi)的移動(dòng)速度，使該坩堝在預(yù)熱段內(nèi)的停留時(shí)間為6小時(shí)，使該石墨在過渡段內(nèi)的停留時(shí)間為5小時(shí)，使該坩堝在氮化燒結(jié)段內(nèi)的停留時(shí)間為10小時(shí)。然后，使經(jīng)過氮化燒結(jié)段加熱后的物料在冷卻段內(nèi)依次進(jìn)行氮?dú)饫鋮s2小時(shí)(通過向推板式隧道窯內(nèi)通入室溫下的氮?dú)鈦韺?shí)現(xiàn))和水冷卻2小時(shí)(通過在氮?dú)饫鋮s段的下游的推板式隧道窯的外殼上設(shè)置水冷套來實(shí)現(xiàn))，以將坩堝內(nèi)的物料冷卻至100°C以下，從而得到氮化釩鐵產(chǎn)品，該氮化釩鐵產(chǎn)品中的氮含量為12. 4重量％，釩含量為68. 3重量％，表觀密度為3. 9g/cm3。實(shí)施例2本實(shí)施例用于說明本發(fā)明提供的所述氮化釩鐵的制備方法。根據(jù)實(shí)施例1的方法制備氮化釩鐵，所不同的是，通過控制坩堝在推板式隧道窯內(nèi)的移動(dòng)速度，使該坩堝在預(yù)熱段內(nèi)的停留時(shí)間為3小時(shí)，在過渡段內(nèi)的停留時(shí)間為8小時(shí)，在氮化燒結(jié)段內(nèi)的停留時(shí)間為8小時(shí)，從而得到氮化釩鐵產(chǎn)品，該氮化釩鐵產(chǎn)品中的氮含量為10. 1重量％，釩含量為69. 3重量％，表觀密度為3. Og/cm3。對(duì)比例1根據(jù)實(shí)施例1的方法制備氮化釩鐵，所不同的是，將推板式隧道窯內(nèi)的加熱段的溫度保持在1100-1400°C的范圍內(nèi)，從而制得氮含量為7. 9重量％、釩含量為69. 8重量％、 表觀密度為2. 7g/cm3的氮化釩鐵產(chǎn)品。實(shí)施例3本實(shí)施例用于說明本發(fā)明提供的所述氮化釩鐵的制備方法。將800kg的V203、150kg的活性炭粉、40kg的金屬鐵粉(顆粒尺寸為100-140目)、 80kg的水和50kg的淀粉混合30分鐘，對(duì)混合后得到的混合物料施加IOMPa的壓力，成型為50mmX50mmX30mm的橢球形成型物，使該成型物在150°C下干燥60小時(shí)。然后，將干燥后的成型物裝入坩堝中，并將這些坩堝送進(jìn)推板式隧道窯內(nèi)，根據(jù)該推板式隧道窯內(nèi)不同段的溫度的不同，將該推板式隧道窯分成預(yù)熱段、過渡段、氮化燒結(jié)段和冷卻段。向該推板式隧道窯內(nèi)通入氮?dú)?，使坩堝?nèi)的成型物在氮?dú)鈿夥?氮?dú)夥謮簽?. 2MPa)下依次在所述預(yù)熱段、過渡段和氮化燒結(jié)段內(nèi)進(jìn)行加熱，所述預(yù)熱段的溫度為500°C至低于800°C，所述過渡段的溫度為800°C至低于1200°C，所述氮化燒結(jié)段的溫度為1200-1500°C，且所述預(yù)熱段、過渡段和氮化燒結(jié)段內(nèi)的溫度各自沿著坩堝在推板式隧道窯內(nèi)的移動(dòng)方向而遞增。通過控制坩堝在推板式隧道窯內(nèi)的移動(dòng)速度，使該坩堝在預(yù)熱段內(nèi)的停留時(shí)間為5小時(shí)，使該石墨在過渡段內(nèi)的停留時(shí)間為4小時(shí)，使該坩堝在氮化燒結(jié)段內(nèi)的停留時(shí)間為11小時(shí)。 然后，使經(jīng)過氮化燒結(jié)段加熱后的物料在冷卻段內(nèi)依次進(jìn)行氮?dú)饫鋮s1小時(shí)(通過向推板式隧道窯內(nèi)通入室溫下的氮?dú)鈦韺?shí)現(xiàn))和水冷卻3小時(shí)(通過在氮?dú)饫鋮s段的下游的推板式隧道窯的外殼上設(shè)置水冷套來實(shí)現(xiàn))，以將坩堝內(nèi)的物料冷卻至100°C以下，從而得到氮化釩鐵產(chǎn)品，該氮化釩鐵產(chǎn)品中的氮含量為10. 2重量％，釩含量為46. 5重量％，表觀密度為 3. 2g/cm3。實(shí)施例4本實(shí)施例用于說明本發(fā)明提供的所述氮化釩鐵的制備方法。將800kg的％05、240kg的炭黑粉、120kg的氧化鐵粉末(顆粒尺寸為100-140目)、 IOOkg的濃度為10%的聚乙烯醇水溶液(購自武漢遠(yuǎn)城科技發(fā)展有限公司)混合30分鐘， 對(duì)混合后得到的混合物料施加IlMPa的壓力，成型為50mmX50mmX30mm的橢球形成型物， 使該成型物在200°C下干燥20小時(shí)。然后，將干燥后的成型物裝入坩堝中，并將這些坩堝送進(jìn)推板式隧道窯內(nèi)，根據(jù)該推板式隧道窯內(nèi)不同段的溫度的不同，將該推板式隧道窯分成預(yù)熱段、過渡段、氮化燒結(jié)段和冷卻段。向該推板式隧道窯內(nèi)通入氮?dú)?，使坩堝?nèi)的成型物在氮?dú)鈿夥?氮?dú)夥謮簽?. 4MPa)下依次在所述預(yù)熱段、過渡段和氮化燒結(jié)段內(nèi)進(jìn)行加熱， 所述預(yù)熱段的溫度為600°C至低于800°C，所述過渡段的溫度為800°C至低于1200°C，所述氮化燒結(jié)段的溫度為1200-1300°C，且所述預(yù)熱段、過渡段和氮化燒結(jié)段內(nèi)的溫度各自沿著坩堝在推板式隧道窯內(nèi)的移動(dòng)方向而遞增。通過控制坩堝在推板式隧道窯內(nèi)的移動(dòng)速度， 使該坩堝在預(yù)熱段內(nèi)的停留時(shí)間為7小時(shí)，使該石墨在過渡段內(nèi)的停留時(shí)間為6小時(shí)，使該坩堝在氮化燒結(jié)段內(nèi)的停留時(shí)間為9小時(shí)。然后，使經(jīng)過氮化燒結(jié)段加熱后的物料在冷卻段內(nèi)依次進(jìn)行氮?dú)饫鋮s4小時(shí)(通過向推板式隧道窯內(nèi)通入室溫下的氮?dú)鈦韺?shí)現(xiàn))和水冷卻1小時(shí)(通過在氮?dú)饫鋮s段的下游的推板式隧道窯的外殼上設(shè)置水冷套來實(shí)現(xiàn))，以將坩堝內(nèi)的物料冷卻至100°C以下，從而得到氮化釩鐵產(chǎn)品，該氮化釩鐵產(chǎn)品中的氮含量為 11. 2重量％，釩含量為46. 3重量％，表觀密度為4. Og/cm3。
權(quán)利要求
1.一種氮化釩鐵的制備方法，該方法包括將釩氧化物、碳質(zhì)粉末、鐵粉和水進(jìn)行混合、 成型和干燥，得到成型物，使該成型物在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行加熱，然后進(jìn)行冷卻，所述加熱的過程包括預(yù)熱階段、過渡階段和氮化燒結(jié)階段，且所述預(yù)熱階段的加熱溫度為400°C至低于 800°C，所述過渡階段的加熱溫度為800°C至低于1200°C，所述氮化燒結(jié)階段的加熱溫度為 1200-1500°C。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述預(yù)熱階段的加熱時(shí)間為4-8小時(shí)，所述過渡階段的加熱時(shí)間為3-7小時(shí)，所述氮化燒結(jié)階段的加熱時(shí)間為8-12小時(shí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，相對(duì)于100重量份的所述釩氧化物，所述碳質(zhì)粉末的用量為10-30重量份，所述鐵粉的用量為5-50重量份，水的用量為5-20重量份。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的方法，其中，所述釩氧化物為V0、V02、V203和V2O5中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的方法，其中，所述碳質(zhì)粉末為石墨、炭黑和活性炭中的一種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的方法，其中，所述鐵粉為金屬鐵粉和/或氧化鐵粉。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述鐵粉的顆粒尺寸為80-140目。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述成型的壓力為9-llMPa，所述干燥的溫度為 150-200 "C。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述氮?dú)鈿夥障碌牡獨(dú)夥謮簽?.1-0. 5MPa。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述冷卻過程包括氮?dú)饫鋮s和水冷卻，氮?dú)饫鋮s和水冷卻的條件使得加熱后得到的物料經(jīng)過氮?dú)饫鋮s和水冷卻后的溫度為50-150°C。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述冷卻過程包括先進(jìn)行氮?dú)饫鋮s，然后進(jìn)行水冷卻，所述氮?dú)饫鋮s的時(shí)間為1-4小時(shí)，所述水冷卻的時(shí)間為1-3小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氮化釩鐵的制備方法，該方法包括將釩氧化物、碳質(zhì)粉末、鐵粉和水進(jìn)行混合、成型和干燥，得到成型物，使該成型物在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行加熱，然后進(jìn)行冷卻，所述加熱的過程包括預(yù)熱階段、過渡階段和氮化燒結(jié)階段，且所述預(yù)熱階段的加熱溫度為400℃至低于800℃，所述過渡階段的加熱溫度為800℃至低于1200℃，所述氮化燒結(jié)階段的加熱溫度為1200-1500℃。根據(jù)本發(fā)明提供的所述方法制備的所述氮化釩鐵具有較高的氮含量和表觀密度。
文檔編號(hào)C22C29/16GK102477510SQ20101057539
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者劉豐強(qiáng), 李千文, 王乖寧, 胡力, 韓春輝 申請(qǐng)人:攀鋼集團(tuán)攀枝花鋼釩有限公司, 攀鋼集團(tuán)鋼鐵釩鈦股份有限公司