一種用于制備超高氮化釩的原料組合物及采用該原料制備超高氮化釩的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及鋼鐵冶金領(lǐng)域，尤其涉及一種用于制備超高氮化釩的原料組合物及采用該原料制備超高氮化釩的方法。一種用于制備超高氮化釩的原料組合物，該組合物包括含釩化合物、碳質(zhì)還原劑和粘結(jié)劑，所述的粘結(jié)劑為三聚氰胺。本發(fā)明在低成本條件下實(shí)現(xiàn)了ＶＮ19合金產(chǎn)品的批量化生產(chǎn)。生產(chǎn)的超高氮含量的氮化釩在攀鋼進(jìn)行了高強(qiáng)度螺紋鋼的生產(chǎn)試驗(yàn)。產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)：氮含量：17-21% ,碳含量＜２.０%，氧含量＜２.０%，釩含量75-78%。
【專利說明】一種用于制備超高氮化釩的原料組合物及采用該原料制備超高氮化釩的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋼鐵冶金領(lǐng)域，尤其涉及一種用于制備超高氮化釩的原料組合物及采用該原料制備超高氮化釩的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]釩氮19是釩氮合金系列產(chǎn)品中的高級(jí)別產(chǎn)品，屬于高附加值釩深加工產(chǎn)品，可以替代釩鐵用于微合金化鋼的生產(chǎn)，添加鋼中能提高鋼的強(qiáng)度、韌性、延展性及抗熱疲勞性等綜合機(jī)械性能，有效提高鋼的焊接性能。在相同強(qiáng)度下，添加氮化釩合金，可以節(jié)約釩加入量30-40%，大幅度降低煉鋼工序成本。
[0003]由于近年來鋼產(chǎn)量急劇擴(kuò)大，型材生產(chǎn)量大增，連鑄連軋工藝應(yīng)用日益廣泛，軋制速度和終軋速度大大提高，而其中的許多都是含釩的新三級(jí)鋼。因此，要求降低碳氮化釩在鐵素體中的溶解度，提高其從鐵素體析出溫度和析出的速度，以最大化的利用釩達(dá)到沉淀強(qiáng)化的作用。
[0004]有研究表明，晶體內(nèi)鐵素體的形成主要是因?yàn)閵W氏體內(nèi)有氮化釩沉淀存在。即使在采用釩鐵的工藝中，釩都是以幾乎純的氮化釩的形式開始從奧氏體里面析出，而且析出的開始溫度隨氮含量的升高而急劇升高，只有在氮快要用盡的時(shí)候，才漸變形成碳氮化釩的同晶沉淀。從奧氏體到鐵素體的相變過程中沉淀強(qiáng)化作用的大小與給定的相變溫度下碳氮化釩的溶解能力成反比。而碳化釩在奧氏體里的溶解能力比氮化釩高得多，純的碳化釩甚至不會(huì)在奧氏體里面產(chǎn)生沉淀。另外，對(duì)于釩微合金鋼，每增加1 0 ppm的氮，可以使得屈服強(qiáng)度增加6 Μ P a，這個(gè)關(guān)系幾乎是線性的。綜上所述，氮在沉淀強(qiáng)化方面擔(dān)當(dāng)著重要的角色。它在促進(jìn)大量而且均勻彌散的碳氮化釩的形成方面，在提高軋制溫度和速度等方面起著重要的作用，使得氮成為控制沉淀強(qiáng)化作用和提高鋼材的屈服強(qiáng)度方面成為首選元素。
[0005]中國發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)?200910194234.3申請(qǐng)日:2009-11-27)公開了一種氮化釩的制備方法，該制備方法是將含釩化合物與有機(jī)氮化物混合，在含氮?dú)怏w中煅燒，得到氮化釩。
[0006]中國發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)?201210291750.Χ申請(qǐng)日:2012-08-16)公開了一種氮化釩的制備方法，該制備方法是將粉末狀釩氧化物、碳質(zhì)還原劑及粘接劑水溶液混合均勻后壓制成塊狀，再將塊狀物料烘干后連續(xù)加入到雙通道推板窯內(nèi)，在窯內(nèi)壓力10-100Pa和氣體保護(hù)條件下，在窯內(nèi)各溫度區(qū)域發(fā)生還原、燒結(jié)、氮化反應(yīng)和冷卻，最終生產(chǎn)出得到了含量為77-80%V、ll-18%N、2-8%C，產(chǎn)品密度3.2-4.lg/cm3的氮化釩產(chǎn)品。該方法實(shí)現(xiàn)了連續(xù)生產(chǎn)，具有原料易得，工藝過程穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高，還原效率高，反應(yīng)溫度低，熱效率高，能耗低等優(yōu)點(diǎn)。
[0007]中國發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)?201310614215.8申請(qǐng)日:2013-11-28)公開了以粉狀五氧化二釩和碳黑為原料，將粉狀五氧化二釩和碳黑按照質(zhì)量比1: (0.33、.35)混合，再外加原料4?6wt%的水，混勻，壓制成自還原球，將自還原球裝入電加熱爐，在氮?dú)鈿夥罩猩郎刂?20?65(TC，保溫1.5?2.5小時(shí)；然后升溫至125(Tl300°C，保溫2?3小時(shí)，隨爐冷卻；最后將出爐后的氮化釩破碎，破碎后外加原料2?3wt%的濃度為4%的聚乙烯醇水溶液，攪拌混勻，用強(qiáng)力壓球機(jī)壓制成球，得到氮化釩合金。所述壓制成球的壓力為12?14MPa，重復(fù)壓制2^3次。該方法具有工藝簡單、可操作性強(qiáng)、生產(chǎn)周期短、能耗低和生產(chǎn)成本低的特點(diǎn)，所制備的氮化釩合金品質(zhì)穩(wěn)定、氮含量高和表觀密度較高。
[0008]中國發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)?201410289772.1申請(qǐng)日:2014-06-26)公開了采用液相溶劑熱法制備氮化釩，液相采用水溶液或醇類溶劑，釩源是釩的二價(jià)、三價(jià)或四價(jià)氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽以及醋酸鹽，氮源是氨氣、尿素、肼、氯化銨、碳酸銨、醋酸銨、硫酸銨。該方法制備過程不需要采用碳或氫氣作為還原劑，消除了制備過程中溫室氣體的排放，同時(shí)也消除了氮化釩中的雜質(zhì)碳元素，該方法中合金合成溫度低于400°C ;本方法合成的氮化釩氮含量最聞可以達(dá)到21%的理論含量。
[0009]中國發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)?201410309698.5申請(qǐng)日:2014-07-01)公開了一種氮化釩鐵及其制備方法，該方法包括以下步驟:將釩氧化物、碳質(zhì)粉末、鐵粉、含水粘結(jié)劑和氮化促進(jìn)劑相混合并壓實(shí)，形成料塊；對(duì)料塊進(jìn)行干燥，然后在反應(yīng)器中在氮?dú)鈿夥障录訜崃蠅K，加熱后冷卻，從而得到氮化釩鐵。該方法經(jīng)過合理配料以及對(duì)設(shè)備的準(zhǔn)確操作，可以顯著提高氮化釩鐵的表觀密度，以及提高氮化釩鐵中的氮含量。
[0010]目前，釩氮19是釩氮合金系列產(chǎn)品中的高級(jí)別產(chǎn)品，屬于高附加值釩深加工產(chǎn)品，可以替代釩鐵用于微合金化鋼的生產(chǎn)，添加鋼中能提高鋼的強(qiáng)度、韌性、延展性及抗熱疲勞性等綜合機(jī)械性能，有效提高鋼的焊接性能。在相同強(qiáng)度下，添加氮化釩合金，可以節(jié)約釩加入量30-40%，大幅度降低煉鋼工序成本，目前，市場銷售多以釩氮16合金為主，在確保釩氮16合金產(chǎn)量和銷量占主導(dǎo)地位的前提下，加快更高級(jí)別的新產(chǎn)品研發(fā)力度，充分利用先進(jìn)的豎爐生產(chǎn)工藝，調(diào)整配方及生產(chǎn)工藝，進(jìn)行反復(fù)研究及生產(chǎn)試驗(yàn)，在低成本條件下實(shí)現(xiàn)了 VN 19合金產(chǎn)品的批量化生產(chǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于制備超高氮化釩的原料組合物，采用該原料組合物生產(chǎn)氮化釩，氮化釩中的含氮量高，減少了氮化所需要的時(shí)間，節(jié)約了能耗，延長了爐子的使用壽命。本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供采用上述原料組合物制備超高氮化釩的方法。
[0012]為了實(shí)現(xiàn)上述的第一個(gè)目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案:
一種用于制備超高氮化釩的原料組合物，該組合物包括含釩化合物、碳質(zhì)還原劑和粘結(jié)劑，所述的粘結(jié)劑為三聚氰胺。
[0013]作為優(yōu)選，該原料組合物按重量份計(jì)主要由以下成分構(gòu)成:含釩化合物100份，粉末狀碳質(zhì)還原劑1(Γ40份，三聚氰胺廣15份。
[0014]作為再優(yōu)選，該原料組合物按重量份計(jì)主要由以下成分構(gòu)成:含釩化合物100份，粉末狀碳質(zhì)還原劑18?25份，三聚氰胺31份。
[0015]作為優(yōu)選，該原料組合物還包括原料組合物2%重量比以下的水。
[0016]作為優(yōu)選，所述的含釩化合物為偏釩酸銨、多聚釩酸銨、五氧化二釩、二氧化釩、三氧化二釩中至少一種。
[0017]作為再優(yōu)選，所述的含釩化合物為五氧化二釩或三氧化二釩或兩者的混合物。
[0018]作為優(yōu)選，所述的碳質(zhì)還原劑為活性炭、炭黑、天然石墨、人造石墨粉和鱗片石墨中的一種或多種。
[0019]作為再優(yōu)選，所述的碳質(zhì)還原劑為粉末狀人造石墨粉，粒度為8(Γ150目。
[0020]為了實(shí)現(xiàn)上述的第二個(gè)目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案:
一種超高氮化釩的制備方法，該方法包括以下的步驟:
1)將上述的一種用于制備超高氮化釩的原料組合物混勻后壓制成直徑為3(T60mm的半成品球，再自然晾干；
2 )將晾干后的半成品球連續(xù)投入中端設(shè)有中頻感應(yīng)爐的立窯中，物料首先經(jīng)過立窯的上端預(yù)熱干燥，干燥溫度為40(T60(TC，時(shí)間為f 2小時(shí)，然后到立窯中端的中頻感應(yīng)爐，中頻感應(yīng)爐通入高純氮?dú)?，保持爐內(nèi)微正壓0.0Γ0.03MPa，溫度9(KTll5(TC，進(jìn)行碳化氮化反應(yīng)4飛小時(shí)，最后到立窯下端進(jìn)行冷卻f 2小時(shí)，冷卻至150°C以下出料，這樣每隔61小時(shí)投料一次，出料一次。
[0021]作為優(yōu)選，所述的中頻感應(yīng)爐為加熱圈直徑在500mm-1000mm的中頻感應(yīng)豎爐。
[0022]本發(fā)明由于采用了上述的技術(shù)方案，采用三聚氰胺作為粘結(jié)劑，在反應(yīng)過程中三聚氰胺的分解不殘留任何雜質(zhì)，分解產(chǎn)生的氮元素可作為低溫氮化劑，分解產(chǎn)生的氫元素可作為低溫還原劑，將氧化釩中的氧元素含量明顯降低；三聚氰胺分解后所形成的空穴使得低價(jià)釩氧化物的比表面積大大的提高，這使得高溫氮化階段與氮?dú)獾慕佑|面積提高，因此氮化釩的含氮量高，減少了氮化所需要的時(shí)間，節(jié)約了能耗，延長了爐子的使用壽命。
[0023]本發(fā)明在低成本條件下實(shí)現(xiàn)了 VN 19合金產(chǎn)品的批量化生產(chǎn)。生產(chǎn)的超高氮含量的氮化釩在攀鋼進(jìn)行了高強(qiáng)度螺紋鋼的生產(chǎn)試驗(yàn)。產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo):氮含量:17-21%，碳含量< 2.0 %,氧含量< 2.0 %，釩含量75-78%。

【具體實(shí)施方式】
[0024]實(shí)施例1
將100kg純度為98%的粉狀五氧化二釩、22kg粒度為100目的石墨粉、和6kg的三聚氰胺混合均勻后，用高壓壓球機(jī)制成直徑50mm±0.5mm的半成品球，自然干燥3、天后備用。投料時(shí)將半成品球連續(xù)投入中端設(shè)有中頻感應(yīng)爐的立窯中，物料首先經(jīng)過立窯的上端預(yù)熱干燥，干燥溫度為500°C，時(shí)間為1小時(shí)，然后到立窯中端的中頻感應(yīng)爐，中頻感應(yīng)爐以14m3/h通入高純氮?dú)猓３譅t內(nèi)微正壓0.02MPa，溫度1000°C ± 100°C，進(jìn)行碳化氮化反應(yīng)4小時(shí)，最后到立窯下端的儲(chǔ)料冷卻室，冷卻室?guī)A套用水冷卻，冷卻1小時(shí)，冷卻至150°C以下出料，每隔6小時(shí)投料一次，出料一次，第二次進(jìn)料上端爐體溫度在500°C，連續(xù)生產(chǎn)，可以得到產(chǎn)品 V:75.96%, N: 18.54%, C: 1.16%，密度 3.5g/cm3。
[0025]實(shí)施例2
將100kg純度為98%的粉狀五氧化二釩、20kg粒度為100目的石墨粉、6kg的三聚氰胺混合均勻后，用高壓壓球機(jī)制成直徑50mm±0.5mm的半成品球，自然干燥:Γ5天后備用。投料時(shí)將半成品球連續(xù)投入中端設(shè)有中頻感應(yīng)爐的立窯中，物料首先經(jīng)過立窯的上端預(yù)熱干燥，干燥溫度為550°C，時(shí)間為1小時(shí)，然后到立窯中端的中頻感應(yīng)爐，中頻感應(yīng)爐以14m3/h通入高純氮?dú)猓３譅t內(nèi)微正壓0.02MPa，溫度1000°C ± 100°C，進(jìn)行碳化氮化反應(yīng)4小時(shí)，最后到立窯下端的儲(chǔ)料冷卻室，冷卻室?guī)A套用水冷卻，冷卻1小時(shí)，冷卻至150°C以下出料，每隔6小時(shí)投料一次，出料一次，第二次進(jìn)料上端爐體溫度在550°C，連續(xù)生產(chǎn)，可以得到產(chǎn)品 V:77.17%, Ν:19.29，%C:1.53，密度 3.15g/cm3。
[0026] 實(shí)施例3
將100kg純度為98%的粉狀五氧化二釩、24kg粒度為100目的石墨粉、6kg的三聚氰胺混合均勻后，用高壓壓球機(jī)制成直徑50mm±0.5mm的半成品球，自然干燥:Γ5天后備用。投料時(shí)將半成品球連續(xù)投入中端設(shè)有中頻感應(yīng)爐的立窯中，物料首先經(jīng)過立窯的上端預(yù)熱干燥，干燥溫度為450°C，時(shí)間為1小時(shí)，然后到立窯中端的中頻感應(yīng)爐，中頻感應(yīng)爐以14m3/h通入高純氮?dú)?，保持爐內(nèi)微正壓0.02MPa，溫度1000°C ± 100°C，進(jìn)行碳化氮化反應(yīng)4小時(shí)，最后到立窯下端的儲(chǔ)料冷卻室，冷卻室?guī)A套用水冷卻，冷卻1小時(shí)，冷卻至150°C以下出料，每隔6小時(shí)投料一次，出料一次，第二次進(jìn)料上端爐體溫度在450°C，連續(xù)生產(chǎn)，可以得到產(chǎn)品 V:78.27%, Ν:20.69，%C:1.06，密度 3.lg/cm3。
【權(quán)利要求】
1.一種用于制備超高氮化釩的原料組合物，該組合物包括含釩化合物、碳質(zhì)還原劑和粘結(jié)劑，其特征在于:所述的粘結(jié)劑為三聚氰胺。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于制備超高氮化釩的原料組合物，其特征在于該原料組合物按重量份計(jì)主要由以下成分構(gòu)成:含釩化合物100份，粉末狀碳質(zhì)還原劑1(Γ40份，三聚氰胺1?15份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于制備超高氮化釩的原料組合物，其特征在于該原料組合物按重量份計(jì)主要由以下成分構(gòu)成:含釩化合物100份，粉末狀碳質(zhì)還原劑If 25份，三聚氰胺:Γ8份。
4.根據(jù)權(quán)利要求Γ3任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的一種用于制備超高氮化釩的原料組合物，其特征在于:該原料組合物還包括原料組合物2%重量比以下的水。
5.根據(jù)權(quán)利要求Γ3任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的一種用于制備超高氮化釩的原料組合物，其特征在于:含釩化合物為偏釩酸銨、多聚釩酸銨、五氧化二釩、二氧化釩、三氧化二釩中至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于制備超高氮化釩的原料組合物，其特征在于:含釩化合物為五氧化二釩或三氧化二釩或兩者的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求Γ3任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的一種用于制備超高氮化釩的原料組合物，其特征在于:碳質(zhì)還原劑為活性炭、炭黑、天然石墨、人造石墨粉和鱗片石墨中的一種或多種。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種用于制備超高氮化釩的原料組合物，其特征在于:碳質(zhì)還原劑為粉末狀人造石墨粉，粒度為8(Tl50目。
9.一種超高氮化釩的制備方法，其特征在于該方法包括以下的步驟: I)將權(quán)利要求廣8任意一項(xiàng)所述的一種用于制備超高氮化釩的原料組合物混勻后壓制成直徑為3(T60mm的半成品球,再自然晾干； 2 )將晾干后的半成品球連續(xù)投入中端設(shè)有中頻感應(yīng)爐的立窯中，物料首先經(jīng)過立窯的上端預(yù)熱干燥，干燥溫度為40(T60(TC，時(shí)間為f 2小時(shí)，然后到立窯中端的中頻感應(yīng)爐，中頻感應(yīng)爐通入高純氮?dú)?，保持爐內(nèi)微正壓0.0Γ0.03MPa，溫度90(Tll5(rC，進(jìn)行碳化氮化反應(yīng)4飛小時(shí)，最后到立窯下端進(jìn)行冷卻f 2小時(shí)，冷卻至150°C以下出料，這樣每隔61小時(shí)投料一次，出料一次。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種超高氮化釩的制備方法，其特征在于:中頻感應(yīng)爐為加熱圈直徑在500mm-1000mm的中頻感應(yīng)豎爐。
【文檔編號(hào)】C22C27/02GK104404333SQ201410630205
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月11日
【發(fā)明者】應(yīng)忠芳 申請(qǐng)人:應(yīng)忠芳