[发明专利]一种氮化钒生产过程中防粘结增氮的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化钒生产过程中防粘结增氮的方法，属于氮化钒合金生产技术领域。

背景技术

随着微合金化技术在钢铁工业中的应用，钒在低合金高强度钢中得到了广泛的应用。钒在低合金高强钢中能形成细小碳化钒或氮化钒沉淀，不但能效促进钢的晶粒细化与强化，还能钉扎位错及晶界，阻碍位错和晶界迁移，提高钢的强度，提高材料的再结晶温度和高温性能。氮是含钒微合金钢中一种十分有益的合金元素，钢中增氮可以强化钒的析出，改变钒的相间分布，提高钢的持久强度，改善钢的韧性和塑性，同时还提高抗热强度和抗短时蠕变能力。在钒钢中每增加10 ppm的氮，钢的强度就可提高6 MPa。此外，研究表明，氮化钒在钢中的收率高，在钢中添加氮化钒比添加钒铁节约20％-40％的钒。因此提高氮化钒中氮的含量，对氮化钒的生产具有重要意义。目前，氮化钒生产的工艺流程如图1所示。其中最成熟的技术为攀枝花钢铁集团采用推板窑或隧道窑，此技术是将生产氮化钒用生料球装入石墨罐后，放在石墨推板上，运用液压杆推动推板使生料球逐步通过卧式加热炉，卧式加热炉内通入氮气，使生料球在高温条件下在氮气氛围内还原渗氮生成氮化钒产品，但是，该方法在反应过程中存在物料粘结的问题。由于氮化钒生产过程中不可避免的出现粘结问题，生料球未预处理时氮化钒产品所示，由于产品的粘结，产品封装前破碎时，会影响产品的表观质量及成品收率。此外，物料的粘结也会对产品的渗氮产生明显影响。因此，解决氮化钒生产过程中的粘结问题，不但能提高产品表观质量及成品率，还能增加产品中的氮含量,提高产品的品级与合格率。

氮化钒的生产过程中粘结的主要原因：（1）氮化钒产品生产过程中的烧结。氮化钒生产是在＞1200℃的温度下进行的，在高温条件下，加上球团自重、收缩及外围物料压力的作用，会使球团不可避免的产生烧结粘连；（2）K、Na低熔点化合物的析出,由于生产氮化钒的原料三氧化二钒等钒的化合物中不可避免的存在K、Na低熔点化合物，在氮化钒的制备过程中的高温阶段这些低熔点化合物在球团表面聚集，这些低熔点化合物主要在物球团的接触面上造成球团粘结；（3）还原反应过程中的物质扩散。氮化钒的生产过程主要是碳热还原过程和渗氮过程，在碳热还原过程中，由于球团之间会产生反应渗透扩散，从而使两个相互接触的球团形成反应粘结。

氮化钒的生产过程中影响氮化效果的因素如下：（1）反应温度：由于渗氮过程是一个物质扩散取代的过程，需要满足渗氮的热力学条件，为了保证氮化效果与产量，工业生产需要在适宜的反应温度区间内进行，一般在1350-1500℃。因此通过改变温度增氮受到一定限制。（2）渗氮面积：渗氮过程是一个物质替换与扩散过程，可渗氮的球团面积越大，其渗氮效果也会越好，而球团间透气性好，则能增加氮气的利用率。改善上述条件可以提高氮化钒产品中的氮含量。实际生产中球团自重、收缩及外围物料压力的作用，会使球团不可避免的产生烧结粘连，使物料球团的自由面积减小1/5以上，（3）氧气分压：受物料、进出料扫座、反应炉密封性及氮气纯度等影响，反应炉气中会残余少量氧气。以V2O3为原料生产氮化钒为例，还原氮化反应过程中主要发生以下反应：V2O3+2C＝2VC+3CO，2VC+N2＝2VN+2C，有少量氧气存在的情况下，会发生2VC+O2＝2VO+2C，2VN+O2＝2VO+N2，因此有残余氧气存在的情况下，碳化钒、氮化钒会被氧化为钒的氧化物并释放出氮，从而降低产品中氮含量，影响氮化效果。

发明内容

本发明目的是提供一种氮化钒生产过程中防粘结增氮的方法，利用石墨粉作为防粘、隔离保护材料，起到了氮化钒生产过程中防粘增氮的作用，不会影响产品的质量，不但有效解决了氮化钒生产过程中产品之间的粘结问题，提高产品表观质量及成品率，还能适度增加产品中的氮含量,提高产品的品级与合格率，解决背景技术中存在的上述问题。

本发明的技术方案是：

一种氮化钒生产过程中防粘结增氮的方法，在氮化钒生料球入炉烧制前对生料球进行预处理，将生料球放入石墨粉内，采用表面粘裹石墨粉的预处理方式，以石墨粉为防粘结材料，然后将粘匀石墨粉的生料球放入反应炉内进行烧制。

所说的粘裹石墨粉的纯度应>99.9%，一般采用氮化钒生产原料所使用的石墨粉，其粒度范围为50-300目，较佳的粒度范围为100-200目，所粘石墨粉的厚度在0.01mm-1mm之间。