[发明专利]等离子氮气生产钒氮合金的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢铁微合金化添加剂——钒氮合金的生产工艺，尤其涉及利用等离子氮气生产钒氮合金的工艺，属于冶金技术领域。

背景技术

目前我国使用的微合金化技术有钒、铌两大类。我国拥有大量的钒钛磁铁矿资源，钒资源相对丰富，钒微合金化使用更为普遍。由于钒和氮的优异的综合强化效果且能有效节约钒资源。作为能提供钒氮两种元素的钒氮合金已经工业化生产，并且取得明显的社会和经济效益。

现有的钒氮合金生产工艺多样化，但是其生产工艺均采用氮气进行渗氮。氮气是一种惰性气体，化学性质很稳定性，常温下很难跟其他物质发生反应，只在高温、高能量条件下才与某些物质发生反应，一般当温度达到3000度以上它的化学键才会断裂，而钒氮合金生产温度在1600以下，氮气的稳定性导致钒氮合金生产过程中高温氮化工序速度慢、时间长。此阶段温度高能耗高，更是导致炉内高温耗材损耗的主要阶段。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中高温氮化工序速度慢、时间长、能耗高的缺点，提供一种通过等离子发生器活化氮气生产钒氮合金的工艺，缩短高温氮化工序的时间，降低能耗。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案实现：

一种等离子氮气生产钒氮合金工艺，包括如下步骤：

1）钒氧化合物和碳质粉末混合后压制成型；

2）成型后的压坯装入到焙烧装置中；

3）压坯装入中频竖炉内，中频竖炉在真空100-300pa条件下加热到1000℃，并保温1-2小时；然后充入经过等离子发生器处理的活性氮气，保证正压0.8-1.0Mpa，温度升至1200℃-1500℃，保温3-5小时，进行碳化反应，生成碳化钒；接着氮气保证正压0.3-0.5MPa，温度升1200-1400℃，保温1小时，炉内物料和氮气进行氮化反应，生成氮化钒；最后把物料冷却到50-200℃，出仓，产品即为钒氮合金。

所述的钒氮化合物为五氧化二钒、四氧化二钒、三氧化二钒或它们的混合物，优选的为四氧化二钒。

所述的碳质粉末为石墨粉、鳞片石墨，优选的为石墨粉。

所述的焙烧装置为竖炉或隧道窑，竖炉的温度为1200-1400℃，隧道窑的温度为1300-1500℃。

所述的氮化钒的含氮量为16-18%。

钒氮合金高温阶段耗时为3-6小时，该阶段温度为1250-1350℃。

本发明的优点在于：使用等离子发生器处理过的氮气进行渗氮，使钒氮合金高温阶段由原来的8-12小时减少到了3-6小时，加快了高温氮化阶段的速度，温度也由1400℃-1600℃降低到了1250℃-1350℃，降低了能耗，也减少了中频竖率材料的耗损。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作详细说明。

一种等离子氮气生产钒氮合金工艺，包括如下步骤：

1）钒氧化合物和碳质粉末混合后压制成型；

2）成型后的压坯装入到焙烧装置中；

3）压坯装入中频竖炉内，中频竖炉在真空100-300pa条件下加热到1000℃，并保温1-2小时后，向炉内充入等离子发生器处理的活性氮气，经过碳化阶段、氮化阶段和冷却阶段，制得钒氮合金。

充入氮气的目的一方面作为保护气体，防止物料在反应过程中被二次氧化，极大限度的降低反应产物的分压，另一方面是作为氮化反应的反应气体。

碳化的目的是脱出原料中的氧，为氮化创造条件，温度过高能耗高，增加成本，过低会造成脱氧不足。碳化的温度控制在1200-1500℃。

氮化阶段温度为1250-1350℃，温度过高不利于渗氮反应，过低氮的渗透深度不够。

冷却阶段是为了防止产品的二次氧化。通常温度为50-200℃。

炉内压力为微正压，炭化阶段压力控制为0.8-1.0Mpa，氮化阶段压力控制为0.3-0.5MPa。

实施例1