[发明专利]一种生产钒氮合金的方法

说明书

本发明提供了一种生产钒氮合金的方法，是将氧化钒与碳质还原剂混合成型形成原料球，将原料球进料到直热式回转窑中，在氮气气氛下原料球依次经过直热式回转窑的升温段、加热段和降温段然后出窑。通过在回转窑窑膛壁用耐材设置炒料槽、在窑膛出口设置挡料板，将回转窑加热段中的物料填充率提高到25%以上，并对加热段中的原料球通入2000安培以上的电流直接对原料球自身通电使其发热并升温到1200℃以上，还原氮化生成钒氮合金。本发明的优点是电热效率高、电耗低、生产连续稳定，产品氮含量高、密度大,生产过程安全环保。

技术领域

本发明属于钢铁冶金领域，涉及钒氮合金的生产方法。

背景技术

钒氮合金是一种优良的炼钢添加剂，能显著地提高和改善钢材的综合机械性能和焊接性能。与使用钒铁相比可以节约20%～40%的钒资源，从而降低了炼钢生产成本。以建筑业为例，使用钒氮合金化技术生产的新三级钢筋因其强度提高，不仅增强了建筑物的安全性、抗震性、强韧性、焊接性能，还可以较使用普通钢筋节约钢材10%至12%等优点。

1967年J. H. Downing等人在US3334992中披露，将181Kg的V₂O₅，62Kg碳粉，4.1Kg树胶脂和3Kg铁粉混匀后，在20.68MPa下压制成型，样品尺寸为51×51×38mm。在1385℃和22.7Pa真空下进行碳还原，还原时体系真空度降到2666Pa再保持60h，体系真空度又还原到22.7Pa，即标志还原过程结束。此时将炉子停止加热，冷却至室温时样品出炉，得到的是碳化钒(VCx)。当真空度恢复至22．7Pa，炉子不停止加热而温度降至1100℃时，将氮气送至炉内并保持氮的分压为P_N2＝700～1000Pa。先恒温渗氮2h，然后将炉温调至1000℃再渗氮6h电炉停止加热，在氦气氛下冷至室温出炉，其产品的化学组成为：78.75%V～10.5%C～7.3％N，所以又称这种VN为VCN。

1999年王功厚等人，用V₂O₅与活性碳压块成型，在实验条件下进行碳热还原，在1673K和1.333Pa真空下先还原生成VC，随后通入氮气，在101325Pa氮气压力下渗氮1.5小时，可获得86％V、7％C、9.069％~9.577％N、2％O样品。为了提高钒氮合金强度，在原料中加入3％铁粉。

上述两个过程需要高真空度，设备成本和运转成本都比较高，并且不涉及反应过程的加热方式。

1977年美国联合碳化物公司在美国专利US4040814中披露，将V₂O₃和碳在1100～1500℃下还原氮化生产得到了含氮12％的钒氮合金。

2001年孙朝晖等人在中国专利CN1422800A中披露，将粉末状的钒氧化物，碳质粉剂和粘结剂混匀后压块，成型，再将成型后的物料连续加入生产炉，同时向生产炉通入氨气或氮气做反应和保护气体，生产炉加热到1000～1800℃，该物料在炉内发生了碳化和氮化反应，持续时间小于3小时，出炉前要在保护气氛下冷却到100～250℃，出炉即得钒氮合金产品。

上述两个过程没有述及加热方式的问题，实际上以电阻推板窑要的方式加热。

上述两个过程以及CN1587064中披露的过程实际上用V₂O₃为原料，如果用V₂O₅为原料，则其因为没有预还原过程，会在670℃即其熔点附近熔化板结，妨碍后续还原过程和形成产品团结现象。而钒原料中钒的氧化态越低，原料成本越高。