[发明专利]一种高氮低碳钒氮合金的生产方法

说明书

本发明公开了一种高氮低碳钒氮合金的生产方法，包括以下步骤：第一步，以含钒氧化物和金属铝为主要原料，通过铝热反应制备钒熔液；第二步，将钒熔液引入气雾化反应装置，以高压高纯氮气为气源将钒液雾化并发生氮化反应得到粗的含氮钒合金粉末；第三步，将粗的含氮钒合金粉末加入到烧结炉中在氮气氛中烧结制得含氮钒合金料块。本发明利用铝热反应将钒氧化物还原为单质钒，利用气雾化反应装置将钒液雾化并发生氮化反应，最终制得了含氮量超过19%的氮化钒合金和含氮量超过14%的氮化钒铁合金，相比传统的制备工艺，节能明显且碳杂质含量可控制在0.2%以下。

技术领域

本发明具体涉及一种高氮低碳钒氮合金的生产方法，属于冶金技术领域。

背景技术

在炼钢的过程中，为了提高钢材的耐磨性、耐腐性、韧性、强度、硬度、延展性、抗热疲劳性、可焊性等综合机械性能，通常需要加入一定量的钒氮合金添加剂例如氮化钒合金、氮化钒铁合金等，其中氮化钒是一种传统的钒氮合金类型，氮化钒铁是一种新型的钒氮合金类型。氮是含钒微合金钢中的一个十分有效、廉价的合金元素，对于钒元素，氮比碳具有更强的亲和力，提高钒合金中氮元素含量，钒在钢中的沉淀强化和析出细晶强化作用更明显，在达到相同强度下，添加高氮钒合金可以节约钒的加入量，进而降低成本。因此提高钒氮合金中氮元素含量具有非常重要的意义。

现有技术中钒氮合金的主流生产方法通常采用推板窑法，其基本工艺为将一定量的含钒氧化物、还原剂石墨或碳粉、粘接剂以及少量的其他添加剂等混合制球，然后在窑内逐步升温依次发生碳化反应和氮化反应制备氮化钒，该工艺反应时间长至少20小时以上，烧结温度高达1500度左右，能耗高；同时该类工艺所制备的钒氮合金产品中的氮含量偏低，氮化钒中含氮量低于18%，氮化钒铁中含氮量低于13%，而碳和/或氧的含量却偏高。因为该反应以碳作为还原剂，若原料中的碳含量不足，则无法将过量的钒氧化物还原出来造成钒源的损耗；实践中通常采用使原料中中的碳含量过量，结果就导致最终的钒氮合金产品中的碳含量过大甚至超标，影响后续炼钢的使用。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种高氮低碳钒氮合金的生产方法，其目的是解决现有的钒氮合金生产方法中所得产品的氮含量偏低、碳含量偏高的问题，同时提高生产效率降低能耗。

本发明的技术方案如下：

一种高氮低碳钒合金的生产方法，包括以下步骤：

第一步，以含钒氧化物和金属铝为主要原料，通过铝热反应制备含钒熔液；

第二步，将含钒熔液引入气雾化反应装置，以高压高纯氮气为气源将钒液雾化并发生氮化反应得到粗的钒氮合金粉末；

第三步，将粗的钒氮合金粉末加入到烧结炉中在氮气氛中烧结制得钒氮合金料块。

具体的，第一步中含钒氧化物为五氧化二钒粉末和三氧化二钒粉末的混合物，金属铝为铝粉，还需加入一定量的造渣剂，其中，钒氧化物中三氧化二钒和五氧化二钒的质量比为（1:3）~（1:5），钒氧化物粉末、铝粉、造渣剂的质量比为100:（47~49）:（4~5），所制备的钒氮合金为氮化钒。

具体的，第一步中含钒氧化物为三氧化二钒粉末和三氧化二铁粉末的混合物，金属铝为铝粉，还需加入一定量的造渣剂，其中，三氧化二钒与三氧化二铁的质量比为（3.5~4.5）:1，含钒氧化物粉末、铝粉、造渣剂的质量比为100:（36-37）:（3~4），所制备的钒氮合金为氮化钒铁。

进一步的，第一步中的铝热反应在真空电弧炉中进行，将原料加入电弧炉后，先抽真空，然后冲入惰性气体，再用电弧引燃铝热反应。

进一步的，第二步中氮气纯度4N以上，氮气压力1-10MPa，所述气雾化反应装置包括熔池、雾化室、两个气体喷嘴，两个气体喷嘴对称设置在熔液喷嘴的两侧，两个气体喷嘴之间的夹角90-120度之间。

进一步的，第三步的烧结工艺为：在氮气氛下，首先在500-700度温度下保温2h，接着升温到900-1200度保温3h，最后冷却到室温。