專利名稱：一種氮化釩生產(chǎn)過程中防粘結(jié)增氮的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氮化釩生產(chǎn)過程中防粘結(jié)增氮的方法，屬于氮化釩合金生產(chǎn)技術(shù) 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著微合金化技術(shù)在鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用，釩在低合金高強(qiáng)度鋼中得到了廣泛的應(yīng) 用。釩在低合金高強(qiáng)鋼中能形成細(xì)小碳化釩或氮化釩沉淀，不但能效促進(jìn)鋼的晶粒細(xì)化與 強(qiáng)化，還能釘扎位錯(cuò)及晶界，阻礙位錯(cuò)和晶界遷移，提高鋼的強(qiáng)度，提高材料的再結(jié)晶溫度 和高溫性能。氮是含釩微合金鋼中一種十分有益的合金元素，鋼中增氮可以強(qiáng)化釩的析出， 改變釩的相間分布，提高鋼的持久強(qiáng)度，改善鋼的韌性和塑性，同時(shí)還提高抗熱強(qiáng)度和抗短 時(shí)蠕變能力。在釩鋼中每增加10 ppm的氮，鋼的強(qiáng)度就可提高6 MPa0此外，研究表明，氮 化釩在鋼中的收率高，在鋼中添加氮化釩比添加釩鐵節(jié)約20% -40%的釩。因此提高氮化 釩中氮的含量，對氮化釩的生產(chǎn)具有重要意義。目前，氮化釩生產(chǎn)的工藝流程如圖1所示。 其中最成熟的技術(shù)為攀枝花鋼鐵集團(tuán)采用推板窯或隧道窯，此技術(shù)是將生產(chǎn)氮化釩用生料 球裝入石墨罐后，放在石墨推板上，運(yùn)用液壓桿推動(dòng)推板使生料球逐步通過臥式加熱爐，臥 式加熱爐內(nèi)通入氮?dú)?，使生料球在高溫條件下在氮?dú)夥諊鷥?nèi)還原滲氮生成氮化釩產(chǎn)品，但 是，該方法在反應(yīng)過程中存在物料粘結(jié)的問題。由于氮化釩生產(chǎn)過程中不可避免的出現(xiàn)粘 結(jié)問題，生料球未預(yù)處理時(shí)氮化釩產(chǎn)品所示，由于產(chǎn)品的粘結(jié)，產(chǎn)品封裝前破碎時(shí)，會影響 產(chǎn)品的表觀質(zhì)量及成品收率。此外，物料的粘結(jié)也會對產(chǎn)品的滲氮產(chǎn)生明顯影響。因此，解 決氮化釩生產(chǎn)過程中的粘結(jié)問題，不但能提高產(chǎn)品表觀質(zhì)量及成品率，還能增加產(chǎn)品中的 氮含量，提高產(chǎn)品的品級與合格率。氮化釩的生產(chǎn)過程中粘結(jié)的主要原因(1)氮化釩產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的燒結(jié)。氮化 釩生產(chǎn)是在> 1200°C的溫度下進(jìn)行的，在高溫條件下，加上球團(tuán)自重、收縮及外圍物料壓力 的作用，會使球團(tuán)不可避免的產(chǎn)生燒結(jié)粘連；(2) K、Na低熔點(diǎn)化合物的析出，由于生產(chǎn)氮 化釩的原料三氧化二釩等釩的化合物中不可避免的存在K、Na低熔點(diǎn)化合物，在氮化釩的 制備過程中的高溫階段這些低熔點(diǎn)化合物在球團(tuán)表面聚集，這些低熔點(diǎn)化合物主要在物球 團(tuán)的接觸面上造成球團(tuán)粘結(jié)；(3)還原反應(yīng)過程中的物質(zhì)擴(kuò)散。氮化釩的生產(chǎn)過程主要是 碳熱還原過程和滲氮過程，在碳熱還原過程中，由于球團(tuán)之間會產(chǎn)生反應(yīng)滲透擴(kuò)散，從而使 兩個(gè)相互接觸的球團(tuán)形成反應(yīng)粘結(jié)。氮化釩的生產(chǎn)過程中影響氮化效果的因素如下(1)反應(yīng)溫度由于滲氮過程是 一個(gè)物質(zhì)擴(kuò)散取代的過程，需要滿足滲氮的熱力學(xué)條件，為了保證氮化效果與產(chǎn)量，工業(yè)生 產(chǎn)需要在適宜的反應(yīng)溫度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行，一般在1350-1500°C。因此通過改變溫度增氮受到一 定限制。(2)滲氮面積滲氮過程是一個(gè)物質(zhì)替換與擴(kuò)散過程，可滲氮的球團(tuán)面積越大，其 滲氮效果也會越好，而球團(tuán)間透氣性好，則能增加氮?dú)獾睦寐省８纳粕鲜鰲l件可以提高氮 化釩產(chǎn)品中的氮含量。實(shí)際生產(chǎn)中球團(tuán)自重、收縮及外圍物料壓力的作用，會使球團(tuán)不可避 免的產(chǎn)生燒結(jié)粘連，使物料球團(tuán)的自由面積減小1/5以上，(3)氧氣分壓受物料、進(jìn)出料掃座、反應(yīng)爐密封性及氮?dú)饧兌鹊扔绊?，反?yīng)爐氣中會殘余少量氧氣。以V203為原料生產(chǎn)氮 化釩為例，還原氮化反應(yīng)過程中主要發(fā)生以下反應(yīng)V203+2C = 2VC+3C0，2VC+N2 = 2VN+2C, 有少量氧氣存在的情況下，會發(fā)生2VC+02 = 2V0+2C, 2VN+02 = 2V0+N2,因此有殘余氧氣存 在的情況下，碳化釩、氮化釩會被氧化為釩的氧化物并釋放出氮，從而降低產(chǎn)品中氮含量， 影響氮化效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種氮化釩生產(chǎn)過程中防粘結(jié)增氮的方法，利用石墨粉作為防 粘、隔離保護(hù)材料，起到了氮化釩生產(chǎn)過程中防粘增氮的作用，不會影響產(chǎn)品的質(zhì)量，不但 有效解決了氮化釩生產(chǎn)過程中產(chǎn)品之間的粘結(jié)問題，提高產(chǎn)品表觀質(zhì)量及成品率，還能適 度增加產(chǎn)品中的氮含量，提高產(chǎn)品的品級與合格率，解決背景技術(shù)中存在的上述問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種氮化釩生產(chǎn)過程中防粘結(jié)增氮的方法，在氮化釩生料球入爐燒制前對生料球進(jìn)行 預(yù)處理，將生料球放入石墨粉內(nèi)，采用表面粘裹石墨粉的預(yù)處理方式，以石墨粉為防粘結(jié)材 料，然后將粘勻石墨粉的生料球放入反應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行燒制。所說的粘裹石墨粉的純度應(yīng)>99. 9%，一般采用氮化釩生產(chǎn)原料所使用的石墨粉， 其粒度范圍為50-300目，較佳的粒度范圍為100-200目，所粘石墨粉的厚度在0. Olmm-Imm 之間。本發(fā)明將粘勻石墨粉的生料球放入反應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行燒制，此時(shí)由于爐內(nèi)氣氛為N2 氣氛，石墨的熔點(diǎn)可達(dá)到3000°C以上，可有效防止氮化釩生產(chǎn)過程中的燒結(jié)粘連問題，并通 過脫氧有效提高產(chǎn)品的氮含量1-3個(gè)百分點(diǎn)，本發(fā)明適用于所有氮化釩生產(chǎn)方式，尤其適 合于臥式、配匣缽隔離的氮化釩生產(chǎn)方法，例如用于目前最成熟的臥式推板窯法生產(chǎn)氮化 釩。生料球表面粘裹石墨粉的方法有以下幾種(1)將新壓生料球直接粘裹石墨粉后 入爐。采用此方式時(shí)，由于壓球原料中含有的水，所以新球的表面濕度大，可保證粘裹足量 的石墨粉，此時(shí)的隔離防粘效果及除氧防氧化效果顯著，對于防粘要求高，或爐氣內(nèi)殘余氧 量較高時(shí)，可采用此方法。(2)將生料球烘或晾除掉球團(tuán)內(nèi)部分或全部水分后粘石墨粉，然 后入爐，此時(shí)由于球團(tuán)表面較干燥，粘石墨粉后粘在生料球表面的石墨粉量較小，燒制成成 品后較未處理時(shí)的燒結(jié)此時(shí)可大大改善產(chǎn)品的燒結(jié)粘接狀況，適用于防粘要求較低，而爐 氣內(nèi)參與氧氣少的狀況；(3)將新壓生料球粘裹石墨粉后，經(jīng)烘干或晾干后入爐，此方法可 除去部分表面粘裹的石墨粉，此方法易于控制生料球表面粘裹石墨粉量，可靈活掌握，滿足 不同生產(chǎn)方式、生產(chǎn)條件下所要求粘裹石墨粉量。采用不同粘裹石墨粉方式時(shí)，球團(tuán)表面所粘的石墨粉量不同，這些粘裹石墨粉方 式需根據(jù)氮化釩生產(chǎn)對防粘結(jié)的要求，爐氣內(nèi)含氧量等靈活運(yùn)用。本發(fā)明的有益效果
①可以防止產(chǎn)品球團(tuán)之間的粘結(jié)，提高產(chǎn)品的表觀質(zhì)量。這是由于氮化釩生料球表面 覆蓋了一層石墨粉，避免了生料球之間的接觸，杜絕了相互接觸的球團(tuán)之間的物質(zhì)擴(kuò)散及 析出物的粘結(jié)，此外，由于球團(tuán)之間有石墨粉的隔離，可有效減輕氮化釩產(chǎn)品之間的粘結(jié)， 在合理的粘石墨粉量的條件下，可完全避免氮化釩產(chǎn)品之間的粘結(jié)，對于解決氮化釩生產(chǎn)過程中的粘結(jié)問題，具有重要的意義。由于球團(tuán)間不發(fā)生粘結(jié)，球團(tuán)表面光滑，表觀質(zhì)量好。②增加產(chǎn)品中的氮含量；首先，由于此方法可極大程度的改善氮化釩生產(chǎn)過程中 的粘結(jié)問題，提高生產(chǎn)過程中球團(tuán)間的透氣性，增加氮?dú)庠谇驁F(tuán)間的流動(dòng)，改善球團(tuán)的滲氮 氛圍，而且增大了氮化釩球團(tuán)燒制時(shí)滲氮反應(yīng)的表面積，生料球粘石墨粉預(yù)處理后的氮化 釩產(chǎn)品與未預(yù)處理的氮化釩產(chǎn)品相比，一般可使球團(tuán)自由面積可增加1/8-1/2，這可提高 反應(yīng)過程中的滲氮率。其次，由于球團(tuán)表面有一層石墨粉，這些石墨粉氧化過程中可以消耗 部分殘存的氧氣，而表面的石墨粉還可以防止氮化釩球團(tuán)被二次氧化，可以提高并穩(wěn)定產(chǎn) 品的氮化效果。經(jīng)試驗(yàn)，采用本方法后，產(chǎn)品中的氮含量可提高1-3個(gè)百分點(diǎn)。③由于石墨粉為氮化釩生產(chǎn)過程中的原料，在氮化釩的燒制過程中石墨粉可參與 反應(yīng)而消耗，不會引入雜質(zhì)，可保證產(chǎn)品的質(zhì)量；總之，對不同的氮化釩生產(chǎn)方式，靈活利用 本方法的幾種粘裹石墨粉的方式，可得到粘裹石墨粉量不同的預(yù)處理料球，可滿足氮化釩 生產(chǎn)中不同防粘結(jié)要求，以及爐體密閉性、加料方式等引起的爐氣內(nèi)含氧量不同等情況下 的防粘結(jié)增氮要求；而對于處理爐體漏氣、爐體損壞等突發(fā)事件，通過加大粘裹石墨粉量， 也有良好的效果。


附圖1是背景技術(shù)氮化釩生產(chǎn)流程圖； 附圖2是本發(fā)明流程圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖，通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。參照附圖2，一種氮化釩生產(chǎn)過程中防粘結(jié)增氮的方法，在氮化釩生料球入爐燒制 前對生料球進(jìn)行預(yù)處理，將生料球放入石墨粉內(nèi)，采用表面粘裹石墨粉的預(yù)處理方式，以石 墨粉為防粘結(jié)材料，然后將粘勻石墨粉的生料球放入反應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行燒制。生料球表面粘裹 石墨粉的方法有以下幾種(1)將新壓生料球直接粘裹石墨粉后入爐。采用此方式時(shí)，由于 壓球原料中含有的水，所以新球的表面濕度大，可保證粘裹足量的石墨粉，此時(shí)的隔離防粘 效果及除氧防氧化效果顯著，對于防粘要求高，或爐氣內(nèi)殘余氧量較高時(shí)，可采用此方法。 (2)將生料球烘或晾除掉球團(tuán)內(nèi)部分或全部水分后粘石墨粉，此時(shí)由于球團(tuán)表面較干燥，粘 石墨粉后粘在生料球表面的石墨粉量較小，燒制成成品后較未處理時(shí)的燒結(jié)此時(shí)可大大改 善產(chǎn)品的燒結(jié)粘接狀況，適用于防粘要求較低，而爐氣內(nèi)參與氧氣少的狀況；(3)將新壓生 料球粘裹石墨粉后，經(jīng)烘干或晾干后用叉子裝爐，此方法可除去部分表面粘裹的石墨粉，此 方法易于控制生料球表面粘裹石墨粉量，可靈活掌握，滿足不同生產(chǎn)方式、生產(chǎn)條件下所要 求粘裹石墨粉量。更具體的實(shí)施方式 實(shí)施例1
將由壓球機(jī)壓出的生料球烘干或晾干后放入石墨粉中入推板窯燒制，所粘石墨粉的厚 度約0. 01mm，將此方式預(yù)處理過的生料球入爐燒制，得到粘結(jié)情況大為改善的氮化釩產(chǎn)品， 得到含氮12. 78%的氮化釩，與同批次生料球未處理所的產(chǎn)品含氮11. 76%的氮化釩相比，氮 含量增加1.02個(gè)百分點(diǎn)。實(shí)施例2:將壓球機(jī)新壓出的生料球直接放入石墨粉中，所粘石墨粉的厚度約1mm，將此方式預(yù)處 理過的生料球入爐燒制，得到無粘結(jié)的氮化釩產(chǎn)品，但此時(shí)產(chǎn)品表面有未反應(yīng)的殘留石墨 粉，經(jīng)壓縮空氣鼓吹等方式可有效去除，得到含氮13. 96%的氮化釩，與同批次生料球未處 理所的產(chǎn)品含氮11. 76%的氮化釩相比，氮含量增加2. 2個(gè)百分點(diǎn)。
實(shí)施例3:
將由壓球機(jī)新壓出的生料球直接放入石墨粉中，此時(shí)所粘石墨粉的厚度約1mm，將粘石 墨粉的球團(tuán)進(jìn)行烘干或晾干后用叉子裝爐，可使部分石墨粉從生料球表面上脫落，將此方 式預(yù)處理過的生料球入爐燒制，此時(shí)所得產(chǎn)品只有少量粘結(jié)，得到含氮14. 54%的氮化釩， 與同批次生料球未處理所的產(chǎn)品含氮11. 76%的氮化釩相比，氮含量增加2. 78個(gè)百分點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種氮化釩生產(chǎn)過程中防粘結(jié)增氮的方法，其特征在于在氮化釩生料球入爐燒制前 對生料球進(jìn)行預(yù)處理，將生料球放入石墨粉內(nèi)，采用表面粘裹石墨粉的預(yù)處理方式，以石墨 粉為防粘結(jié)材料，然后將粘勻石墨粉的生料球放入反應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行燒制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之氮化釩生產(chǎn)過程中防粘結(jié)增氮的方法，其特征在于所說的粘 裹石墨粉的純度>99. 9%，采用氮化釩生產(chǎn)原料所使用的石墨粉，其粒度范圍為50-300目。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述之氮化釩生產(chǎn)過程中防粘結(jié)增氮的方法，其特征在于較佳的粒 度范圍為100-200目，所粘石墨粉的厚度在0. Olmm-Imm之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述之氮化釩生產(chǎn)過程中防粘結(jié)增氮的方法，其特征在于所說 的生料球表面粘裹石墨粉的方法是將新壓生料球直接粘裹石墨粉后入爐。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述之氮化釩生產(chǎn)過程中防粘結(jié)增氮的方法，其特征在于所說 的生料球表面粘裹石墨粉的方法是將生料球烘或晾除掉球團(tuán)內(nèi)部分或全部水分后粘石墨 粉，然后入爐。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述之氮化釩生產(chǎn)過程中防粘結(jié)增氮的方法，其特征在于所說 的生料球表面粘裹石墨粉的方法是將新壓生料球粘裹石墨粉后，經(jīng)烘干或晾干后入爐。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氮化釩生產(chǎn)過程中防粘結(jié)增氮的方法，屬于氮化釩合金生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。技術(shù)方案是在氮化釩生料球入爐燒制前對生料球進(jìn)行預(yù)處理，將生料球放入石墨粉內(nèi)，采用表面粘裹石墨粉的預(yù)處理方式，以石墨粉為防粘結(jié)材料，然后將粘勻石墨粉的生料球放入反應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行燒制。本發(fā)明不但能效解決氮化釩生產(chǎn)過程中產(chǎn)品之間的粘結(jié)問題，提高產(chǎn)品表觀質(zhì)量及成品率，還能增大氮化釩球團(tuán)燒制時(shí)滲氮反應(yīng)的表面積1/8-1/2，而球團(tuán)表面石墨粉，可消耗部分殘存的氧氣，并保護(hù)球團(tuán)內(nèi)碳化釩/氮化釩，防止其氧化，提高產(chǎn)品中的含氮量，提高產(chǎn)品的品級與合格率。此方法適用于所有氮化釩生產(chǎn)方式，特別適用于目前最成熟的臥式推板窯法生產(chǎn)氮化釩。
文檔編號C22B34/22GK102140587SQ20111002833
公開日2011年8月3日 申請日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者曲曉昕, 朱立杰, 李九江, 栗金剛, 陳東輝 申請人:河北鋼鐵股份有限公司承德分公司