专利名称：钒氮合金的生产方法
技术领域：
本发明涉及一种钒氮合金的生产方法，属于金属添加剂技术领域。
背景技术：
目前，生产含钒钢铁材料时，通常使用添加含钒合金的方法来实现。为了减少钒的添加量、改善钢铁的强韧性能，含钒合金最好以钒氮合金的形式添加，因此，钢铁生产对优质钒氮合金的需求日益增加。目前，虽然钒氮合金的生产方法较多，例如真空法、常压氮化法等，且生产都已达到了较高的水平，但其都存在产量较低、质量不稳等问题，为了提高钒氮合金的产品质量、降低生产成本，急需一种优质、经济的钒氮合金的生产方法。中国专利CN101289713B的发明专利公开了一种钒氮合金的生产方法，是将五氧化二钒磨细后，加入 铁粉、碳粉、粘结剂混合均匀后制成球状物，将球状物送入卧式推板窑内，推板窑内通入氮气，并使窑内始终保持微正压，球状物在窑内进行碳化和氮化反应，碳化反应的温度为1350-1500°C，反应时间2 - 3. 5小时，氮化反应的温度为1000 - 1150°C :反应时间为5 -1.5小时，逐渐冷却至100°C以下出炉。该发明由于不使用真空设备，可降低设备投入，并简化操作流程，提高生产效率，但其温度高不好控制，产品质量波动大，产品的氮含量低质量较差，尤其是表观质量，主要表现在钒的收率较低，而且生产成本较高，产品质量不稳定。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种工艺简单，反应时间短，产品的表观密度高，产品质量稳定，产品氮含量高的钥;氮合金的生产方法。本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是一种钒氮合金的生产方法，该方法的步骤如下a)将粉末状的含钒化合物、碳质还原剂、粘结剂和氟化物矿化剂搅拌混合均匀后，压制成型为规则的混合料坯，其中，各组分重量份比为含钒化合物 138 146份；碳质还原剂43 49份；粘结剂13 20份；氟化物矿化剂I 5份；b)将得到的混合料坯投入氮气气氛保护下的耐热不锈钢容器内进行碳化反应预处理，得到预处理产品，其中，耐热不锈钢容器内碳化反应的温度为580°C 780°C，碳化反应时间为3 10小时；c)将预处理产品投入氩气或氮气气氛保护下的电阻烧结炉内进一步碳化反应处理，得到处理产品，其中，碳化反应的温度为1150°C 1550°C，炉内真空度保持在O. OlPa lOOOPa，碳化反应时间为3 20小时；d )将得到的处理产品投入氮气气氛下的氮化炉中进行氮化反应处理，冷却出炉后获得钒氮合金产品，其中，氮化炉中的压力保持在O. 08MPa O. 2MPa内，氮化炉内的氮化反应的温度为850°C 980°C，氮化反应时间为2 10小时。进一步，步骤d)中的氮化炉采用步骤c)中的电阻烧结炉，并且电阻烧结炉内采用氮气气氛保护。进一步，所述的含钒化合物为五氧化二钒或偏钒酸铵或两者的混合物。进一步，所述的碳质还原剂为石墨粉或碳黑粉或两者的混合物。进一步，所述的粘结剂为糊精的水溶液或淀粉的水溶液。
进一步，所述的氟化物矿化剂为氟化钠或氟化钾。进一步，所述的糊精的水溶液或淀粉的水溶液中所配备的各组分重量份比为糊精或淀粉1份；水10 20份。更进一步，所述的电阻烧结炉中的热电偶上套有陶瓷保护套。采用了上述技术方案后，本发明具有以下的有益效果1、本发明得到的钒氮合金中钒含量高，氮含量高，氮含量可以达到16%以上，表观密度高，可以达到3. 8^4. 5g/cm3，产品质量稳定。本发明通过限制耐热不锈钢容器内碳化反应的温度为580°C 780°C，碳化反应时间为3 10小时，电阻烧结炉内的碳化反应的温度为1150°C 1550°C，炉内真空度保持在O. OlPa lOOOPa，碳化反应时间为3 20小时，氮化炉中的压力保持在O. 08MPa O. 2MPa内，氮化炉内的氮化反应的温度为850°C 980°C，氮化反应时间为2 10小时，这些限制加上采用的原材料的种类和用量的选择，使得最终的钒氮合金的成品具有较高的钒收得率，而且反应过程中均有气体保护，有利于整个反应 过程的稳定进行，从而维持产品的质量稳定。2、本发明的原材料中加入了氟化物矿化剂，从而加快了反应时间，提高了成品的
生产效率，降低了生产成本。3、另外，本发明的氮化炉和电阻烧结炉可以采用同一个炉，节省了成本的同时，也避免了反应过程中的成品的运送造成的产品失效的问题。4、电阻烧结炉的热电偶上套有陶瓷保护套，保护了热电偶，避免了挥发物对热电偶和保温材料的腐蚀。
具体实施例方式为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例，对本发明作进一步详细的说明，实施例一一种钒氮合金的生产方法，该方法的步骤如下a)将粉末状的含钒化合物、碳质还原剂、粘结剂和氟化物矿化剂搅拌混合均匀后，压制成型为规则的混合料坯，其中，各组分重量份比为含钒化合物采用五氧化二钒139份；碳质还原剂采用石墨粉44份；粘结剂采用糊精的水溶液14份；氟化物矿化剂采用氟化钠5份；b)将得到的混合料坯投入氮气气氛保护下的耐热不锈钢容器内进行碳化反应预处理，得到预处理产品，其中，耐热不锈钢容器内碳化反应的温度保持在590°C，碳化反应时间为3小时；c)将预处理产品投入氩气气氛保护下的电阻烧结炉内进一步碳化反应处理，得到处理产品，其中，碳化反应的温度保持在1200°C，炉内真空度保持在IPa，碳化反应时间为3小时；d )将得到的处理产品投入氮气气氛下的氮化炉中进行氮化反应处理，冷却出炉后获得钒氮合金产品，其中，氮化炉中的压力保持在O.1MPa,氮化炉内的氮化反应的温度为860°C左右，氮化反应时间为2小时。经检测，最终的钒氮合金产品的钒含量为77. 41%，氮含量为16. 12%，表观密度达到3. 82 g/cm3,完全符合要求。步骤a)中的糊精的水溶液采用I份的糊精和10份的水制成。电阻烧结炉中的热电偶上套有陶瓷保护套。实施例二一种钒氮合金的生产方法，该方法的步骤如下a)将粉末状的含钒化合物、碳质还原剂、粘结剂和 氟化物矿化剂搅拌混合均匀后，压制成型为规则的混合料坯，其中，各组分重量份比为含钒化合物采用偏钒酸铵145份；碳质还原剂采用碳黑粉49份；粘结剂采用淀粉的水溶液19份；氟化物矿化剂采用氟化钾I份；b)将得到的混合料坯投入氮气气氛保护下的耐热不锈钢容器内进行碳化反应预处理，得到预处理产品，其中，耐热不锈钢容器内碳化反应的温度保持在775°C，碳化反应时间为9小时；c)将预处理产品投入氮气气氛保护下的电阻烧结炉内进一步碳化反应处理，得到处理产品，其中，碳化反应的温度保持在1500°C，炉内真空度保持在900Pa，碳化反应时间为19小时；d )仍然在氮气气氛下的电阻烧结炉内中进行氮化反应处理，冷却出炉后获得钒氮合金产品，其中，电阻烧结炉中的压力保持在O. 2MPa，电阻烧结炉内的氮化反应的温度为975°C左右，氮化反应时间为9小时。步骤a)中的淀粉的水溶液采用I份的淀粉和20份的水制成。电阻烧结炉中的热电偶上套有陶瓷保护套。经检测，最终的钒氮合金产品的钒含量为77. 98%，氮含量为16. 97%，表观密度达到3. 87 g/cm3,完全符合要求。实施例三一种钒氮合金的生产方法，该方法的步骤如下a)将粉末状的含钒化合物、碳质还原剂、粘结剂和氟化物矿化剂搅拌混合均匀后，压制成型为规则的混合料坯，其中，各组分重量份比为含钒化合物采用五氧化二钒142份；碳质还原剂采用石墨粉和炭黑粉的混合物47份；粘结剂采用糊精的水溶液16份；氟化物矿化剂采用氟化钠4份；b)将得到的混合料坯投入氮气气氛保护下的耐热不锈钢容器内进行碳化反应预处理，得到预处理产品，其中，耐热不锈钢容器内碳化反应的温度保持在650°C，碳化反应时间为5小时；c)将预处理产品投入氩气气氛保护下的电阻烧结炉内进一步碳化反应处理，得到处理产品，其中，碳化反应的温度保持在1350°C，炉内真空度保持在500Pa，碳化反应时间为10小时；d )将得到的处理产品投入氮气气氛下的氮化炉中进行氮化反应处理，冷却出炉后获得钒氮合金产品，其中，氮化炉中的压力保持在O. 15MPa，氮化炉内的氮化反应的温度为910°C左右，氮化反应时间为6小时。步骤a)中的糊精的水溶液采用I份的淀粉和15份的水制成。电阻烧结炉中的热电偶上套有陶瓷保护套。
经检测，最终的钒氮合金产品的钒含量为77. 53%，氮含量为16. 30%，表观密度达到4. 3g/cm3,完全符合要求。上述三个实施例中均采用了加快反应时间的氟化物矿化剂，和没有加入氟化物矿化剂的方法相比，均在一定程度上加快了材料的反应时间。本发明得到的钒氮合金中钒含量高，氮含量高，氮含量可以达到16%以上，表观密度高，可以达到3. 8^4. 5g/cm3，产品质量稳定。本发明通过限制耐热不锈钢容器内碳化反应的温度为580°C 780°C，碳化反应时间为3 10小时，电阻烧结炉内的碳化反应的温度为1150°C 1550°C，炉内真空度保持在O. OlPa lOOOPa，碳化反应时间为3 20小时，氮化炉中的压力保持在O. 08MPa
O.2MPa内，氮化炉内的氮化反应的温度为850°C 980°C，氮化反应时间为2 10小时，这些限制加上采用的原材料的种类和用量的选择，使得最终的钒氮合金的成品具有较高的钒收得率，而且反应过程中均有气体保护，有利于整个反应过程的稳定进行，从而维持产品的 质量稳定。本发明的原材料中加入了氟化物矿化剂，从而加快了反应时间，提高了成品的生
产效率，降低了生产成本。另外，本发明的氮化炉和电阻烧结炉可以采用同一个炉，节省了成本的同时，也避免了反应过程中的成品的运送造成的产品失效的问题。电阻烧结炉的热电偶上套有陶瓷保护套，保护了热电偶，避免了挥发物对热电偶和保温材料的腐蚀。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种钒氮合金的生产方法，其特征在于该方法的步骤如下a)将粉末状的含钒化合物、碳质还原剂、粘结剂和氟化物矿化剂搅拌混合均匀后，压制成型为规则的混合料坯，其中，各组分重量份比为含钒化合物138 146份；碳质还原剂43 49份；粘结剂13 20份；氟化物矿化剂I 5份；b)将得到的混合料坯投入氮气气氛保护下的耐热不锈钢容器内进行碳化反应预处理， 得到预处理产品，其中，耐热不锈钢容器内碳化反应的温度为580°C 780°C，碳化反应时间为3 10小时；c)将预处理产品投入氩气或氮气气氛保护下的电阻烧结炉内进一步碳化反应处理， 得到处理产品，其中，碳化反应的温度为1150°C 15501，炉内真空度保持在0.01 & lOOOPa，碳化反应时间为3 20小时;d )将得到的处理产品投入氮气气氛下的氮化炉中进行氮化反应处理，冷却出炉后获得钒氮合金产品，其中，氮化炉中的压力保持在O. 08MPa O. 2MPa内，氮化炉内的氮化反应的温度为850°C 980°C，氮化反应时间为2 10小时。
2.根据权利要求1所述的钒氮合金的生产方法，其特征在于步骤d)中的氮化炉采用步骤c)中的电阻烧结炉，并且电阻烧结炉内采用氮气气氛保护。
3.根据权利要求1或2所述的钒氮合金的生产方法，其特征在于所述的含钒化合物为五氧化二钒或偏钒酸铵或两者的混合物。
4.根据权利要求1或2所述的钒氮合金的生产方法，其特征在于所述的碳质还原剂为石墨粉或碳黑粉或两者的混合物。
5.根据权利要求1或2所述的钒氮合金的生产方法，其特征在于所述的粘结剂为糊精的水溶液或淀粉的水溶液。
6.根据权利要求1或2所述的钒氮合金的生产方法，其特征在于所述的氟化物矿化剂为氟化钠或氟化钾。
7.根据权利要求5所述的钒氮合金的生产方法，其特征在于所述的糊精的水溶液或淀粉的水溶液中所配备的各组分重量份比为糊精或淀粉1份；水10 20份。
8.根据权利要求1或2所述的钒氮合金的生产方法，其特征在于所述的电阻烧结炉中的热电偶上套有陶瓷保护套。
全文摘要
本发明公开了一种钒氮合金的生产方法，该方法的步骤如下将粉末状的含钒化合物、碳质还原剂、粘结剂和氟化物矿化剂搅拌混合均匀后，压制成型为规则的混合料坯，其中，各组分重量份比为含钒化合物138～146份；碳质还原剂43～49份；粘结剂13～20份；氟化物矿化剂1～5份；将得到的混合料坯投入氮气气氛保护下的耐热不锈钢容器内进行碳化反应预处理，得到预处理产品；将预处理产品投入氩气或氮气气氛保护下的电阻烧结炉内进一步碳化反应处理，得到处理产品；将得到的处理产品投入氮气气氛下的氮化炉中进行氮化反应处理，冷却出炉后获得钒氮合金产品。本发明工艺简单，反应时间短，产品的表观密度高，产品质量稳定，产品氮含量高。
文档编号C22C1/10GK103014345SQ201210475340
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月21日 优先权日2012年11月21日
发明者刘海泉, 程建国, 王艳雪, 文道知, 洪钢, 何宗法, 欧阳春发 申请人:湖南省宏元稀有金属材料有限公司