本發(fā)明屬于鐵合金制備領(lǐng)域，具體涉及一種氮化釩鐵及其制備的方法。

背景技術(shù)：

我國(guó)是釩資源大國(guó)，擁有豐富的含釩頁(yè)巖資源，總蘊(yùn)藏量居世界首位。隨著我國(guó)鋼鐵行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)于高品質(zhì)鋼種的需求也日益提高，氮化釩鐵作為高強(qiáng)度微合金鋼的一種重要合金添加劑，其需求量也隨之提高。氮化釩鐵能夠有效地使用氮元素來(lái)優(yōu)化釩的析出狀態(tài)，增強(qiáng)析出強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化的作用，因此能夠優(yōu)化鋼的性能。目前研究發(fā)現(xiàn)，向鋼中加入氮化釩鐵合金可以提高鋼的強(qiáng)度、韌性、耐磨性、耐腐蝕性以及抗熱疲勞性，并使鋼材具備優(yōu)異的可焊接性能。相比于釩鐵合金、氮化釩，氮化釩鐵能夠提高釩的利用，以及回收率，能夠減少30％左右的釩加入量，大大降低了高強(qiáng)度微合金鋼的成本。

目前生產(chǎn)氮化釩鐵的主要方法為固態(tài)滲氮法，液態(tài)滲氮法和燃燒合成法。前兩種方法都是以釩鐵合金為原料，在一定溫度和壓力下通入氮?dú)膺M(jìn)行滲氮反應(yīng)，但是該方法反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，滲氮量較低，能耗過(guò)大，導(dǎo)致生產(chǎn)氮化釩鐵流程復(fù)雜，成本過(guò)高，提高了生產(chǎn)高強(qiáng)度鋼種的成本。燃燒合成法生產(chǎn)氮化釩鐵，是將釩鐵破碎后置于密閉高壓容器內(nèi)，通入高壓氮?dú)?，利用氮化釩鐵放出的熱量使釩鐵粉氮化，不需要另從外面再補(bǔ)充能源。產(chǎn)品在氮?dú)庵欣鋮s，可獲得氮含量為8-12％的致密塊狀產(chǎn)品，但是該工藝同樣是基于釩鐵為原料，成本自然不低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是為了以釩氧化物為原料直接制備氮化釩鐵，大幅度縮減工藝流程和成本。

一種碳熱還原及氮化合成氮化釩鐵鐵的方法，其特征在于以釩的氧化物、鐵的氧化物或鐵、粘結(jié)劑以及炭質(zhì)還原劑為主要原料，將以上所述原料混合后，將其混勻，壓塊成型，然后將其放入充滿氮?dú)鈿夥盏耐瓢甯G中進(jìn)行高溫碳熱還原及氮化反應(yīng)，制備獲得所述氮化釩鐵，合成的氮化釩鐵分3個(gè)牌號(hào)；FeV45N10氮化釩鐵包括釩43-49％，氮11-13％，碳0-1％，氧0-1％，余量為Fe；FeV55N11氮化釩鐵含釩53-58％，含氮11-14％，碳0-1％，氧0-1％，余量為Fe；FeV65N13氮化釩鐵含釩63-69％，含氮12-15％，碳0-1％，氧0-1％，余量為Fe。該產(chǎn)品為致密塊狀，密度達(dá)到5.0-6.5g/cm³，強(qiáng)度高，其他雜質(zhì)含量能夠控制在極低水平。另外，由于本方法直接利用釩氧化物為原料，跳過(guò)了制備釩鐵的生產(chǎn)過(guò)程，能夠大大縮短氮化釩鐵的生產(chǎn)時(shí)間，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。本工藝在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的CO氣體可用于發(fā)電或供暖，實(shí)現(xiàn)能源的二次利用。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種碳熱還原及氮化合成氮化釩鐵的方法，本發(fā)明以釩的氧化物、鐵單質(zhì)或其氧化物、粘結(jié)劑以及炭質(zhì)還原劑為主要原料，將以上所述原料混合后，將其混勻，壓塊成型，然后將其放入推板窯中，通入氮?dú)鈿夥眨群蠼?jīng)歷推板窯的預(yù)還原區(qū)、中溫碳熱還原及氮化區(qū)，高溫?zé)Y(jié)區(qū)和冷卻區(qū)四個(gè)區(qū)域，制備所述氮化釩鐵。

進(jìn)一步地，所述制備氮化釩鐵的原料僅有釩的氧化物、鐵單質(zhì)或其氧化物、粘結(jié)劑以及炭質(zhì)還原劑，并無(wú)添加其他影響產(chǎn)品品質(zhì)的原料。其中釩的氧化物包括V₂O₃、V₂O₅和VO、偏釩酸銨和多釩酸銨；鐵的氧化物包括FeO、Fe₂O₃和Fe₃O₄；炭質(zhì)還原劑包括石墨、炭黑，活性炭、石油焦、焦炭及其它含碳還原劑；粘結(jié)劑包括面粉、聚乙烯醇、淀粉、纖維素、糖漿等。

進(jìn)一步地，所述制備氮化釩鐵的方法具體步驟包括：原料配制、混勻及壓塊成型和推板窯高溫反應(yīng)步驟。

進(jìn)一步地，所述制備氮化釩鐵的方法具體是：以釩的氧化物、鐵的氧化物以及炭質(zhì)還原劑為主要原料，將以上所述原料按一定比例混合后，將其混勻，在10-50MP的壓力下壓塊成型，然后將其放入推板窯中，通入氮?dú)鈿夥眨?jīng)歷設(shè)備的四個(gè)反應(yīng)區(qū)域，制備獲得所述氮化釩鐵。各個(gè)區(qū)域溫度分別為500-650℃、650-1500℃、1500-1600℃和50-200℃，依次對(duì)應(yīng)的時(shí)間分別為1h、3h、2h、1h。。

進(jìn)一步地，所述制備氮化釩鐵的反應(yīng)過(guò)程是：先將反應(yīng)物低溫階段進(jìn)行預(yù)還原處理，反應(yīng)物還原至低價(jià)釩氧化物，以防V₂O₅揮發(fā)損失，然后在中溫區(qū)域內(nèi)以碳直接還原反應(yīng)為主，氮化反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行。其次，在高溫階段，以燒結(jié)反應(yīng)為主，深化脫氧反應(yīng)，增加產(chǎn)品的氮含量，進(jìn)一步脫氧、脫碳，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果：

(1)碳熱還原及氮化合成氮化釩鐵石在常壓下進(jìn)行的，對(duì)設(shè)備要求低，投資少，廠房占地面積小。

(2)本工藝合成以釩氧化物為原料，直接合成氮化釩鐵，省去目前以釩氧化物制備釩鐵合金的流程，且碳熱反應(yīng)和氮化反應(yīng)快，大大縮短了生產(chǎn)周期，從能源、設(shè)備、原料上大大降低了生產(chǎn)成本。

(3)采用該合成工藝得到的氮化釩鐵致密度高，比重大，可達(dá)5-6.5g/cm³，氮含量分布均勻，F(xiàn)eV45N10成分為含釩43-49％，氮11-13％，碳0-1％，氧0-1％，其余為Fe，F(xiàn)eV55N11產(chǎn)品為含釩53-58％，含氮11-14％，碳0-1％，氧0-1％,FeV65N13產(chǎn)品為含釩63-69％，含氮12-15％，碳0-1％，氧0-1％。國(guó)標(biāo)中對(duì)于氧含量并沒(méi)有嚴(yán)格要求，但是氧含量對(duì)于產(chǎn)品品質(zhì)有著重要的影響，氧含量過(guò)高，會(huì)降低釩的收得率，使加入的釩部分進(jìn)入到渣中。

(4)本工藝主要以釩氧化物為原料，純度高，減少了生產(chǎn)過(guò)程中帶入的雜質(zhì)，產(chǎn)品中P、S、Si、Al、Mn含量均處于極低的水平。

(5)該產(chǎn)品與鋼水比重接近易溶于鋼水，提高了鋼水對(duì)釩、氮的吸收率，促進(jìn)了氮對(duì)合金元素對(duì)鋼的強(qiáng)化作用，還可以省去釩的添加量以降低生產(chǎn)成本。

(6)采用該合成工藝得到的氮化釩鐵強(qiáng)度大，在運(yùn)輸及使用過(guò)程中無(wú)破碎。

(7)本合成工藝使用推板窯設(shè)備，充分利用該設(shè)備優(yōu)點(diǎn)，反應(yīng)分為四個(gè)溫度區(qū)域，充分碳熱還原降低產(chǎn)品中氧含量，從而提高產(chǎn)品的氮含量。

(8)本工藝在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生CO氣體可用于供暖或發(fā)電，實(shí)現(xiàn)能源的二次利用。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

相反，本發(fā)明涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進(jìn)一步，為了使公眾對(duì)本發(fā)明有更好的了解，在下文對(duì)本發(fā)明的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)沒(méi)有這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。

實(shí)施例1

本發(fā)明以V₂O₅、Fe₂O₃和活性炭為原料，混勻，壓塊，將其放入推板窯中，充滿氮?dú)鈿夥眨紫葘K樣推送至650℃預(yù)還原區(qū)域，保溫2h，再推送至1400℃中溫碳熱還原區(qū)域，保溫3h，再推送至1600℃高溫?zé)Y(jié)區(qū)域2h，最后將樣品推送至冷卻區(qū)冷卻。本實(shí)施例得到的FeV45N10氮化釩鐵中氮含量為12.08％，碳含量為0.67％。表一為本工藝產(chǎn)品與國(guó)標(biāo)以及美國(guó)戰(zhàn)略礦物公司來(lái)華推廣的釩氮合金Nitrovan12的成分比較。從表中我們可以看出，本產(chǎn)品在較低地釩含量的基礎(chǔ)下，得到較高的氮含量，成本比美國(guó)公司低很多，另外碳含量控制在較低地水平。由于本產(chǎn)品以高純的釩氧化物為原料，所以Si、Al、P、S等元素的含量均很低，達(dá)到國(guó)家優(yōu)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

表一

實(shí)施例2

本發(fā)明以V₂O₃、Fe和石墨為原料，混勻，壓塊，將其放入推板窯中，充滿氮?dú)鈿夥?，首先將塊樣推送至600℃預(yù)還原區(qū)域，保溫2h，再推送至1300℃中溫碳熱還原區(qū)域，保溫3h，再推送至1500℃高溫?zé)Y(jié)區(qū)域1h，最后將樣品推送至冷卻區(qū)冷卻。本實(shí)施例得到的FeV55N11氮化釩鐵中氮含量為13.47％，碳含量為0.23％。

實(shí)施例3

本發(fā)明以NH₄VO₃、Fe₂O₃和石墨為原料，混勻，壓塊，將其放入推板窯中，充滿氮?dú)鈿夥?，首先將塊樣推送至450℃預(yù)還原區(qū)域，保溫2h，再推送至1200℃中溫碳熱還原區(qū)域，保溫3h，再推送至1550℃高溫?zé)Y(jié)區(qū)域2h，最后將樣品推送至冷卻區(qū)冷卻。本實(shí)施例得到的FeV65N13氮化釩鐵中氮含量為14.2％，碳含量為0.36。