一种制备氮化硅钒铁的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备氮化硅钒铁的方法，所述方法为：将三氧化二钒、碳粉、硅铁和铁粉进行混料，然后压制成块状物料；在氮气气氛下，将所得块状物料加热进行碳化反应，然后升温进行氮化反应，得到氮化硅钒铁。本发明专利技术对原料进行了调整，利用依次进行的碳化反应和氮化反应进行氮化硅钒铁的制备，相比传统工艺，制备得到的氮化硅钒铁比重更大，更有利于控制钒的稳定性和精准性，同时提高了氮化硅钒铁产品的成分均匀性，降低了能耗，提高了企业的经济效益。本发明专利技术工艺过程简单，所用设备常见，合金化时间更短，具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种制备氮化硅钒铁的方法
本专利技术涉及铁合金
，具体涉及一种制备氮化硅钒铁的方法。
技术介绍
氮是含钒微合金钢中一种十分有益的元素，钢中增氮可以强化钒的析出，改变钒的相间分布，提高钢的持久强度，改善钢的韧性和塑性，同时还提高抗热强度和蠕变能力。由于钒，氮优异的综合强化效果，且能有效节约钒资源，成为我国主要使用的微合金化技术主之一。目前，钢中渗氮的方法主要有添加氮化钒、富氮锰铁等。这些方法存在着昂贵，收率低，且不稳定，生产成本高等问题。利用氮化硅钒铁向钢中渗氮，不仅解决了上述问题，还能向钢中添加氮化钒，大幅度提高了钢的各种性能。然而氮化钒比重小，对于大量未配置炉外精炼的中小型冶炼炉而言，钒的稳定性和精确控制较为困难。因此，利用现有的钒钛资源生产比重较大的氮化硅钒铁进行微合金化更适合我国国情。氮化硅钒铁是含钒、铁、硅和氮的四元复合合金，上述元素都是钢铁生产的必要元素，与含钒结构钢紧密结合，可以形成专用含钒钢筋专用冶金炉料。氮化硅钒铁熔点低、致密性好，在钢中的融化速度快，炉外条件就能快速合金化，可以有效的抑制钢中铁素体、奥氏体和粗粒晶形成。与传统钒合金相比，其合金化时间更短。CN103526098B公开了一种氮化硅钒铁合金及其生产方法，所述氮化硅钒铁合金由下述重量配比的组分组成：钒25-55wt％、氮11-26wt％、硅8-20wt％、余量为铁及不可避免的杂质。通过将原料硅钒铁合金破碎，再将其和氮气在高温下合成，冷却即得氮化硅钒铁。CN102041422A公开了一种氮化硅钒铁，其成分为：钒15-50、硅10-40％、氮8-30％、铁4-30％、含碳≤1％、铝≤0.01％、硫≤0.05％、磷≤0.05％。CN102888548A公开了一种氮化硅钒合金，其组成为：钒52-55wt％，氮13-15wt％，硅6％-10wt％，余量为铁和不可避免的杂质，并且钒和氮的质量比为3.6-4.5。所述的氮化硅钒合金可以通过高温自蔓延反应制备得到。上述方法中普遍存在合金产品中钒的稳定性和精准性不足、均匀化程度不够以及制备过程能耗过高、经济效益差等问题，因此有必要开发制备氮化硅钒铁的新方法。
技术实现思路
鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种制备氮化硅钒铁的方法，通过对原料的调整，利用依次进行的碳化反应和氮化反应得到氮化硅钒铁，解决了现有氮化硅钒铁制备中存在的稳定性和精准性不足的问题，大幅度提高了氮化硅钒铁的成分均匀性，同时降低了能耗，获得了性能优异的产品。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供了一种制备氮化硅钒铁的方法，所述方法包括以下步骤：(1)将三氧化二钒、碳粉、硅铁和铁粉进行混料，然后压制成块状物料；(2)在氮气气氛下，将步骤(1)所得块状物料加热进行碳化反应，然后升温进行氮化反应，得到氮化硅钒铁。根据本专利技术，按质量百分含量计，得到的氮化硅钒铁由以下组分组成：钒20-50％；氮9-23％；硅7-18％；余量为铁及不可避免的杂质。根据本专利技术，步骤(1)中按所述氮化硅钒铁中各组分的含量对所述三氧化二钒、硅铁和铁粉进行添加，各组分的加入量由目标产品的成分决定。根据本专利技术，步骤(1)所述碳粉的加入量是三氧化二钒加入量的24-40wt％，例如可以是24wt％、26wt％、28wt％、30wt％、32wt％、34wt％、36wt％、38wt％或40wt％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，步骤(1)所述硅铁为FeSi75。根据本专利技术，在步骤(1)所述混料前，对原料进行研磨，研磨后得到的三氧化二钒、碳粉、硅铁以及铁粉的粒度小于200μm，优选为100-200μm。根据本专利技术，步骤(1)中利用压饼机将混合料压制成块状物料，所述制备块状物料的过程中压饼机的压强为10-40MPa，优选为20-40MPa，进一步优选为35MPa；例如可以是10MPa、15MPa、20MPa、25MPa、30MPa、35MPa或40MPa，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，步骤(2)中对块状物料的热处理在冶金加热炉中进行，优选为在推板窑或竖炉中进行，进一步优选为在推板窑中进行。根据本专利技术，步骤(2)所述碳化反应的温度为700-1000℃，优选为850℃；例如可以是700℃、730℃、750℃、780℃、800℃、830℃、850℃、870℃、900℃、930℃、950℃、970℃或1000℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，所述碳化反应的时间为5h-8h，优选为7h；例如可以是5h、5.5h、6h、6.5h、7h、7.5h或8h，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举；根据本专利技术，步骤(2)所述氮化反应的温度为1000-1500℃，优选为1100-1300℃，进一步优选为1200℃；例如可以是1000℃、1050℃、1100℃、1150℃、1200℃、1250℃、1300℃、1350℃、1400℃、1450℃或1500℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，所述氮化反应的时间为18h-22h，优选为20h；例如可以是18h、18.5h、19h、19.5h、20h、20.5h、21h、21.5h或22h，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，步骤(2)中对块状物料的热处理过程中氮气的流量为100-350m3/h，优选为200-300m3/h；例如可以是100m3/h、120m3/h、150m3/h、180m3/h、200m3/h、230m3/h、250m3/h、280m3/h、300m3/h、330m3/h或350m3/h，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。与现有技术方案相比，本专利技术至少具有以下有益效果：(1)本专利技术相比传统工艺，制备得到的氮化硅钒铁比重更大，更有利于控制钒的稳定性和精准性。(2)本专利技术利用依次进行的碳化反应和氮化反应进行氮化硅钒铁的制备，有利于提高氮化硅钒铁产品的成分均匀性，同时降低了能耗，提高了企业的经济效益。(3)本专利技术工艺过程简单，所用设备常见，合金化时间更短，具有良好的经济效益和应用前景。附图说明图1是本专利技术一种具体实施方式提供的工艺流程图。下面对本专利技术进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本专利技术的简易例子，并不代表或限制本专利技术的权利保护范围，本专利技术的保护范围以权利要求书为准。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。如图1所示，本专利技术一种具体实施方式提供的工艺流程可以为：将三氧化二钒、碳粉、硅铁和铁粉混合后进行磨料，然后加入混料机混料，混料结束后压制成块状物料；在氮气气氛下，所得块状物料加热，在高温下依次进行碳化反应和氮化反应，得到氮化硅钒铁产品。为更好地说明本专利技术，便于理解本专利技术的技术方案，本专利技术的典型但非限制性的实施例如下：实施例1(1)称取三氧化二钒403g，碳粉105g，硅铁215g，铁粉410g，分别研磨至粒度处于100-200μm之间；将上述物料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备氮化硅钒铁的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将三氧化二钒、碳粉、硅铁和铁粉进行混料，然后压制成块状物料；(2)在氮气气氛下，将步骤(1)所得块状物料加热进行碳化反应，然后升温进行氮化反应，得到氮化硅钒铁。

【技术特征摘要】
1.一种制备氮化硅钒铁的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将三氧化二钒、碳粉、硅铁和铁粉进行混料，然后压制成块状物料；(2)在氮气气氛下，将步骤(1)所得块状物料加热进行碳化反应，然后升温进行氮化反应，得到氮化硅钒铁。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，按质量百分含量计，得到的氮化硅钒铁由以下组分组成：钒20-50％；氮9-23％；硅7-18％；余量为铁及不可避免的杂质。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中按所述氮化硅钒铁中各组分的含量对所述三氧化二钒、硅铁和铁粉进行添加。4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述碳粉的加入量是三氧化二钒加入量的24-40wt％。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述硅铁为FeSi75。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)所述混料前，对原料进行研磨，研磨后得到的三氧化二钒、碳粉、硅铁以及铁粉的粒度小于...

【专利技术属性】
技术研发人员：董自慧，吴春亮，李九江，李兰杰，王娜，张苏新，
申请(专利权)人：河钢股份有限公司承德分公司，
类型：发明
国别省市：河北,13