高品质氮化钒铁合金的短流程制备与高温反应机理研究

氮化钒铁生产工艺
氮化钒铁是一种重要的合金材料，广泛应用于钢铁、航空航天、电子
等领域。

其生产工艺主要包括原料配比、炉型选择、炉温控制等方面。

下面将详细介绍氮化钒铁的生产工艺。

一、原料配比
氮化钒铁的主要原料是钒铁和氨气。

钒铁的品质对氮化钒铁的生产质
量有着重要的影响。

一般来说，钒铁的钒含量越高，氮化钒铁的氮含
量就越高。

同时，钒铁的硫含量也会影响氮化钒铁的质量，硫含量过
高会导致氮化钒铁的氮含量下降。

因此，在原料配比时，需要根据生
产要求选择合适的钒铁品质，并控制硫含量在一定范围内。

二、炉型选择
氮化钒铁的生产炉型主要有电炉和高炉两种。

电炉生产氮化钒铁的优
点是生产周期短，能够快速调整生产工艺，适应市场需求的变化。

而
高炉生产氮化钒铁的优点是生产成本低，能够大规模生产，适合长期
稳定的生产。

因此，在选择炉型时，需要根据生产需求和市场情况进
行综合考虑。

三、炉温控制
炉温控制是氮化钒铁生产中的关键环节。

炉温过高会导致氮化钒铁的氮含量下降，炉温过低则会导致氮化钒铁的产量下降。

因此，在生产过程中，需要根据原料配比和炉型选择合适的炉温，并进行精确的控制。

同时，还需要根据生产情况和市场需求进行调整，以保证生产质量和产量的稳定。

综上所述，氮化钒铁的生产工艺主要包括原料配比、炉型选择和炉温控制等方面。

在生产过程中，需要根据生产要求和市场需求进行综合考虑，以保证生产质量和产量的稳定。

氮化钒铁的研究进展摘要：氮化钒铁是一种新型的钢铁冶炼添加剂，广泛应用于冶炼生产中，加入钢中可显著提高钢的耐磨性、耐腐蚀性、韧性、强度、延展性、硬度及抗疲劳性等综合力学性能，并使钢具有良好的可焊接性能。

本文介绍了氮化钒铁的制备和检测新进展，指出了氮化钒铁检测技术的发展方向。

关键词：氮化钒铁；检测；进展1.前言氮化钒铁是以钒铁为原料通过高压燃烧渗氮而制得的产品，主要成份为钒、氮、铁，含有两种金属,是真正意义上的钒氮合金。

氮化钒铁通过细化晶粒和沉淀强化作用，可大幅度提高钢的强度和改善钢的韧性等综合特性；加入氮化钒铁的钢筋具有成本低、性能稳定、强度波动小、冷弯、焊接性能优良、基本无时效等特点。

2. 氮化钒铁的检测氮化钒铁产品起源于上世纪90年代，随着世界钒生产格局的变迁，目前全球上只有南非、俄罗斯、中国实现和保持产业化制造、使用氮化钒铁，所用原料都是符合所在国标准的钒铁产品；南非、俄罗斯每年的产量基本保持在数百吨之内，只有中国后来居上，2011年产销量达到了5000吨级水平（产量约占中国钒氮合金总量的40%）；但上述各国均没有相应的检测方法使用，现用方法都停留在各自企业标准和技术规范的层面。

本文共介绍了测定氮化钒铁产品成分的检测方法共10个，通过多次实验研究表明这些方法具有很好的精密度和准确度，目前正在申请行业标准。

共包括“惰性气体熔融热导法测定氮含量”“蒸馏分离一酸碱中和滴定法测定氮含量”“硫酸亚铁铁铵滴定法测定钒含量”“电感耦合等离子体原子发射光谱法测定硅、锰、磷、铝含量”“硫酸脱水重量法测定硅含量”“红外线吸收法测定硫含量”“红外线吸收法测定碳含量”“铋磷钼蓝分光光度法测定磷含量”“红外线吸收法测定氧含量”“一次沉淀过滤分离法直接测定铁含量”等，填补了国内氮化钒铁检测技术的空白。

2.1 钒含量的测定硫酸亚铁铵滴定法测定钒含量，测定范围（质量分数）：≥40.00%。

试样以硝酸分解，冒硫酸烟，在适当硫酸酸度下，用高锰酸钾将钒氧化至五价，在尿素存在下，以亚硝酸钠还原过量的高锰酸钾，以N-苯代邻氨基苯甲酸为指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定，借此测定钒量。

碳热还原法制备氮化钒铁合金的研究董自慧;吴春亮;李九江;李兰杰;王晓雨;胡森;白瑞国;王新东;吴春涛【摘要】采用化学分析,XRD,SEM等检测手段,对碳热还原法制备的氮化钒铁中铁元素赋存状态进行了系统研究,对配碳系数、反应温度对氮化钒铁的氮钒比影响规律进行了系统研究.结果表明,以V2O3为原料,在高温下进行碳热还原反应制备的氮化钒铁,钒原子氮化形成氮化钒包覆层,铁主要以Fe形式存在,不均匀分布于氮化钒颗粒内部.反应条件直接影响氮化钒铁的氮钒比,制备高质量的氮化钒铁,需要控制较佳的工艺参数.【期刊名称】《矿冶》【年(卷),期】2018(027)005【总页数】4页(P64-67)【关键词】氮化钒铁;铁元素;氮化钒;氮钒比【作者】董自慧;吴春亮;李九江;李兰杰;王晓雨;胡森;白瑞国;王新东;吴春涛【作者单位】河钢集团承钢公司,河北承德067002;河钢集团承钢公司,河北承德067002;河钢集团承钢公司,河北承德067002;河钢集团承钢公司,河北承德067002;东北大学,沈阳110819;沈阳航天新光集团有限公司,沈阳110013;河钢集团承钢公司,河北承德067002;河钢集团有限公司,石家庄054000;河钢集团承钢公司,河北承德067002【正文语种】中文【中图分类】TF646氮元素在含氮微合金钢中起到强化钒的析出，改变钒的相间分布，提高钢的强度，韧性和耐磨性的作用。

目前，钢中渗氮的方法主要有添加氮化钒，富氮锰铁，氮化钒铁〔1-5〕。

氮化钒铁是一种新型的合成原料，但碳热还原法制备氮化钒铁的报道却很少。

因此，本试验对铁在氮化钒铁中的赋存状态进行了系统的研究。

对配碳系数和反应温度对氮化钒铁N/V的影响规律进行了系统研究。

1 试验本试验以一定粒度的V2O3、碳粉、铁粉和少量黏结剂为原料。

碳化反应时间为3 h，氮化反应时间为3 h，氮气流量为300 m3/h。

配碳系数分别为0.27，0.29，0.31，0.34。

第50卷第6期2019年6月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.50No.6Jun e 2019利用V 2O 5制备氮化钒铁的反应过程及动力学研究王斌1,2，李冬1，杜金晶1，朱军1,2，刘漫博1，王欢1(1.西安建筑科技大学冶金工程学院，陕西西安，710055；2.陕西省先进储能与钒新材料工程技术研究中心，陕西安康，725000)摘要：采用TG −DSC 技术对V 2O 5直接制备氮化钒铁的反应过程进行研究，并采用Coats-Redfern 积分法对相关反应的动力学参数进行计算。

研究结果表明：碳还原V 2O 5的反应在670℃左右开始显著发生，随温度升高，反应速度加快。

在1000℃以上时，碳化反应开始进行，在1200℃左右，氮化反应可以显著发生，试样中可检测到氮化产物。

在1150～1350℃反应的活化能要比970～1100℃时的高，说明随着反应的进行，生成的碳化钒铁和氮化钒铁产物产生了一定的包覆作用，扩散过程阻碍了反应的进一步进行。

高温还原氮化后的试样，碳、氮元素在四周分布密集，而在中间区域分布较少，这也印证了碳化产物和氮化产物存在着明显包覆作用的推论。

关键词：氮化钒铁；V 2O 5；反应过程；动力学中图分类号：TF841.3；TF125文献标志码：A文章编号：1672-7207（2019）06−1278−06Reaction processes and kinetic study on preparation of nitridedferrovanadium by V 2O 5WANG Bin 1,2,LI Dong 1,DU Jinjing 1,ZHU Jun 1,2,LIU Manbo 1,WANG Huan 1(1.School of Metallurgy Engineering,Xi'an University of Architecture and Technology,Xi'an 710055,China;2.Shaanxi Advanced Energy Storage and Vanadium New Material Engineering Technology Research Center,Ankang 725000,China)Abstract:The TG −DSC curves were tested to study the nitrided ferrovanadium preparation reaction processes,and the kinetic parameters of the relevant reactions were calculated using Coats-Redfern method.The results show that C can react with V 2O 5obviously at around 670℃.However,the carbonation reactions occurs when the temperature is higher than 1000℃and the nitridation reactions occurs at higher than 1200℃.The activated energy of reaction at 1150−1350℃is higher than that at 970−1100℃.With the increase of the reactions time,the carbonized products and nitrided products hinder the preparation reactions,and increase the apparent activation energy of the reactions.The carbon and nitrogen elements distribute more densely on the surface of the prepared sample than the interior region,which proves the conclusion that carbonation products and nitrided products have obvious covering effect.Key words:nitrided ferrovanadium;V 2O 5;reactions processes;kinetic添加钒可显著提高钢材的强度和韧性[1−2]，主要应用于炼钢领域，其添加形式主要包括钒铁、氮化钒和氮化钒铁等。

氮化钒粉料生产氮化钒铁工艺研究氮化钒铁是一种新型的微观结构材料，它采用特殊的合成方法由离子和原子组成，具有专业性和精细性，而且具有耐腐蚀耐磨性、耐阻值性能表现出的优越性能，深受广大用户的青睐，因而发展起来。

氮化钒铁跟很多特殊工艺有着紧密的联系，所以生产氮化钒铁过程中一定要结合以下几个因素：首先，氮化钒粉料的配比和控制，这是氮化钒铁生产的基础因素，正确的配比和控制是保证成品质量的首要条件。

其次，氮化钒铁生产的过程中，要特别注意氮化钒粉料的分散度问题，氮化钒铁中含有氮化钒粉料，氮化钒粉料的分散度决定了氮化钒铁的性能。

再次，氮化钒铁生产过程中，要注意温度和时间的控制，氮化钒铁烘烤温度越高，成品质量越好，但如果温度太高，会影响氮化钒铁的性能。

最后，氮化钒铁生产过程中，应特别注意好原料的湿度，湿度太高会降低生产效率，所以要注意好氮化钒粉料的原料湿度控制，保证氮化钒铁的生产质量。

因此，正确的控制氮化钒粉料的生产工艺有助于减少工艺过程中的不确定因素，从而提高氮化钒铁的性能和可靠性。

首先，氮化钒粉料的合成由离子和原子组成，其中氮化钒粉料的原料控制是非常重要的，主要原料有钒，铁，氮，碳，两者之间的原料比例应根据氮化钒铁的特性和用途确定，其目的是使钒和铁具有更好的组成，结构和性能，这是保证成品质量的前提条件。

其次，氮化钒粉料的熔铸成型是很复杂的,须把握好关键的技术指标，如温度和时间的控制。

因为温度对氮化钒铁的性能和可靠性影响很大，温度过低容易使氮化钒铁变脆，温度过高容易使氮化钒铁变脆，所以恰当的温度控制很重要。

另外，氮化钒铁的熔铸时间也该控制，熔铸时间过长容易使氮化钒铁滞后，成品质量变差。

再次，氮化钒粉料的烘烤对氮化钒铁的性能也有很大的影响，主要是对其结构的影响，如果烘烤温度越高，氮化钒铁的性能就越好，因此正确的控制烘烤温度是保证氮化钒铁性能的必要条件。

最后，氮化钒粉料的湿度控制也是保证成品质量的关键。

湿度过低会使氮化钒铁变得粗糙，湿度过高则容易导致氮化钒铁效率低，这样影响了产品质量，所以氮化钒粉料的湿度控制也是保证氮化钒铁质量的重要内容。

氮化钒的制备方法金属钒在钢铁工业中已有近百年的时间，一直以钒铁的形式进行使用。

20世纪60、70年代人们开始对氮化钒进行研究，但由于工艺技术方面的问题，制备出的氮化钒炭氧含量高（10-12%）、氮含量低（6-10%），达不到使用要求。

直到20世纪80年代末期美国战略矿物公司公开发出了低碳氧高氮含量氮化钒，才真正使氮化钒生产商业化。

2000年以前，能够工业化大规模生产氮化钒的只有美国战略矿物公司位于南非Brits的子公司（Vameteo Minerals Corporation），利用高温真空碳还原方法生产钒氮合金。

1990年美国战略矿物公司约销售氮化钒350t，2000年已达到1050t，2003年产量达到3000柁墩，由于产品供不应求，2004年更是扩能到4500t，10年来增长了10倍，尤其是近几年销售量大幅增加。

我国的攀钢公司1995年开始自主开发推板窑法V2O3连续氮化法生产氮化钒工艺，并取得了成功，其产能目前已超过2000t/a。

近两年（2007）我国氮化钒的销售量在1000-1500t左右，这与生产Ⅲ级建筑钢筋的实际需求存在很大差距。

2004年我国共生产建筑钢筋4500万t，如果全部使用氮化钒，以最低添加量0.5kg 氮化钒/t钢计，则需要22500t氮化钒，由于供应不足，导致绝大部分使用钒铁实现合金化。

国家建设部要求在“十五”末建筑行业Ⅲ级建筑钢筋使用量达到80%，如果使用氮化钒的Ⅲ级建筑钢筋占50%，则需要近10000t氮化钒，也就是说目前国内外氮化钒的产量存在严重不足。

氮化钒，别名钒氮合金，是一种新型合金添加剂，可以替代钒铁用于微合金化钢的生产。

它有两种晶体结构：一是V3N，六方晶体结构，硬度极高，显微硬度约为1900HV，熔点不可测；二是VN，面心立方晶体结构，显微硬度约为1520HV，熔点为2360度。

它们都具有很高的耐磨性，钒钢经过氮化处理后可以极大的提高高钢的强度、韧性、延展性及抗热疲劳性等综合机械性能，并使钢具有良好的可焊性。

氮化钒铁生产工艺氮化钒铁是一种重要的金属材料，具有优异的磁性能和力学性能，被广泛应用于电子、磁性材料等领域。

本文将介绍氮化钒铁的生产工艺，包括原料准备、氮化反应、热处理和产品加工等方面。

一、原料准备氮化钒铁的主要原料是钒铁和氨气。

钒铁是一种含有钒和铁的合金，常用的钒铁规格有FeV50、FeV60等。

氨气则是氮化反应的主要气体，一般采用纯度较高的氨气。

二、氮化反应氮化钒铁的生产过程主要是通过在高温下将钒铁与氨气进行反应，使钒铁中的钒与氮气结合生成氮化钒。

具体工艺流程如下：1. 将钒铁放入氮化炉中，通入预先加热的氨气。

2. 调整氨气的流量和温度，控制氮化反应的速率和温度。

3. 在一定温度下进行氮化反应，使钒铁中的钒与氮气结合生成氮化钒。

4. 控制氮化时间，确保充分反应。

5. 将氮化后的钒铁取出，冷却并进行后续处理。

三、热处理氮化钒铁经过氮化反应后，需要进行热处理以改善其磁性能和力学性能。

热处理工艺包括退火和淬火两个步骤。

1. 退火：将氮化钒铁加热至一定温度，保持一段时间后慢慢冷却。

退火过程中，钒铁中的晶界和组织结构得到重组和恢复，使材料的磁性能和力学性能得到改善。

2. 淬火：将退火后的氮化钒铁迅速冷却至室温，使材料的晶体结构保持在亚稳定状态，进一步提高其磁性能和力学性能。

四、产品加工经过热处理后的氮化钒铁可以进行产品加工，包括切割、修磨、打磨等工艺。

根据不同的应用需求，可以将氮化钒铁加工成各种形状和规格的零件和材料，如片状、粉末状等。

氮化钒铁的生产工艺包括原料准备、氮化反应、热处理和产品加工等环节。

通过科学控制每个环节的参数和工艺，可以获得具有优异磁性能和力学性能的氮化钒铁材料，满足不同领域的应用需求。

氮化钒铁的生产工艺对于提高材料性能、降低生产成本和推动相关产业发展具有重要意义。

五氧化二钒制备氮化钒的过程研究康鑫磊摘要：随着转炉冶炼高强度低合金钢技术的飞速发展, 氮化钒的应用不断增加。

在还原氮化五氧化二钒制备氮化钒的过程中, 还原程度直接影响氮化程度, 为了寻求一种经济、高效的制取氮化钒的方法。

本文分析了五氧化二钒制备氮化钒的过程。

关键词：五氧化二钒；制备；氮化钒；钒是一种重要的金属元素, 具有许多可贵的理化特性和机械特性, 能细化晶粒,提高钢的硬度和耐磨性, 在冶金和化工部门有着广泛的用途。

中国生产五氧化二钒的原料主要有3种:石煤、矾渣和废钒催化剂，国外还有少数国家如美国、日本等从石油渣中提取钒。

一、简述由热力学分析可知，在一定温度和氮气气氛下，碳还原五氧化二钒制备氮化钒在热力学上是可行的，还原过程存在间接还原和直接还原2 种方式，何种方式占主导地位取决于V2O5 和C 的初始混合态。

为了减少钒的挥化损失，应在五氧化二钒的熔点下进行一级还原反应，同时为了避免生成的氮化钒重新转变为碳化钒，反应温度应控制在1546K 以下。

碳还原五氧化二钒制备氮气钒的反应过程动力学速率方程可通过氮气条件下氮化钒的曲线确定。

曲线显示氧化钒的碳热氮化还原过程是多个反应并存的复合反应过程，存在2 个明显的质量损失阶段和3 个不同的吸热反应峰，说明有不同类型的化学反应发生，并且前一个吸热峰未结束，后一吸热峰即开始，表明不同的反应交错在一起同时进行。

根据氧化钒的碳热还原氮化复合反应可分为2 个阶段，即低温反应阶段和高温反应阶段。

低温反应阶段的活化能较低，反应容易进行，反应机理为一级化学反应；高温反应阶段的活化能很高，是整个反应的控制环节，反应机理为二级化学反应。

氧化钒的碳热还原氮化反应体系符合反应控制机制(Rn 模型)，氮气气氛有利于反应的进行，升高温度可加快反应进行的速率。

实际生产过程应尽可能将V2O5 还原为VC，再调节温度和氮气分压制取VN 或V(C,N)。

但必须指出的是过高的反应+温度反而会导致发生氮化钒转变为碳化钒的反应，因此，反应过程的实际温度应控制在1450K以下。

氮化钒铁的生产工艺氮化钒铁是一种重要的合金材料，具有高硬度、优异的耐磨性和高温稳定性等特点，广泛用于刀具、轴承及耐磨部件的制造。

其生产工艺一般包括材料准备、原料熔炼、浇铸成型、气氛控制和热处理等工序。

下面将详细介绍氮化钒铁的生产工艺。

1. 材料准备氮化钒铁的主要原料是钒、铁和氨气，其中钒和铁需优质的铁钒合金，确保钒含量在50%以上。

同时，还需准备一定量的助溶剂和熔剂，用于促进原料的溶解和铸件的浇铸。

2. 原料熔炼将钒铁及助溶剂、熔剂等原料按照一定比例加入冶炼炉中，通过高温熔化的方式将原料均匀混合。

炉内温度通常控制在1500℃以上，以确保原料彻底熔化且不产生不完全溶解的残渣。

3. 浇铸成型将熔融的钒铁倒入预先准备好的铸型中，通过冷却固化成为氮化钒铁铸件。

浇铸工艺可以根据需要选择不同的方式，如常规浇注、压力浇注等，以获得不同形状和尺寸的铸件。

4. 气氛控制在氮化钒铁的生产过程中，气氛控制是至关重要的，可以通过控制熔炉内的氮气、氢气、氧气等气体的流量和气氛成分，调节炉内的氧化还原条件，从而控制合金的成分和性能。

同时，还需要控制气氛中的杂质含量，以确保合金的纯净度。

5. 热处理氮化钒铁铸件在浇铸后，需要经过热处理工艺来改善其性能。

一般采用加热至高温后保温一段时间，再进行快速冷却的淬火工艺。

热处理过程中，可以通过控制加热温度、保温时间和冷却介质等条件，使合金的组织和性能得到优化。

总结：氮化钒铁的生产工艺包括材料准备、原料熔炼、浇铸成型、气氛控制和热处理等工序。

通过合理控制每个工序的参数和条件，可以生产出具有优异性能的氮化钒铁材料，满足不同领域的需求。

同时，在生产过程中还需关注能源消耗和环境保护等问题，提高生产效率和降低生产成本。