釩氮合金成型工藝優(yōu)化

李明波

（濟鋼鮑德爐料有限公司，山東 濟南250101）

1 前 言

釩氮合金（氮化釩）是一種新型合金添加劑，替代釩鐵用于微合金化鋼的生產(chǎn)，能夠節(jié)約釩加入量20%～40%，降低生產(chǎn)成本，具有廣闊的市場前景和發(fā)展空間。釩氮合金的制備技術是國家鼓勵發(fā)展的資源節(jié)約綜合利用和環(huán)境保護技術之一。

濟鋼鮑德爐料有限公司建設了兩條釩氮合金生產(chǎn)線，生產(chǎn)設備主要以推板窯為主，采用五氧化二釩為原料，天然鱗片石墨為還原劑，硅酸鈉為黏結(jié)劑生產(chǎn)釩氮合金。原料五氧化二釩經(jīng)粉磨后和石墨冷壓成型后進入推板窯進行還原、氮化、燒結(jié)。投產(chǎn)初期，受原料品位波動、產(chǎn)線設計缺陷、經(jīng)驗貧乏等影響，成球率僅為80%，嚴重制約了產(chǎn)量水平。為此，濟鋼鮑德爐料開展了大量的試驗和現(xiàn)場調(diào)研工作，并先后組織了4個工序的工藝改造和技術攻關，取得了明顯的效果，成球率提高到96%以上，成品合格率100%。

2 試驗方案

原料及設備。原料：五氧化二釩、天然鱗片石墨、硅酸鈉（分析純）、水。設備：錐形混料機（干混機）、輪碾混料機（濕混機）、兩級壓球機。

2.1 配碳比方案

釩氮合金的生成機理：五氧化二釩與碳粉按一定比例混合，在高溫氮氣氣氛條件下經(jīng)過一系列化學反應（化學反應方程式1、2）轉(zhuǎn)化為氮化釩，如果碳含量不足則反應不完全，造成浪費；如果碳含量偏高則又會發(fā)生副反應（方程式3、4、5），使產(chǎn)品含碳量偏高、含氮量偏低。

由于各廠家原料性質(zhì)、成分范圍不一樣，所需用的配碳系數(shù)也不同，為此，將不同廠家、不同成分的原料配比進行優(yōu)化、調(diào)整，生產(chǎn)產(chǎn)品的成分數(shù)據(jù)不同。經(jīng)過不斷摸索，反復試驗，最終形成了一套完善的配料系數(shù)查詢手冊，使配料格式化、標準化，如表1 所示。只需要對照手冊，即可輕松、準確的完成配料工作，工作效率提高，產(chǎn)品合格率提高。

表1 配碳系數(shù)查詢手冊 ‰

2.2 壓球壓力、壓球頻率調(diào)整方案

在試驗室條件下進行造球試驗，研究不同生產(chǎn)條件下的造球性能和提高產(chǎn)線成球率的技術措施。主要試驗條件有：壓球機不同的壓球壓力、壓球機運行頻率、干混料和濕混料時間的不同對成球效果和成品品位的影響。

（1）對一次、二次壓球壓力、壓球頻率進行調(diào)整，使產(chǎn)品密度符合要求的情況下縮短壓球時間，提高效率。統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表2 所示。根據(jù)壓力試驗方案，通過調(diào)整不同壓力，當?shù)? 臺壓球機壓力為10 MPa，第 2 臺壓球機壓力為 13 MPa 時，成球率最高，單球重量及強度指標較高，此時壓力最適合。

表2 壓球壓力與成球率、單球重量、濕球強度統(tǒng)計

（2）在原料成分、配比、混料時間、壓球壓力等條件不變的情況下，分別調(diào)整第1 臺壓球機和第2臺壓球機的壓球速率進行壓球試驗，最終對每批次的返粉率、單球重量、濕球強度進行檢測，具體見表4。根據(jù)壓球轉(zhuǎn)速試驗方案，通過調(diào)整電機頻率，測得的返粉率、重量及強度數(shù)據(jù)如表3所示。從數(shù)據(jù)中可以看出，當?shù)?臺壓球機電機頻率在22 Hz，第2臺壓球機電機頻率在16 Hz時，返粉率較低，單球重量及強度指標較高，此頻率最適合。

表3 壓球機頻率與成球率、返粉率、單球重量、強度統(tǒng)計

2.3 優(yōu)化干混、濕混（加入黏結(jié)劑）混料工藝

優(yōu)化干混、濕混（加入黏結(jié)劑）混料工藝，使混料時間最短化，提高生產(chǎn)效率。在原料成分、配比、壓球壓力及速率等條件不變的情況下，分別調(diào)整干混時間和濕混時間進行壓球試驗（在原有干混2.5 h，濕混3 h 的基礎上按0.5 h 為單位縮短時間），最終對每批次的返粉率及產(chǎn)品成分均勻性進行檢測，具體數(shù)據(jù)見表4。從表4 可以看出，當干混時間在1.5 h、濕混時間2 h 以上時，成分均勻性無太大差別，但干混時間小于2 h、濕混時間小于2.5 h的返粉率較高；當干混時間2 h、濕混時間在2.5 h 時，返粉率與原有混料時間相差無幾，成分均勻性也較好，為最佳混料時間。

表4 混料時間與產(chǎn)品均勻性等數(shù)據(jù)統(tǒng)計 %

3 提高生球成球率的生產(chǎn)實踐

3.1 優(yōu)化原料配比結(jié)構(gòu)

由于原料品位、性能的不同及生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀，對釩氮合金成型工藝進行調(diào)整。在原配比基礎上添加1%～2%釩氮合金成品落料的粉料作為骨料，同時在配比中增加1%～3%的金屬硅粉，提高生球的初始強度，且提高成品品位1～2個百分點。

3.2 降低生球輸送過程中的沖擊

降低輸送皮帶的轉(zhuǎn)速，可以改變生球落下的軌跡，降低拋落速度，減少生球的沖擊力，從而保護生球不破裂。將成球皮帶的滾筒電機使用變頻降速，皮帶轉(zhuǎn)速由1.2 m/s降至0.5 m/s。

對最終成球皮帶落球端進行落差改造。調(diào)整出球段皮帶與篩網(wǎng)的距離，防止卡球；調(diào)整篩網(wǎng)的角度，降低生球滑落的速度，減輕落地時的沖擊；在篩網(wǎng)上部安裝阻擋膠皮，減少生球在篩網(wǎng)上滑落的速度，減少生球落地時的沖擊。在接球塑料框的底部安裝升降平臺，減少生球的落差。

改進篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并及時清理篩網(wǎng)上積料，控制進入合格生球中粉料；及時調(diào)整篩網(wǎng)的間隙，保證合格的生球不會落入到粉料中。

3.3 調(diào)整黏結(jié)劑添加方式

實際生產(chǎn)中，粉狀黏結(jié)劑先添加到粉料中，干混后再加入水進行濕混料，由于黏結(jié)劑僅為0.5%，不能混合均勻，生球的粘結(jié)效果差，破碎率高。為此，設計制作黏結(jié)劑混料機，將粉狀黏結(jié)劑和水配比后加入到混料機中攪拌，待充分溶解和攪拌均勻后，加入到濕混機中，提高生球的粘結(jié)效果。同時，將黏結(jié)劑的加入方式由水管直接加入調(diào)整為霧化水方式加入，避免了因水量集中而抱團的現(xiàn)象，提高了濕混料效果，縮短了混料時間。

4 結(jié) 語

經(jīng)過不斷摸索、反復試驗，最終建立起了一套完善的配碳系數(shù)查詢手冊，使配料格式化、標準化，可以輕松、準確的完成配料工作，工作效率提高，產(chǎn)品合格率提高。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，原料混料時間由5.5 h 縮短為4.5 h，提高效率20%。根據(jù)試驗結(jié)果，第1臺壓球機壓力為10 MPa、電機頻率在22 Hz，第2臺壓球機壓力為13 MPa、電機頻率在16 Hz時，成球率達到93.26%，得到的最終產(chǎn)品為VN16 合金，合格率達到100%。