钒氮合金成型工艺优化

李明波

（济钢鲍德炉料有限公司，山东 济南250101）

1 前 言

钒氮合金（氮化钒）是一种新型合金添加剂，替代钒铁用于微合金化钢的生产，能够节约钒加入量20%～40%，降低生产成本，具有广阔的市场前景和发展空间。钒氮合金的制备技术是国家鼓励发展的资源节约综合利用和环境保护技术之一。

济钢鲍德炉料有限公司建设了两条钒氮合金生产线，生产设备主要以推板窑为主，采用五氧化二钒为原料，天然鳞片石墨为还原剂，硅酸钠为黏结剂生产钒氮合金。原料五氧化二钒经粉磨后和石墨冷压成型后进入推板窑进行还原、氮化、烧结。投产初期，受原料品位波动、产线设计缺陷、经验贫乏等影响，成球率仅为80%，严重制约了产量水平。为此，济钢鲍德炉料开展了大量的试验和现场调研工作，并先后组织了4个工序的工艺改造和技术攻关，取得了明显的效果，成球率提高到96%以上，成品合格率100%。

2 试验方案

原料及设备。原料：五氧化二钒、天然鳞片石墨、硅酸钠（分析纯）、水。设备：锥形混料机（干混机）、轮碾混料机（湿混机）、两级压球机。

2.1 配碳比方案

钒氮合金的生成机理：五氧化二钒与碳粉按一定比例混合，在高温氮气气氛条件下经过一系列化学反应（化学反应方程式1、2）转化为氮化钒，如果碳含量不足则反应不完全，造成浪费；如果碳含量偏高则又会发生副反应（方程式3、4、5），使产品含碳量偏高、含氮量偏低。

由于各厂家原料性质、成分范围不一样，所需用的配碳系数也不同，为此，将不同厂家、不同成分的原料配比进行优化、调整，生产产品的成分数据不同。经过不断摸索，反复试验，最终形成了一套完善的配料系数查询手册，使配料格式化、标准化，如表1 所示。只需要对照手册，即可轻松、准确的完成配料工作，工作效率提高，产品合格率提高。

表1 配碳系数查询手册 ‰

2.2 压球压力、压球频率调整方案

在试验室条件下进行造球试验，研究不同生产条件下的造球性能和提高产线成球率的技术措施。主要试验条件有：压球机不同的压球压力、压球机运行频率、干混料和湿混料时间的不同对成球效果和成品品位的影响。

（1）对一次、二次压球压力、压球频率进行调整，使产品密度符合要求的情况下缩短压球时间，提高效率。统计数据如表2 所示。根据压力试验方案，通过调整不同压力，当第1 台压球机压力为10 MPa，第 2 台压球机压力为 13 MPa 时，成球率最高，单球重量及强度指标较高，此时压力最适合。

表2 压球压力与成球率、单球重量、湿球强度统计

（2）在原料成分、配比、混料时间、压球压力等条件不变的情况下，分别调整第1 台压球机和第2台压球机的压球速率进行压球试验，最终对每批次的返粉率、单球重量、湿球强度进行检测，具体见表4。根据压球转速试验方案，通过调整电机频率，测得的返粉率、重量及强度数据如表3所示。从数据中可以看出，当第1台压球机电机频率在22 Hz，第2台压球机电机频率在16 Hz时，返粉率较低，单球重量及强度指标较高，此频率最适合。

表3 压球机频率与成球率、返粉率、单球重量、强度统计

2.3 优化干混、湿混（加入黏结剂）混料工艺

优化干混、湿混（加入黏结剂）混料工艺，使混料时间最短化，提高生产效率。在原料成分、配比、压球压力及速率等条件不变的情况下，分别调整干混时间和湿混时间进行压球试验（在原有干混2.5 h，湿混3 h 的基础上按0.5 h 为单位缩短时间），最终对每批次的返粉率及产品成分均匀性进行检测，具体数据见表4。从表4 可以看出，当干混时间在1.5 h、湿混时间2 h 以上时，成分均匀性无太大差别，但干混时间小于2 h、湿混时间小于2.5 h的返粉率较高；当干混时间2 h、湿混时间在2.5 h 时，返粉率与原有混料时间相差无几，成分均匀性也较好，为最佳混料时间。

表4 混料时间与产品均匀性等数据统计 %

3 提高生球成球率的生产实践

3.1 优化原料配比结构

由于原料品位、性能的不同及生产工艺现状，对钒氮合金成型工艺进行调整。在原配比基础上添加1%～2%钒氮合金成品落料的粉料作为骨料，同时在配比中增加1%～3%的金属硅粉，提高生球的初始强度，且提高成品品位1～2个百分点。

3.2 降低生球输送过程中的冲击

降低输送皮带的转速，可以改变生球落下的轨迹，降低抛落速度，减少生球的冲击力，从而保护生球不破裂。将成球皮带的滚筒电机使用变频降速，皮带转速由1.2 m/s降至0.5 m/s。

对最终成球皮带落球端进行落差改造。调整出球段皮带与筛网的距离，防止卡球；调整筛网的角度，降低生球滑落的速度，减轻落地时的冲击；在筛网上部安装阻挡胶皮，减少生球在筛网上滑落的速度，减少生球落地时的冲击。在接球塑料框的底部安装升降平台，减少生球的落差。

改进筛网结构，并及时清理筛网上积料，控制进入合格生球中粉料；及时调整筛网的间隙，保证合格的生球不会落入到粉料中。

3.3 调整黏结剂添加方式

实际生产中，粉状黏结剂先添加到粉料中，干混后再加入水进行湿混料，由于黏结剂仅为0.5%，不能混合均匀，生球的粘结效果差，破碎率高。为此，设计制作黏结剂混料机，将粉状黏结剂和水配比后加入到混料机中搅拌，待充分溶解和搅拌均匀后，加入到湿混机中，提高生球的粘结效果。同时，将黏结剂的加入方式由水管直接加入调整为雾化水方式加入，避免了因水量集中而抱团的现象，提高了湿混料效果，缩短了混料时间。

4 结 语

经过不断摸索、反复试验，最终建立起了一套完善的配碳系数查询手册，使配料格式化、标准化，可以轻松、准确的完成配料工作，工作效率提高，产品合格率提高。根据试验数据，原料混料时间由5.5 h 缩短为4.5 h，提高效率20%。根据试验结果，第1台压球机压力为10 MPa、电机频率在22 Hz，第2台压球机压力为13 MPa、电机频率在16 Hz时，成球率达到93.26%，得到的最终产品为VN16 合金，合格率达到100%。