氮化钒作为一种重要的炼钢合金添加剂,能显著提高钢的综合性能,80~90%的钒用于钢铁工业中,钒在钢中起到细化晶粒和析出强化的作用。与其他钒基合金相比,向钢中添加氮化钒能有效的利用钒氮之间的强烈的亲和力的作用,既能提高钢的强度,又能减少合金化元素钒的加入量,降低生产成本。我国是钢铁生产与使用大国,对氮化钒的需求逐年增加。目前工业生产氮化钒普遍采用五氧化二钒还原制备工艺,存在流程长、能耗高、污染环境等问题,本课题研究基于五氧化二钒的前驱体偏钒酸铵的热分解过程,开展了偏钒酸铵直接制备氮化钒相关研究工作。本文在查阅相关文献的基础上,以五氧化二钒的前驱体偏钒酸铵为原料,进行了碳热还原一步法制备氮化钒的实验。主要研究了预还原温度和预还原时间、配碳比、氮化温度和氮化时间以及氮气流量对氮化产物成分和含量的影响,分析了相关反应过程中的热力学条件,结合热重实验分析了主要反应的动力学机理。采用化学法对氮化产物的氮含量与钒含量进行测定,利用碳硫分析仪对氮化产物的碳含量进行测定,采用XRD对氮化产物进行了物相分析。热力学分析表明,偏钒酸铵的分解产物五氧化二钒碳热还原为逐级还原,在V2O5的熔点温度以下可以将V2O5完全还原成高熔点的低价钒氧化物;逐级还原反应优先生成VC;一氧化碳分压影响还原反应的转变温度,不利于还原反应的进行;氮气分压影响氮化反应的转变温度,增大氮气分压能够促进氮化反应的进行;温度高于910℃时,碳化反应开始进行,生成的碳化钒会在氮气作用下发生氮化反应,即还原氮化同步进行;温度高于1272℃时,在过量碳的作用下氮化钒会转变为碳化钒。通过热重-差热实验分析了反应过程的动力学。在低温阶段主要是偏钒酸铵的分解过程和V2O5的预还原过程中,氮气作为保护气不参与反应,在高温阶段主要是氮化过程。采用非等温热分析法的一级反应动力学函数拟合的直线线性关系良好,相关系数高;对反应过程的动力学计算结果表明,在1002~1120℃还原反应的活化能为19.12KJ/mol,率因子为1.64×104,1310~1420℃氮化反应的活化能为131.19KJ/mol,频率因子为6.26×108,确定了偏钒酸铵碳热还原一步法制备氮化钒的限制性环节是氮化反应。预还原在650℃反应4h后,偏钒酸铵的分解产物V2O5可以被完全还原成低价态氧化钒;氮化产物的氮含量随配碳比的升高先增加后降低,在理论配碳比时氮含量最高;氮化温度高于1300℃时,氮化产物的氮含量均高于10%,在1400℃时氮含量达到最高且物相都是氮化钒,温度继续升高,氮化产物的氮含量基本不变;在相同的温度下保温4h氮化效果最好;氮化反应的最佳氮气流量采用240ml/min。由此确定了最佳反应条件,并在此基础上进行了半工业试验。本研究建立了利用五氧化二钒的前驱体偏钒酸铵直接制备氮化钒的方法,制备的氮化钒体积收缩,密度为4.75g/cm3,符合国家标准。