專利名稱：一種氮化釩的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氮化釩的生產(chǎn)方法，屬于釩合金生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氮化釩可以替代釩鐵用于微合金化鋼的生產(chǎn)。氮化釩添加于鋼中能提高鋼的強(qiáng) 度、韌性、延展性及抗熱疲勞性等綜合機(jī)械性能，并使鋼具有良好的可焊性。在達(dá)到相同強(qiáng) 度下，添加氮化釩節(jié)約釩加入量30-40 %，進(jìn)而降低了成本。大量的工業(yè)規(guī)模應(yīng)用數(shù)據(jù)表明增加含釩鋼中的氮含量，能提高鋼的屈服強(qiáng)度，主 要原因是鋼中氮含量的增加，降低了析出相長(zhǎng)大與粗化的趨勢(shì)，鋼中增氮后，析出相顆粒變 細(xì)，從而充分發(fā)揮釩在鋼中的作用。氮化釩生產(chǎn)過(guò)程中，需要首先將粉狀的釩氧化物和碳粉混合后壓塊、成型，再 將成型后的物料連續(xù)加入爐窯內(nèi)中，同時(shí)向爐窯內(nèi)通入氮?dú)庾鞣磻?yīng)氣，將物料加熱至 1200-1600°C，物料在該溫度區(qū)域發(fā)生還原和氮化反應(yīng)，持續(xù)時(shí)間小于4h，冷卻后制得成品。還原反應(yīng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的CO氣體，由于CO與N2具有相同的分子量，常規(guī)的 臥式爐窯很難去除，從而影響氮化反應(yīng)，使含氮量降低；采用豎爐進(jìn)行反應(yīng)，在爐底通入氮 氣，能有效去除CO氣體，使得整個(gè)反應(yīng)爐中氮化條件好，反應(yīng)更充分，從而提高氮化釩中的 氮含量。但是由于在氮化釩的生產(chǎn)過(guò)程中存在一個(gè)物料的軟化階段，物料在軟化的同時(shí)進(jìn) 行反應(yīng)，這就使得塊狀物料相互粘連在一起，常規(guī)的臥式爐窯是采用缽體輸送，每個(gè)缽體中 物料體積較小，粘結(jié)后很容易取出；而采用豎爐反應(yīng)時(shí)，大量物料混合在一起，軟化后產(chǎn)品 粘結(jié)現(xiàn)象嚴(yán)重，很難從豎爐中取出，最后導(dǎo)致生產(chǎn)被迫停止。且常規(guī)的制備方法不使用任何催化劑，其生產(chǎn)周期長(zhǎng)，工作效率低、能耗高，且物 料處于軟化階段的時(shí)間長(zhǎng)，也加重了最終產(chǎn)品粘結(jié)程度。另外，常規(guī)的制備方法，為了保證最終產(chǎn)品的表觀密度，制備過(guò)程中使用粘結(jié)劑， 加重了最終產(chǎn)品粘結(jié)程度。由于上述缺陷的存在，雖然豎爐一直是業(yè)內(nèi)提倡的一種可提高氮化釩中氮含量的 一種有效的方法，但是其實(shí)際應(yīng)用中的缺陷一直困擾著生產(chǎn)企業(yè)，成為制約其發(fā)展的瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種可解決困擾豎爐生產(chǎn)的出料粘結(jié)問 題，具有生產(chǎn)周期短，能量和氣體利用效率高，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)方式靈活，產(chǎn)品品質(zhì)高，生 產(chǎn)成本低的一種氮化釩的生產(chǎn)方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種氮化釩的生產(chǎn)方法，其特征在于所述方法是 將粉狀的釩氧化物、碳粉和催化劑混合后壓制成原料球，在原料球表面包裹氮化釩超細(xì)粉， 再將其連續(xù)加入豎爐中，同時(shí)向豎爐內(nèi)通入氮?dú)庾鞣磻?yīng)氣，將物料加熱至1200-1600°c，物 料在該溫度區(qū)域發(fā)生還原和氮化反應(yīng)，持續(xù)時(shí)間小于40-60min，物料在保護(hù)氣氛下冷卻至 一定溫度，然后出爐后即獲得氮化釩產(chǎn)品。
所述氮化釩超細(xì)粉的粒徑為500目至800目。所述催化劑為Fe0、Fe203、Fe304、Mn02、錳鐵、硅鐵及硅錳鐵等原料中的一種或幾種。所述釩氧化物為釩酸銨、V2O5, VO2, V2O3及VO的一種或是他們的混合物。所述壓制成的原料球密度大于3000kg/m3。所述冷卻溫度為90_150°C。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)如下第一是將制備的原料球包裹成品超細(xì)氮化釩成品粉，使之在生產(chǎn)過(guò)程中形成高溫 保護(hù)膜，從而達(dá)到避免粘結(jié)的生產(chǎn)方法。用超細(xì)粉包裹原料球，由于超細(xì)粉具有一定的流動(dòng)性，在與原料球接觸的過(guò)程中 會(huì)在原料球表面形成一層均勻的包裹層，且由于純氮化釩VN熔點(diǎn)為2350°C，成品氮化釩的 熔點(diǎn)大于1650°C，在生產(chǎn)過(guò)程中，包裹層的超細(xì)氮化釩成品粉始終處于固態(tài)，從而可以起到 隔離作用，防止粘結(jié)，同時(shí)由于薄膜材質(zhì)為成品氮化釩，所以不會(huì)對(duì)產(chǎn)品的品質(zhì)造成影響。第二是在原料中加入催化劑，促使還原反應(yīng)迅速進(jìn)行，從而使物料在很短的時(shí)間 通過(guò)發(fā)生粘結(jié)的溫度。所用催化劑為FeO、Fe2O3^ Fe3O4, MnO2、錳鐵、硅鐵及硅錳鐵等原料中的一種或幾 種。且其加入量小于1 %，反應(yīng)結(jié)束后還原成金屬鐵、錳和硅，對(duì)氮化釩成品質(zhì)量的影響小于 0.5%，同時(shí)這些材料在后序煉鋼過(guò)程中又為母體(Fe)或合金元素(Mn和Si)，不會(huì)對(duì)煉鋼 的使用過(guò)程產(chǎn)生影響。由于產(chǎn)生粘結(jié)是在還原過(guò)程中產(chǎn)生，所以縮短還原時(shí)間也可以減輕粘結(jié)現(xiàn)象，加 入催化劑可以使還原反應(yīng)時(shí)間大為降低，使物料在小于Ih的時(shí)間內(nèi)通過(guò)還原反應(yīng)區(qū)，從而 起到防止粘結(jié)的作用。另外，由于加入催化劑縮短還原反應(yīng)時(shí)間，可以使能量消耗相對(duì)減少，節(jié)約能源。 (還原反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，需消耗能量，氮化反應(yīng)為放熱反應(yīng)，不消耗能量)下述(1)_(3)為還 原反應(yīng)熱力學(xué)方程式，(4)為氮化反應(yīng)熱力學(xué)方程式。V203+5C = 2VC+3C0(1)AG130 = -655500-304. 14T2V203+VC = 5V0+C0(2)AG150 = 270000-170. 21TVO+VC = V2C+C0(3)AG160 = 323800-187. 85TVC+1/2N = VN+C(4)Δ G180 = -112540+72. 85T第三是在原料制球的工序加大原料球的密度，使其在生產(chǎn)過(guò)程中降低體積收縮， 同時(shí)去除粘結(jié)劑，起到防粘結(jié)的作用。不加粘結(jié)劑可以降低原料球在生產(chǎn)過(guò)程中的粘結(jié)；加大原料球的密度，可以使氮 化釩生產(chǎn)過(guò)程中減小成品體積收縮，降低對(duì)第一部分所作的隔離薄膜的破壞，使粘結(jié)問題
進(jìn)一步解決。同時(shí)，由于不加粘結(jié)劑，可進(jìn)一步降低原料中的水含量，有利于降低能耗。本發(fā)明是通過(guò)上述三方面共同作用解決了豎爐生產(chǎn)的粘結(jié)問題，由于原料球在下降的過(guò)程中消除了粘結(jié)問題，從而使氮?dú)饬髟谙蛏线\(yùn)行的過(guò)程中具有了更合理的分布，使 得反應(yīng)產(chǎn)生的CO及CO2氣體更及時(shí)地被稀釋排出，促使還原反應(yīng)進(jìn)行的更快和更合理；同 時(shí)氮化更均勻，生產(chǎn)出的氮化釩品質(zhì)更高。綜上所述，本發(fā)明可解決困擾豎爐生產(chǎn)的出料粘結(jié)問題，具有生產(chǎn)周期短，能量和 氣體利用效率高，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)方式靈活，產(chǎn)品品質(zhì)高，生產(chǎn)成本低的優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1將560kg含釩56 %的釩氧化物和168kg碳粉及0. 8kg的FeO混合，壓制成原料球， 再將其表面包裹600目的氮化釩超細(xì)粉，將原料加入豎爐中，物料在1500°C區(qū)域通過(guò)，用時(shí) 45min，然后冷卻至 150°C時(shí)出爐，得到含 78. 6% V、17. 46% Ν、2· 33% C、0. 015% S、0. 007% P的398kg的氮化釩，表觀密度3560kg/m3。實(shí)施例2將735kg含釩64. 1 %釩氧化物和198kg碳粉及0. 9kg的Fe2O3混合，壓制成型， 再將其表面包裹700目的氮化釩超細(xì)粉，將原料加入豎爐中，物料在1490°C區(qū)域通過(guò)用時(shí) 55min，然后冷卻至 100°C時(shí)出爐，得到含 78. 3% V、16. 95% Ν、3· 45% C、0. 017% S、0. 008% P的601kg的氮化釩，表觀密度3680kg/m3。實(shí)施例3將850kg含釩56%釩氧化物和255kg碳粉及1. Ikg Fe3O4混合，壓制成型，再將其 表面包裹800目的氮化釩超細(xì)粉，將原料加入豎爐中，物料在1520°C區(qū)域通過(guò)用時(shí)40min， 然后冷卻至 90°C 時(shí)出爐，得到含 78. 8% V、17. 85% NU. 98% C、0. 009% S,0. 017% P 的 604kg的氮化釩，表觀密度3390kg/m3。上述實(shí)施例中的氮化釩超細(xì)粉為，國(guó)標(biāo)規(guī)定VN12或VN16的氮化釩成品，通過(guò)球磨 機(jī)、雷蒙磨、氣流磨等設(shè)備進(jìn)行磨碎。制球過(guò)程選用液壓制球機(jī)，制球壓力大于250噸。壓制成的原料球密度大于 3000kg/m3。上述原料須經(jīng)過(guò)磨制成200目以下使用。上述豎爐為實(shí)施電阻加熱爐、中頻加熱爐，由碳質(zhì)材料為內(nèi)襯。所述豎爐內(nèi)襯碳質(zhì)材料為石墨。且本發(fā)明具有如下明顯優(yōu)點(diǎn)1.物料連續(xù)由上部加入爐中，由下部出料器定時(shí)出料，爐子在常壓工作，沒有物料 粘結(jié)問題。2.工藝合理，設(shè)備緊湊，合理利用氮?dú)夂蜔崃?，能耗低產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。利用本發(fā)明的技術(shù)方案制備的氮化釩產(chǎn)品含77-81% V，14-18% N，表觀密度大于 3000Kg/m3。
權(quán)利要求
一種氮化釩的生產(chǎn)方法，其特征在于所述方法是將粉狀的釩氧化物、碳粉和催化劑混合后壓制成原料球，在原料球表面包裹氮化釩超細(xì)粉，再將其連續(xù)加入豎爐中，同時(shí)向豎爐內(nèi)通入氮?dú)庾鞣磻?yīng)氣，將物料加熱至1200 1600℃，物料在該溫度區(qū)域發(fā)生還原和氮化反應(yīng)，持續(xù)時(shí)間小于40 60min，物料在保護(hù)氣氛下冷卻至一定溫度，然后出爐后即獲得氮化釩產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化釩的生產(chǎn)方法，其特征在于所述氮化釩超細(xì)粉的 粒徑為500目至800目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化釩的生產(chǎn)方法，其特征在于所述催化劑為FeO、 Fe203、Fe3O4, MnO2、錳鐵、硅鐵及硅錳鐵等原料中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化釩的生產(chǎn)方法，其特征在于所述釩氧化物為釩酸 銨、V205、VO2、V2O3及VO的一種或是他們的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化釩的生產(chǎn)方法，其特征在于所述壓制成的原料球 密度大于3000kg/m3。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化釩的生產(chǎn)方法，其特征在于所述冷卻溫度為 90-150°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氮化釩的生產(chǎn)方法，其特征在于所述方法是將粉狀的釩氧化物、碳粉和催化劑混合后壓制成原料球，在原料球表面包裹氮化釩超細(xì)粉，再將其連續(xù)加入豎爐中，同時(shí)向豎爐內(nèi)通入氮?dú)庾鞣磻?yīng)氣，將物料加熱至1200-1600℃，物料在該溫度區(qū)域發(fā)生還原和氮化反應(yīng)，持續(xù)時(shí)間小于40-60min，物料在保護(hù)氣氛下冷卻至一定溫度，然后出爐后即獲得氮化釩產(chǎn)品。本發(fā)明可解決困擾豎爐生產(chǎn)的出料粘結(jié)問題，具有生產(chǎn)周期短，能量和氣體利用效率高，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)方式靈活，產(chǎn)品品質(zhì)高，生產(chǎn)成本低的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C01B21/06GK101948977SQ20101050242
公開日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者劉林清, 劉瑋, 李正邦, 梁林寶 申請(qǐng)人:江陰市長(zhǎng)興釩氮新材料有限公司