CN102115046A

CN102115046A - 一种保障竖炉装置能够连续生产氮化钒的方法

Info

Publication number: CN102115046A
Application number: CN 201110028330
Authority: CN
Inventors: 陈东辉; 李九江; 栗金刚; 朱立杰; 解万里; 王会娟
Original assignee: Hebei Iron and Steel Group Co Ltd Chengde Branch
Current assignee: Hebei Iron and Steel Co Ltd; Hebei Iron and Steel Group Co Ltd Chengde Branch
Priority date: 2011-01-26
Filing date: 2011-01-26
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2031-01-26
Also published as: CN102115046B

Abstract

本发明涉及一种保障竖炉装置能够连续生产氮化钒的方法，属于氮化钒合金生产技术领域。技术方案是在氮化钒生产过程中，氮化钒生料球入炉前将生料球与耐高温添加材料混匀，所说的耐高温添加材料是石墨块、焦炭块之一或两者混合物，混匀后从炉体顶部连续加入到竖炉装置中进行加热反应，生料球与耐高温添加材料自上而下运行，氮气自下而上运行，废气从炉顶排出，从底部连续出料，分拣出氮化钒成品与耐高温添加材料。本发明氮化钒成品进行包装，耐高温添加材料（石墨块、焦炭块）循环使用。本发明解决了氮化钒生产过程中的烧结粘接问题，可保证生产过程中的连续顺畅出料，提高氮化钒含氮量、生产成本低、经济效益和环境效益好等优点。

Description

一种保障竖炉装置能够连续生产氮化钒的方法

技术领域

本发明涉及一种保障竖炉装置能够连续生产氮化钒的方法，属于氮化钒合金生产技术领域。

背景技术

氮是含钒微合金钢中一种十分有益的合金元素。钢中增氮可以强化钒的析出，改变钒的相间分布，提高钢的持久强度，改善钢的韧性和塑性，同时还提高抗热强度和抗短时蠕变能力。在钒钢中每增加10 ppm的氮，钢的强度就可提高6 MPat。研究表明，在钢中添加氮化钒比添加钒铁节约20％-40％的钒，降低炼钢成本30-50元／t。这不但可以节约昂贵稀有的金属钒，还可以利用廉价的氮资源。目前，向钢中渗氮的方法主要有添加富氮锰铁、氰氨化钙、氮化钒铁和吹氮等，这些方法分别存在着昂贵、收率低且不稳定、要先生产钒铁，再固态渗氮，生产成本高、吹氮时需要特殊装置等不足。而利用氮化钒向钢中渗氮，不仅解决了上述问题，还能同时向钢中添加钒，大幅度提高了钢的各种性能。氮化钒的制备方法氮化钒是以钒的氧化物V2O5、V2O3以及钒的化合物钒酸氨(NH4VO3)、多钒酸铵等为原料，以碳质、氢气、氨气、CO等为还原剂，在高温真空或非真空下进行还原，通入氮气或氨气进行氮化而制备的。

连续生产氮化钒设备是目前公知公用的竖炉装置（竖式反应器），在氮化钒的生产过程中，容易出现也难于解决的一个问题是氮化钒球团之间烧结问题(特别是在竖窑氮化装置中)。在氮化钒的生产过程中烧结主要是由于以下几个原因：（1）氮化钒产品生产过程中的烧结。氮化钒生产是在＞1200℃的温度下进行的，在高温条件下，加上球团自重、收缩及外围物料压力的作用，会使球团不可避免的产生烧结粘连；（2）K、Na低熔点化合物的析出,由于生产氮化钒的原料三氧化二钒等钒的化合物中不可避免的存在K、Na低熔点化合物，在氮化钒的制备过程中的高温阶段这些低熔点化合物在球团表面聚集，这些低熔点化合物主要在物球团的接触面上造成球团粘结；（3）还原反应过程中的物质扩散。氮化钒的生产过程主要是碳热还原过程和渗氮过程，在碳热还原过程中，由于球团之间会产生反应渗透扩散，从而使两个相互接触的球团形成反应粘结。氮化钒竖式反应器生产氮化钒，存在以下不足：1.温度低于1250℃时，物料球虽然粘结不严重，但还原氮化反应不均衡、不完全。2.温度高于1250℃时，物料球则烧结-收缩-粘接成一个整体料柱。3.当反应器直径较大时，炉内反应温度不均匀，中心部位温度较低，反应不完全，存在夹生与成份不匀现象。4.在生产过程中，物料因反应相互粘接而向反应器轴心收缩，造成竖式反应器内部靠近炉壁部分产生空隙，造成氮气短路、跑偏，不能满足产品的深度氮化要求，并且造成氮气浪费。5.物料球是从氮化装置顶部加料，工业装置为了保证还原与氮化反应时间及效果，常需要保持数米高的球团料柱；导致竖炉生产由于料柱重（压）力和加料过程的冲击力，造成 “氮化钒”烧结粘接严重，无法实现正常出料，只能间歇式生产。

发明内容

本发明目的是提供一种保障竖炉装置能够连续生产氮化钒的方法，不仅能防止反应物料整体烧结粘接，保证竖炉生产顺行，而且不改变原有工艺和设备就能实施，从根本解决了氮化钒生产过程中反应物料烧结粘问题。

本发明的技术方案是：

一种保障竖炉装置能够连续生产氮化钒的方法，在氮化钒生产过程中，氮化钒生料球入炉前将生料球与耐高温添加材料混匀，所说的耐高温添加材料是石墨块、焦炭块之一或两者混合物，混匀后从炉体顶部连续加入到竖炉装置中进行加热反应，生料球与耐高温添加材料自上而下运行，氮气自下而上运行，废气从炉顶排出，从底部连续出料，分拣出氮化钒成品与耐高温添加材料。

分拣出的耐高温添加材料循环使用。耐高温添加材料是石墨块、焦炭块两者混合物，混合的比例是任意的。

氮化钒生料球与耐高温添加材料之间的体积比为4:1-1:4，较佳比例约为2:1。

耐高温添加材料的粒度在10mm-300mm之间，较佳粒度在50mm-100mm之间。

氮化钒生料球与耐高温添加材料混匀后加入到竖炉装置中进行加热、还原、氮化反应，温度为1350-1500℃，反应时间为2-25小时，氮气压力为1 atm+200Pa～latm+800Pa。

本发明的积极效果：

在竖炉生产过程中氮化钒反应物料的烧结粘接主要产生在物料接触部位，为防止其烧结粘接，最有效的方法是采取隔离措施，阻止或动态断开氮化钒反应物料球之间的相互接触。本发明在耐高温添加材料与生球团混合均匀后，耐高温添加材料相互接触后，形成一些（动态）独立的“小房间”，氮化钒生球团被分割在这些“小房间”内，由于耐高温添加材料在烧制过程中不被烧结、氮化，因此即使形成局部氮化钒球团粘结，其大小仍会被控制在“小房间”范围内，足以保证顺利出料的要求，因此彻底防止了氮化钒产品烧制过程中球团的大区域接触，从根本上解决氮化钒生产过程中的烧结粘接，可保证生产过程中的连续顺畅出料。此外，由于本发明反应物不会粘结成砣，料柱内有足够的空间保证氮气流通顺畅，而且可增大氮气与球团的接触面积，增加反应过程中的渗氮量，提高氮化钒含氮量。在感应炉内石墨块和焦炭(良好的感应自热及导热性)可充当感应自热与传热材料，确保炉内温度均匀，反应充分，确保连续生产。并且石墨块和焦炭不是一个简单的高温惰性材料，本身还可作为还原剂，与炉内残余氧气反应，生产还原性气体CO，有利于提高氮化钒的还原氮化效果。

附图说明：

附图1是本发明流程图。

具体实施方式

以下结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。

附图中的标记1：在氮化钒生料球入炉前将生料球与耐高温添加材料按一定比例混合混匀，其中耐高温添加材料为不引入杂质的耐高温材料，包括石墨块、焦炭块及其混合物等。添加材料（石墨块、焦炭块及其混合物）的粒度在10mm-300mm，较佳粒度在50mm-100mm，生料球与耐高温添加材料（石墨块、焦炭块及其混合物）添加体积为4:1-1:4，较佳比例约为2:1。

附图中的标记2：将生料球与耐高温添加材料混合均匀后，从炉体顶部连续加入到竖式电炉中。

附图中的标记3.对生料球与耐高温添加材料混合物进行加热，还原、氮化反应，温度为1350-1500℃，生料球与耐高温添加材料混合料自上而下运行，氮气自下而上运行，氮气压力为1 atm+200Pa～latm+800Pa,反应时间为2-25小时。

附图中的标记4.废气从竖炉炉顶排出，从竖炉底部连续出料。

附图中的标记5.人工进行分拣出氮化钒成品与耐高温添加材料，将分拣出的氮化钒成品进行检验、包装，耐高温添加材料（石墨块、焦炭块及其混合物）循环使用。

更具体的实施例：

实施例1：

将氮化钒生料球连续加入到竖式反应炉中，升温至1350℃进行反应，物料在炉内的停留时间为4小时，产品之间粘接成一个整体料柱，出料时需要人工杵凿，方可出料，所得产品含V77.86% 、N 6.95% 、C3.41%、P0.03%、S0.04%。

实施例2：

将氮化钒生料球与粒度约为100mm的石墨块按2：1混合均匀后，连续加入到竖式反应炉中，升温至1350℃，物料在炉内的停留时间为4小时，连续出料，经人工分拣得到合格产品。产品之间以及产品与石墨块之间无粘接，所得产品含V77.53% 、N 13.05% 、C5.35%、P0.03%、S0.06%。

实施例3：

将氮化钒生料球与粒度约为100mm的石墨块按2：1混合均匀后，连续加入到竖式反应炉中，升温至1400℃，物料在炉内的停留时间为4小时，连续出料，经人工分拣得到合格产品。产品之间以及产品与石墨块之间无粘接，所得产品含V77.67% 、N 14.33%、 C3.25%、P0.04%、S0.07%。

实施例4：

将氮化钒生料球与粒度约为100mm的石墨块按1：1混合均匀后，连续加入到竖式反应炉中，升温至1350℃，物料在炉内的停留时间为4小时，连续出料，经人工分拣得到合格产品。产品之间以及产品与石墨块之间无粘接，所得产品含V77.35% 、N 12.65%、C4.85%、P0.05%、S0.08%。

实施例5：

将氮化钒生料球与粒度约为50mm的焦炭块按2：1混合均匀后，连续加入到竖式反应炉中，升温至1350℃，物料在炉内的停留时间为4小时，连续出料，经人工分拣得到合格产品。产品之间以及产品与石墨块之间无粘接，所得产品含V77.19%、N11.65%、C6.51% 、P0.04%、S0.05%。

Claims

1.一种保障竖炉装置能够连续生产氮化钒的方法，其特征在于在氮化钒生产过程中，氮化钒生料球入炉前将生料球与耐高温添加材料混匀，所说的耐高温添加材料是石墨块、焦炭块之一或两者混合物，混匀后从炉体顶部连续加入到竖炉装置中进行加热反应，生料球与耐高温添加材料自上而下运行，氮气自下而上运行，废气从炉顶排出，从底部连续出料，分拣出氮化钒成品与耐高温添加材料。

2.根据权利要求1所述之保障竖炉装置能够连续生产氮化钒的方法，其特征在于所说的分拣出的耐高温添加材料循环使用。

3.根据权利要求2所述之保障竖炉装置能够连续生产氮化钒的方法，其特征在于氮化钒生料球与耐高温添加材料之间的体积比为4:1-1:4。

4.根据权利要求3所述之保障竖炉装置能够连续生产氮化钒的方法，其特征在于氮化钒生料球与耐高温添加材料之间的体积比较佳比例约为2:1。

5.根据权利要求1或2所述之保障竖炉装置能够连续生产氮化钒的方法，其特征在于所说的耐高温添加材料的粒度在10mm-300mm之间。

6.根据权利要求5所述之保障竖炉装置能够连续生产氮化钒的方法，其特征在于耐高温添加材料的较佳粒度在50mm-100mm之间。

7.根据权利要求1或2所述之保障竖炉装置能够连续生产氮化钒的方法，其特征在于氮化钒生料球与耐高温添加材料混匀后加入到竖炉装置中进行加热、还原、氮化反应，温度为1350-1500℃，反应时间为2-25小时，氮气压力为1 atm+200Pa～latm+800Pa。