CN102372304B - 高密度粉状氧化钒的物理制备方法 - Google Patents

Abstract

一种高密度粉状氧化钒的物理制备方法，制备出的高密度(堆比重)氧化钒，作为添加剂或主要原料进行含钒合金冶炼和制备金属钒。将常规的粉状氧化钒在-20～120℃温度下,混合加入重量比千分之一的粉剂非离子表面活性剂，以提高造粒的密度和稳定性，增强排气效果；然后直接通过机械加压，经干法轧片、造粒，制造出粒度0.3--10mm的氧化钒颗粒；在轧片、造粒过程中，对粉状氧化钒的机械施压强度为10～125N/cm²,氧化钒造粒加工后的(堆比重)密度，从常规的0.6～1.2g/cm³提高到1.4～2.1g/cm³。高密度氧化钒以较好的抗击气流作用和较好的炉料接触反应性能，从而减少氧化钒的气化、飞扬损失，提高冶炼效率，在制备氮化钒的生产中，使用高密度氧化钒可明显提高氮化钒产品密度及反应效率；其密度远高于化学方法生产氧化钒产品的密度。

Description

高密度粉状氧化钒的物理制备方法

技术领域：

本发明涉及一种高密度粉状氧化钒的物理制备方法，制备出的高密度(堆比重)氧化钒，作为添加剂或主要原料进行含钒合金冶炼和制备金属钒，本发明属于钢铁冶金和有色金属冶炼技术领域。

背景技术：

钒有许多宝贵的物理性质和化学性质，广泛的应用于冶金工业、化学工业和原子能及航空航天工业。冶金工业是钒的主要消费部门，钢铁冶炼消耗的钒量占总钒量的93%，其中合金钢耗量占16%，工具钢占26%，碳素钢占6%，高强度低合金钢占45%。目前，生产的合金钢种中有65%以上的钢种含钒。钒之所以这样广泛地用于钢中，是由于钒能与钢中的碳生成稳定的碳化物（V₄C₃），它可以细化钢的组织和晶粒，提高晶粒粗化温度。因此，钢中加入少量钒（如0.15～0.2%）就可以显著地改善钢的性能。可达到提高钢的强度、韧性、抗腐蚀能力、耐磨能力和受冲击负荷能力等。如高速切削钢中加入1～2%的钒，切削工具的切削效率可提高100%。钒的结构钢广泛用在汽车、航空、铁路、石油管路等制造工业。

钒是以钒铁合金的形式加入钢中的，三氧化二钒是钒系列产品中冶炼含钒合金和制备金属钒的必备中间产品。氧化钒粉剂是由多钒酸铵或偏钒酸铵经过干燥、脱氨和还原等工序生产出来的粉状物质，是冶炼钒铁合金、钒铝合金、氮化钒、碳化钒和制备氧化钒所需的主要原料。

冶炼低钒铁时，一般使用五氧化二钒，其熔点仅为650--690℃，因此，可以通过溶化、铸片的方式将(细)粉状五氧化二钒转化成粒度适宜的熔片，供冶炼使用,以增大物料比重,消除粉料钒的飞扬损失；而电铝热法冶炼高钒铁或制作氮化钒所用的三氧化二钒(目的是降低冶炼的金属铝耗)原料，其熔点高达1970--2070℃，已不适合再采用溶化的方法将其粉料制成适宜的粒度,在这种特殊情况下采用干法加压造粒已是粉剂三氧化二钒消除细粉料并形成较大比重的颗粒形物料的唯一经济有效的方法。

用铝热法和电铝热法冶炼钒铁合金和钒铝合金时，先将氧化钒和铝（粒）粉的混合物布在炉内，点火后，从冶炼炉上方分批加入由氧化钒、铝粒和铁屑等组成的炉料，冶炼过程中，反应温度可达到2000～3000℃左右，并形成大量的上升炉气，此时，如果仍采用低密度的粉状氧化钒作原料将会不可避免的导致严重的气、料飞扬，溢出炉气的夹带将造成昂贵氧化钒的冶炼损失。

使用回转窑、流化床等设备生产碳化钒和氮化钒时，低密度的粉剂氧化钒极易损失并影响最终产品密度。

制备金属钒的方法较多，反应温度也不尽相同，范围在700～1750℃之间，但是，都需要向密闭容器中通入惰性气体。因而，氧化钒的损失仍不可避免。

为了提高粉剂氧化钒产品密度(堆比重)、减少氧化钒在冶炼中的气化和飞扬损失，攀枝花钢铁公司研究院申请的专利ZL 200410040012.3，研发了从水溶液中大颗粒结晶沉钒工艺，在沉淀多钒酸铵和偏钒酸铵时，使用化学手段增大晶粒，制备成氧化钒后，其密度(堆比重)可由常规的0.6～0.8 g/cm³提高到1.0～1.2 g/cm³左右，但是，制备成的氧化钒密度（堆比重）不够高，不能从根本上解决问题，在冶炼过程中产生的飞扬、气化等损失现象还比较严重。

发明内容：

本发明目的是提供一种高密度粉状氧化钒的物理制备方法，将常规的粉状氧化钒，直接通过机械加压，用物理的方法将氧化钒密度（堆比重）提高到1.4～2.1g/cm³，解决背景技术中存在的上述问题。

本发明的技术方案是：

一种高密度粉状氧化钒的物理制备方法，

将常规的粉状氧化钒，在-20～120℃温度条件下, 混合加入重量比千分之一的粉剂非离子表面活性剂，用以提高造粒的密度和稳定性，增强排气效果；然后直接通过机械加压，经干法轧片、造粒，制造出粒度0.3--10mm的氧化钒颗粒；在轧片、造粒过程中，对粉状氧化钒的机械施压强度为10～125N/ cm², 氧化钒造粒加工后的(堆比重)密度，从常规的0.6～1.2g/cm³提高到1.4～2.1g/cm³。

所说的粉剂非离子表面活性剂为壬基酚系PO-10。

本发明所说的干法轧片、造粒，采用的机械设备为干法辊压造粒机组完成，由喂料机、轧片机、碎整粒机、振动筛组成，为公知公用的设备，轧片机、碎整粒机结构和功能作用如下：

轧片机：也称为双轧辊轧片机，主要由传动部、不锈钢或合金工具钢轧辊、液压缸和泵站构成，其中轧辊是造粒的主要部件。轧辊成对安装在机器中，轧辊间留有一定间隙，两轧辊以相同的转速做反向旋转。其中一个轧辊轴座固定，另一个轧辊轴座滑动，从而籍助液压缸施压彼此紧靠。两轧辊呈水平布置，轧辊表面规则地排列许多形状、大小相同的弧槽，一轧辊弧槽的波谷正好对准另一轧辊的弧槽波谷。粉粒状物料从两轧辊上方连续、均匀地强制喂入两轧辊之间，逐渐被轧辊咬入，随着轧辊连续旋转，物料占有的空间逐渐减少而被压缩。达到成型压力的最大值后，压力逐渐降低，所压的颗粒因弹性回复而脱落，

碎整粒机：由切碎、整粒两部分构成，动力分开，切碎机置于整粒机上方并安装在同一机架上。切碎机主要由箱体、多齿旋转刀片与梳齿板构成破碎室，由电机带动主轴作高速旋转，将大颗粒氧化钒破碎。整粒机主要由箱体、回转筒体、碎研刀具以及筛网构成，并由转动装置拖动主轴作筛网整粒。

采用由喂料机、喂料机双轧辊轧片机、碎整粒机、振动筛组成的干法辊压造粒机组，用物理方法生产高密度氧化钒颗粒，具体的工艺步骤如下：

首先原始粉状氧化钒物料由喂料机料斗经加料器定量、均匀地加入轧片机主料斗内，使轧片机主料斗内保持较恒定的料位；然后由主料斗内置的纵向锥螺旋将氧化钒进行预压缩并输送至两只轧辊的弧形槽口；两只轧辊表面均匀分布形状相同的弧槽或波浪槽，通过液压、啮合传动，使两只轧辊形成并保持等速、反向旋转，将输送至槽口的物料带入槽内并强制压缩、成形，成型后的氧化钒料片转出受压区后在其弹力及重力作用下，从槽内脱落，落入下方的碎整粒机被多齿旋转刀片与梳齿板破碎成粒粉；整粒后的氧化钒粒粉落入下方的振动筛内，筛选分级，由筛网规格的选择控制氧化钒造粒成品的粒度，筛上的颗粒就是成品高密度氧化钒，而筛下粉末用输送设备送回料仓，再次造粒。

喂料机由带有机械振动装置的预加料器和强制喂料螺旋加料斗组合在一起，造粒过程中产生的气体从强制喂料螺旋的中空轴排放出去，以保证脱气和喂料的连续性、充分性与均匀性。

全套设备可以实现较高的自动化性能，并一次性完成干法造粒的全部过程。

经测定：(原料)粉状的氧化钒密度(堆比重)为0.6～1.2g/cm³，经干法加压造粒后，氧化钒密度可达到1. 4～2.1g/cm³。由此可见，将粉状氧化钒制作成粒、片状颗粒，就可以较大的提氧化钒的密度。

本发明的有益效果：在采用高密度氧化钒冶炼钒合金和制备金属钒时，全部工艺过程和冶炼操作过程与使用粉状氧化钒冶炼完全相同。但是，在冶炼过程中，高密度氧化钒以较好的抗击气流作用和较好的炉料接触反应性能，从而减少氧化钒的气化、飞扬损失，提高冶炼效率，经实际检验，使用粉剂三氧化二钒时，钒合金产品收率为89--92%；造粒后，钒合金产品收率提高到93--96%。在制备氮化钒的生产中，使用高密度氧化钒可以明显提高氮化钒产品密度及反应效率；本发明生氧化钒产品的密度达到1. 4～2.1g/cm³，远远高于化学方法生产氧化钒产品的密度。

附图说明：

图1是本发明实施例工艺示意图；

图中：喂料机1、轧片机2、碎整粒机3、振动筛4。

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。

在实施例中，喂料机1采用2800×2600×1500型喂料机；轧片机2采用LMB450型轧片机；碎整粒机3采用LMB450B型碎整粒机；振动筛4采用SFJ1250×2000型振动筛。

实施例一：将密度(堆比重)为0.62g/cm³   的粉状五氧化二钒连续加入喂料系统（该系统由带有机械振动装置的预加料器和强制喂料螺旋加料斗组合在一起，以保证脱气和喂料的连续性、充分性与均匀性），再由喂料系统将氧化钒强制送入轧片机与碎整粒系统，在施压强度为70～100N/cm²的条件下完成造粒过程，得到的产品粒度为0.3～10mm、密度(堆比重)为1.45g/cm³。

实施例二：将密度(堆比重)为0.69g/cm³   的粉状四氧化二钒连续加入喂料系统（该系统由带有机械振动装置的预加料器和强制喂料螺旋加料斗组合在一起，以保证脱气和喂料的连续性、充分性与均匀性），再由喂料系统将氧化钒强制送入轧片机与碎整粒系统，在施压强度为70～110N/cm²的条件下完成造粒过程，得到的产品粒度为0.3～10mm、密度(堆比重)为1.74g/cm³。

实施例三：将密度(堆比重)为0.77g/cm³   的粉状三氧化二钒连续加入喂料系统（该系统由带有机械振动装置的预加料器和强制喂料螺旋加料斗组合在一起，以保证脱气和喂料的连续性、充分性与均匀性），再由喂料系统将氧化钒强制送入轧片机与碎整粒系统，在施压强度为70～110N/cm²的条件下完成造粒过程，得到的产品粒度为0.3～10mm、密度(堆比重)为1.94g/cm³。

实施例四：将密度(堆比重)为0.72g/cm³   的粉状氧化钒混合物（含三氧化二钒77%、四氧化二钒19%、五氧化二钒4%）连续加入喂料系统（该系统由带有机械振动装置的预加料器和强制喂料螺旋加料斗组合在一起，以保证脱气和喂料的连续性、充分性与均匀性），再由喂料系统将氧化钒强制送入轧片机与碎整粒系统，在施压强度为70～110N/cm²的条件下完成造粒过程，得到的产品粒度为0.3～10mm、密度(堆比重)为1.89g/cm³。 

Claims (4)

1.一种高密度粉状氧化钒的物理制备方法，其特征在于，将常规的粉状氧化钒，在-20～120℃温度条件下, 混合加入重量比千分之一的粉剂非离子表面活性剂，用以提高造粒的密度和稳定性，增强排气效果；然后直接通过机械加压，经干法轧片、造粒，制造出粒度0.3--10mm的氧化钒颗粒；在轧片、造粒过程中，对粉状氧化钒的机械施压强度为10～125N/ cm², 氧化钒造粒加工后的堆比重密度，从常规的0.6～1.2g/cm³提高到1.4～2.1g/cm³。

2.根据权利要求1所述之高密度粉状氧化钒的物理制备方法，其特征在于，所说的粉剂非离子表面活性剂为壬基酚系PO-10。

3.根据权利要求1或2所述之高密度粉状氧化钒的物理制备方法，其特征在于，干法轧片、造粒，采用的机械设备为干法辊压造粒机组完成，由喂料机、轧片机、碎整粒机、振动筛组成。

4.根据权利要求3所述之高密度粉状氧化钒的物理制备方法，其特征在于，具体工艺步骤为：

首先原始粉状氧化钒物料由喂料机料斗经加料器定量、均匀地加入轧片机主料斗内，使轧片机主料斗内保持较恒定的料位；然后由主料斗内置的纵向锥螺旋将氧化钒进行预压缩并输送至两只轧辊的弧形槽口；两只轧辊表面均匀分布形状相同的弧槽或波浪槽，通过液压、啮合传动，使两只轧辊形成并保持等速、反向旋转，将输送至槽口的物料带入槽内并强制压缩、成形，成型后的氧化钒料片转出受压区后在其弹力及重力作用下，从槽内脱落，落入下方的碎整粒机被多齿旋转刀片与梳齿板破碎成粒粉；整粒后的氧化钒粒粉落入下方的振动筛内，筛选分级，由筛网规格的选择控制氧化钒造粒成品的粒度，筛上的颗粒就是成品高密度氧化钒，而筛下粉末用输送设备送回料仓，再次造粒。

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