CN104789843B - 推板窑法制备钒氮合金的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种推板窑法制备钒氮合金的方法，采用双推板窑设备，所述双推板窑的炉膛结构包括窑腔、盖板、侧墙及轨道，所述窑腔纵向依次设置有低温段、过渡段、高温段和冷却段，所述低温段有5个温区，所述过渡段有4个温区，所述高温段设7个温区；所述冷却段分为自然冷却区和强制冷却区，在温区的侧墙砖相应位置上有加热元件插孔，使加热元件与窑腔隔离；使用该双推板窑制备钒氮合金的方法：将原料混合均匀后制成球状物，将球状物送入双推板窑内，通入氮气，使窑内始终保持微正压，球状物在窑内进行碳化和氮化反应，在氮气气氛下冷却得到钒氮合金产品，逐渐冷却出炉。可降低设备投入，并简化操作流程，可连续生产，生产效率可显著提高。

Description

推板窑法制备钒氮合金的方法
技术领域
本发明属于金属冶炼技术领域，具体涉及一种推板窑法制备钒氮合金的方法。
背景技术
钒氮合金是一种新型合金添加剂，可以替代钒铁用于微合金化钢的生产。氮化钒添加于钢中能提高钢的强度、韧性、延展性及抗热疲劳性等综合机械性能，并使钢具有良好的可焊性。在达到相同强度下，添加氮化钒节约钒加入量30-40%，进而降低了成本。目前，能够实现氮化钒商业化生产的公司有两家，一家为美国战略矿物公司在南非的VAMETCO公司，其生产方法也只是其专利方法— 高温真空非连续生产，该方法生产设备昂贵，工艺复杂难于控制，并且美国一直对该技术采取封锁政策；另一家为攀钢研究院，其生产方法为是由五氧化二钒、碳粉、活性剂等原材料制成的坯件，在常压、氮气氛保护下，经1500～1800℃高温状态下，反应生成钒氮合金。其关键工艺设备为连续式气氛推板高温炉，采用硅钼棒等电热元件获取热源。其他生产方法都处于试验阶段，无法达到大规模工业化生产。
发明内容
为解决现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种推板窑法制备钒氮合金的方法，该方法可连续生产，生产效率显著提高，能源利用率高、自动化程度高、合成速度快、耗电量小、实现低排放。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案：该推板窑法制备钒氮合金的方法，其特征在于：采用双推板窑设备，所述双推板窑的炉膛结构包括窑腔、盖板、侧墙及轨道，所述窑腔纵向依次设置有低温段、过渡段、高温段和冷却段，所述低温段有5个温区，内腔侧墙、盖板及轨道均为石墨材质；所述过渡段有4个温区，其中，第三个温区内腔侧墙和轨道采用高纯镁砖、盖板采用石墨材质，第四个温区内腔侧墙、盖板及轨道均为石墨材质；所述高温段设7个温区；所述冷却段分为自然冷却区和强制冷却区，高温段和自然冷却区的内腔侧墙、盖板及轨道均为石墨材质，在低温段的5个温区和过渡段的最后一温区以及高温段的7个温区的侧墙砖相应位置上有加热元件插孔，使加热元件与窑腔隔离；过渡段的前三个温区的每块侧墙砖之间插入两层石墨板，用插板来使加热元件与窑腔隔离；窑腔分为3个独立通道，中间通道为炉料主通道，两边为加热元件隔离腔通道，加热元件与炉膛气氛完全隔离；使用该双推板窑制备钒氮合金的方法：
以国标V2O5及V2O3粉状钒为原材料，将五氧化二钒磨细后，加入铁粉、碳粉、粘结剂混合均匀后制成球状物，将球状物送入双推板窑内，双推板窑内通入氮气，并使窑内始终保持微正压，球状物在窑内进行碳化和氮化反应，氮化反应的温度为1350-1500℃，反应时间2～3.5小时，碳化反应的温度为1000 -1150℃，反应时间0.5～1.5小时，而后在氮气气氛下冷却得到 V：76～81％、N：10～21％、C：1～9％、Fe：1～2％，表观密度不小于 3.5g/cm3的钒氮合金产品，随之逐渐冷却至100℃以下出炉。
采用上述技术方案的有益效果：该推板窑法制备钒氮合金的方法是将推板窑的自动化生产能力与钒氮合金的反应参数、生产工艺相结合，该方法更有利于原材料的充分反应，使合成反应能在更短的时间、更低得温度下进行。物料球团形式反应，使产品更加纯净，制备的反应球团的密度大，增大了同体积时窑炉的装料量。推板窑温区设定：因为推板窑的恒温特性，原有的钒氮合金生产工艺参数已经不能使用，该推板窑新的温区的布置，充分保证了最佳的反应参数。采用上述技术方案后，由于不使用真空设备，可降低设备投入，并简化操作流程，可连续生产，生产效率可显著提高。该钒氮合金产品中含氮量超过16％，非常适用于钢铁工业炼钢要求。本技术方案在不同温区具有不同的内腔结构、选用合适的抗耐腐蚀内衬材料，达到了显著提高双推板窑及加热元件使用寿命的目的，本方案可实现一步法连续生产钒氮合金。
主要技术指标
该工艺生产的钒氮合金质量符合国标GB/T20567-2006。主要理化指标如下：
合金 钒 氮 碳 硅 铝
钒氮12 79% ≥12% 9% 0.10 0.10
钒氮16 78% ≥16% 6% 0.10 0.10
具体实施方式
该推板窑法制备钒氮合金的方法，采用双推板窑设备，双推板窑的炉膛结构包括窑腔、盖板、侧墙及轨道。所述窑腔纵向依次设置有低温段、过渡段、高温段和冷却段。其低温段有5个温区即1～5温区，内腔侧墙、盖板及轨道均为石墨材质；过渡段有4个温区即6～9温区，其中6～8温区内腔侧墙和轨道采用高纯镁砖、盖板采用石墨材质，9温区内腔侧墙、盖板及轨道均为石墨材质；高温段设7个温区即10～16温区，冷却段分为自然冷却区和强制冷却区，高温段和自然冷却区的内腔侧墙、盖板及轨道均为石墨材质。在1～5温区和9～16温区的侧墙砖相应位置上有加热元件插孔，使加热元件与窑腔隔离；6～8温区的每块侧墙砖之间插入两层石墨板，用插板来使加热元件与窑腔隔离；炉体内腔分为3个独立通道，中间通道为炉料主通道即窑腔，两边为加热元件隔离腔通道，加热元件与炉膛气氛完全隔离。
制备方法：主要以国标V2O5及V2O3粉状钒为原材料，是将五氧化二钒磨细后，加入铁粉、碳粉、粘结剂混合均匀后制成球状物，将球状物送入卧式双推板窑内，双推板窑内通入氮气，并使窑内始终保持微正压，球状物在窑内进行碳化和氮化反应，氮化反应的温度为1350-1500℃，反应时间2～3.5小时，碳化反应的温度为1000 -1150℃，反应时间0.5～1.5小时，而后在氮气气氛下冷却得到 V：76～81％、N：10～21％、C：1～9％、Fe：1～2％，表观密度不小于 3.5g/cm3的钒氮合金产品。随之逐渐冷却至100℃以下出炉。

Claims (1)

1.一种推板窑法制备钒氮合金的方法，其特征在于：采用双推板窑设备，所述双推板窑的炉膛结构包括窑腔、盖板、侧墙及轨道，所述窑腔纵向依次设置有低温段、过渡段、高温段和冷却段，所述低温段有5个温区，内腔侧墙、盖板及轨道均为石墨材质；所述过渡段有4个温区，其中，第三个温区内腔侧墙和轨道采用高纯镁砖、盖板采用石墨材质，第四个温区内腔侧墙、盖板及轨道均为石墨材质；所述高温段设7个温区；所述冷却段分为自然冷却区和强制冷却区，高温段和自然冷却区的内腔侧墙、盖板及轨道均为石墨材质，在低温段的5个温区和过渡段的最后一温区以及高温段的7个温区的侧墙砖相应位置上有加热元件插孔，使加热元件与窑腔隔离；过渡段的前三个温区的每块侧墙砖之间插入两层石墨板，用插板来使加热元件与窑腔隔离；窑腔分为3个独立通道，中间通道为炉料主通道，两边为加热元件隔离腔通道，加热元件与炉膛气氛完全隔离；使用该双推板窑制备钒氮合金的方法：以国标V2O5及V2O3粉状钒为原材料，将五氧化二钒磨细后，加入铁粉、碳粉、粘结剂混合均匀后制成球状物，将球状物送入双推板窑内，双推板窑内通入氮气，并使窑内始终保持微正压，球状物在窑内进行碳化和氮化反应，氮化反应的温度为1350-1500℃，反应时间2～3.5小时，碳化反应的温度为1000 -1150℃，反应时间0.5～1.5小时，而后在氮气气氛下冷却得到 V：76～81％、N：10～21％、C：1～9％、Fe：1～2％，表观密度不小于 3.5g/cm3的钒氮合金产品，随之逐渐冷却至100℃以下出炉。
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