CN107140610B - 一种高效节能的高纯氮化锰生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高效节能的高纯氮化锰生产方法，主要步骤有气氛置换、还原、氮化、冷却，通过气氛置换和富氮气的回收利用，快速排出反应罐内的氧气，在氮化前通入还原气，还原掉锰中的结合氧，去除氮化锰的氧化锰，从而提高锰、氮主元素的含量，使炼钢添加剂的净收率得到提高，减少浮渣的生成量。并用此法生产氮化锰，产量易于提高，产品优质稳定，生产综合能耗进一降低，具有很高的应用前景。

Description

一种高效节能的高纯氮化锰生产方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶金中添加剂氮化锰的生产领域，具体涉及到高纯氮化锰的生产技术。

背景技术

特种钢的发展对氮化锰的需求增多，特别是对氮和锰元素含量高，其他杂质元素含量低的高品质氮化锰需求更多。

目前提出了很多的氮化锰的生产方法，按氮化反应压力：常压、微正压生产法，所采用的氮化设备有管式炉、流化床反应炉、回转炉等；加压法（氮化压力大于0.1 MPa），所采用的氮化设备有真空电阻炉、井式炉、渗氮炉等，而实现规模化生产应用的是加压法，相应专利号ZL200610032525.9，得到了专利成果的转化实施和国家相应部门的成果认定，每年氮化锰的产量有万余吨，获得了较好的经济效益，然而也存在以下缺点。

（1）产品中锰氧化物含量高，其用电解锰片破碎的金属锰粉作生产原料制得高纯高氮氮化锰，产品分析列出的元素含量为：锰87.7%，氮8.7%，硫0.004%，碳0.01%，磷0.003%，其中俩主元素氮、锰含量最高值之和96.444%，另有未列出元素占3.556%，经检测其中氧元素含量为2.82%。原因在于电解锰性质活泼，电解锰片虽然经过钝化处理，但存放一段时间后都会氧化变黑灰色，再经破碎成锰粉及加水玻璃等粘结剂混合、锻压、烘干各环节，大量氧化生产氧化锰，由金属锰粉锻压制做成产品锰枕（球）后，再经此方法生产的氮化锰枕（球），经检测氧元素含量高达3.8%以上。

（2）生产电耗高，每吨产品综合耗电750℃，后期装置经过改进，综合耗电也有500℃；生产周期长，每炉生产周期长达40~48小时。纯氮气利用率低，规模化生产中损耗大。

也有技术方案提出向炉内冲氨或氨裂解气等含氮还原性气体，但反应生产水没能及时排出，蒸汽分压高，不利于还原反应的继续进行，大部分的氧化锰没能还原出来。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术存在的不足，提供了一种高效节能的高纯氮化锰生产方法，该方法除掉原料中的还原氧，提高产品的品质，实现气氛快速置换，加氢纯化回收富氮，减少生产中的耗时耗能。

本发明的技术方案如下：一种高效节能的高纯氮化锰生产方法，其特征在于包括如下步骤。

一、装料封罐，电解金属锰片或电解金属锰片破碎成30~50目的金属锰粉或再经锻压成型烘干后的金属锰枕为原料，装入反应罐内，密封罐体。

二、气氛置换：

(a)一次抽空排气：用粗真空泵快速抽反应罐内气体，抽出气体排空，抽至绝压0.05MPa后，停止抽气向罐内冲入纯氮气，当压力达到0.2MPa后，停止冲氮气，将罐内气体排到富氮气贮罐。

(b)二次抽空回收：将反应罐气体抽到富氮气贮罐，抽空至绝压0.05 MPa后，再次向罐内冲纯氮气至压力0.2 MPa后停止冲氮气，将罐内气体排到富氮气贮罐。

(c)三次抽空回收：重复上述步骤b，检查排气中的氧含量，若低于0.5%以下，完成置换。

(d) 加氢纯化回用：回收到富氮气贮罐的富氮气用氨裂解气进行加氢纯化，再经净化、除去反应生成水后，得到纯氮气，贮存回用。

三、加热：当进行步骤2时开始启动罐外加热装置。

四、氧化锰还原：当炉内温度升到800℃时。

（a）通入还原气，其中氢气含量30~50%，余量为氮气，维持压力0.05 MPa，温度850~950℃，排出气含氢量维持续10~30%，排出气冷却净化，回收到还原气贮罐，并在线检测排气水分含量。

（b）当排气水分含量小于0.1g/Nm³时，氧化锰中的结合氧90%以上被还原，改通入纯氮气，将排出气冷却、净化、回收到还原气贮罐，当出气的氢气含量小于2%时停止排出。

五、氮化，继续冲纯氮气，维持反应罐内压力0.2 MPa，温度950~1050℃，时间4~6小时，确保较高的氮气分压，加速氮化反应，提升锰中含氮量。

六、保压降温，保持压力0.2 MPa，停止加热，降温。

七、氮气保护冷却，当温度降到500℃时泄压至常压，开启法兰、连接罐口到贮料桶，卸料至贮料桶，向桶内冲氮，使桶内产品在氮气保护下冷却至200℃以下。

进一步，所述还原气是氨裂解气或还原回收气和氨裂解气的混合气。

进一步，所述纯氮气是制氮机制出的氮气和富氮气加氢纯化后氮气的混合物或其中之一。

进一步，所述加热为间接加热，热源可为电、燃气、燃油。

进一步，所述反应罐为耐高温耐压高强度合金钢，通过离心铸造得到，常用于硅热法炼金属镁还原罐，常用尺寸为直径300~400mm，长度2000~4000mm，壁厚30~60mm。

本发明的有益效果是：

1、产品中氧元素含量低至0.4%以下，氧化锰被还原成金属锰又与氮反应，使得产品的氮含量能轻易达到10%以上，同时锰元素含量能达到89%以上；若要控制产品中氮含量8%以上，那么锰元素含量能达到91%以上，使得俩主元素含量合值可达99%，远高于现有方法生产出来的氮、锰合值96.444%。

2、产品的生产周期缩短，通过反应罐内气氛置换，2小时就能将反应罐内氧气含量降至0.5%，一批次产品的生产周期可控制在12小时内。

3、生产成本低，进出物料是在500℃时反应罐内进行，且只有物料带出热量，热损少，加热炉内热量得到蓄积，通过富氮气纯化，氮气利用率可达85%以上，每吨产品综合电耗降至400KWh。

附图说明：

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式：

下面结合图1，利用硅热法还原镁装置，对本发明进行实例说明，硅热法还原炼镁装置有燃气式还原炉一座，内部设置有15支还原罐，每只还原罐直径325mm，长2500mm。将还原罐当作反应罐，并增加制氮机，氨裂解器，纯化器，真空泵，富氮气贮罐、还原气贮罐、气体检测仪等设备，对装置进行改造完成后，具体操作如下：

1、装料封罐，将电解金属锰片破碎成30目的金属锰粉，启用5支还原罐，每只罐装入1500Kg金属锰粉，插入通气管后，密封罐体。

2、气氛置换：

(a)一次抽空排气：用粗真空泵快速抽反应罐内气体，抽出气体排空，抽至绝压0.05MPa后向罐内冲入纯氮气，当压力达到0.2MPa后，停止冲氮气，将罐内气体排到富氮气贮罐。

(b)二次抽空回收：继续将反应罐抽气到富氮气贮罐，抽空至绝压0.05 MPa后，再次向罐内冲纯氮气至压力0.2 MPa后停止冲氮气，将罐内气体排到富氮气贮罐。

(c)三次抽空回收：重复上述步骤b操作，检查排气中的氧含量，若低于0.5%以下，完成置换。

(d) 加氢纯化回用：回收到富氮气贮罐的富氮气用氨裂解气进行加氢纯化，经净化、除去反应生成水后，得到纯氮气，贮存回用；

3、加热：当进行步骤2时开始启动罐外加热装置。

4、氧化锰还原：当炉内温度升到800℃时。

（a）通入还原气，氢气含量30~50%，余量为氮气，维持压力0.05 MPa，温度850~950℃，排出气含氢量维持续10~30%，排出气冷却净化，回收到还原气贮罐，当出气水分含量小于0.1g/NM³时，说明氧已基本被还原，改通纯氮气。

（b）通入纯氮气，并将排出气冷却、净化、回收到还原气贮罐，当出气的氢气含量小于2%时停止排气。

5、氮化，继续冲纯氮气，当罐内压力达到0.2 MPa，停止冲氮气，维持压力0.2 MPa，温度950~1050℃，时间4~6小时，确保较高的氮气分压， 加速氮化反应，提升锰中含氮量。

6、保压降温，保持压力0.2 MPa，停止加热，降温。

7、氮气保护冷却，当温度降到500℃时泄压至常压，开启法兰、连接罐口到贮料桶，卸料至贮料桶，加桶盖，向桶内冲氮，使桶内产品在氮气保护下冷却至200℃以下。

由此方法生产出的高纯氮化锰粉检测数据与现有产品对照表

	Mn	N	O	Mn+N
					现有产品含量（%）	87.77	8.73	3.38	96.444
本发明产品含量（%）	89.1	10.2	0.5	99.3

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种高效节能的高纯氮化锰生产方法，其特征在于包括如下步骤：

一、装料封罐：由电解金属锰片或电解金属锰片破碎成30～50目的金属锰粉或再经锻压成型烘干后的金属锰枕为原料，装入反应罐内，密封罐体；

二、气氛置换：

(a)一次抽空排气：用粗真空泵快速抽反应罐内气体，抽出气体排空，抽至绝压0.05MPa后，停止抽气向罐内冲入纯氮气，当压力达到0.2MPa后，停止冲氮气，将罐内气体排到富氮气贮罐；

(b)二次抽空回收：继续将反应罐气体抽到富氮气贮罐，抽空至绝压0.05 MPa后，再次向罐内冲纯氮气至压力0.2 MPa后停止冲氮气，将罐内气体排到富氮气贮罐；

(c)三次抽空回收：重复上述步骤b，检查排气中的氧含量，若低于0.5%以下，完成置换；

(d) 加氢纯化回用：回收到富氮气贮罐的富氮气用氨裂解气进行加氢纯化，净化、除去反应生成水后，得到纯氮气，贮存回用；

三、加热：当进行步骤2时开始启动罐外加热装置；

四、氧化锰还原：当炉内温度升到800℃时；

（a）通入还原气，其中氢气含量30～50%，余量为氮气，维持压力0.05 MPa，温度850～950℃，排出气含氢量维持续10～30%，排出气冷却净化，回收到还原气贮罐，并在线检测排气水分含量；

（b）当排气水分含量小于0.1g/Nm³时，氧化锰中的结合氧90%以上被还原，改通入纯氮气，将排出气冷却、净化、回收到还原气贮罐，当出气的氢气含量小于2%时停止排出；

五、氮化：继续冲纯氮气，维持反应罐内压力0.2 MPa，温度950～1050℃，4～6小时，确保较高的氮气分压，加速氮化反应，提升锰中含氮量；

六、保压降温：保持压力0.2 MPa，停止加热，降温；

七、氮气保护冷却：当温度降到500℃时泄压至常压，开启法兰、连接罐口到贮料桶，卸料至贮料桶，向桶内冲氮，使桶内产品在氮气保护下冷却至200℃以下。

2.根据权利要求1所述的一种高效节能的高纯氮化锰生产方法，其特征在于，所述加热方式为间接加热，热源是电或是燃气或是燃油。

3.根据权利要求1所述的一种高效节能的高纯氮化锰生产方法，其特征在于，所述还原气是氨裂解气或是还原回收气和氨裂解气的混合气。

4.根据权利要求1所述的一种高效节能的高纯氮化锰生产方法，其特征在于，所述纯氮气是制氮机制出的氮气和富氮气加氢纯化后氮气的混合物或其中之一。

5.根据权利要求1所述的一种高效节能的高纯氮化锰生产方法，其特征在于，所述反应罐为耐高温耐压高强度合金钢，通过离心铸造得到，常用尺寸为直径300～400mm，长度2000～4000mm，壁厚30～60mm。