一種錳氮合金的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種錳氮合金的制備方法，屬于鋼鐵治金新材料領(lǐng)域，其特征在于：該方法是將電解錳粉不間斷的螺旋輸送置不銹鋼密封回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器中，反方向通入氨氣，并不斷的轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)氨氣分解氮化而成，所得到的錳氮合金為粉末狀，其中氮含量在15%以上，錳元素含量達(dá)84%以上，其它成分元素的含量總和小于0.2%。本發(fā)明方法過(guò)程穩(wěn)定、原料易得、可連續(xù)生產(chǎn)，適合大批量產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種錳氮合金的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種錳氮合金的制備方法，屬于鋼鐵治金新材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]錳有脫氧、脫硫、合金化等作用，能夠消除或降低硫引起的熱脆性，提高鋼的熱處理性能等作用。錳與鐵形成固溶體，增加鋼的強(qiáng)度和硬度。錳使鋼形成穩(wěn)定奧氏體的能力僅次于鎳，大大提高鋼的淬火性。而氮最初作為奧氏體的形成元素以取代部分昂貴的鎳并改善材料的性能，作為合金化元素，氮能提高高氮鋼、不銹鋼、雙相不銹鋼、耐熱鋼等的強(qiáng)度、韌性、抗蠕變以及耐腐蝕性能特別是耐局部腐蝕，擴(kuò)大奧氏體區(qū)細(xì)化晶粒，改善其加工性能，因此在冶煉特殊合金鋼、高強(qiáng)度鋼時(shí)往往需要同時(shí)加入錳和氮兩種元素，但是由于氮在鋼中溶解度低而難以加入，而單獨(dú)加入錳時(shí)，錳容易氧化，利用率不高。以錳氮合金的形式加入利用率都得到提高，且由于錳和氮元素價(jià)格相對(duì)較低，因此錳氮合金是鋼鐵增氮的主要添加劑。尤其是高含氮錳氮合金更受青睞，具有明顯高效、節(jié)能、環(huán)保、安全的特征，極具推廣價(jià)值。
[0003]美國(guó)專(zhuān)利US2860080披露了一種制備氮化錳的方法，其在回轉(zhuǎn)窯中用氮?dú)鈿夥障逻B續(xù)生產(chǎn)氮化錳，最高反應(yīng)溫度不低于950°C。
[0004]美國(guó)專(zhuān)利US3389990披露了一種制備氮化錳的方法，其把金屬錳或者含錳90%左右的錳鐵磨成一定的粒徑分布，以獲得合適的產(chǎn)品表現(xiàn)密度。
[0005]以上兩個(gè)過(guò)程，由于其氮化氣氛中沒(méi)有進(jìn)行密封，氮化較低，加上金屬錳表明容易形成一層錳氮化物，使得氮化反應(yīng)難以進(jìn)行、含有的少量的硫、磷、碳等雜質(zhì)也難以除去，產(chǎn)品的氮含量較低。
[0006]中國(guó)專(zhuān)利CN1122727C披露了一種制備超純凈氮化錳的方法，其首先把錳原料進(jìn)行純化，然后裝入密閉不銹鋼容器中，再將該容器放入馬弗爐中加熱，然后降溫，然后打開(kāi)不銹鋼容器。
[0007]中國(guó)專(zhuān)利CN1799991采用與上述專(zhuān)利類(lèi)似的方法，先把原料放入料盤(pán)，然后再把料盤(pán)裝入料筐，再裝入爐缸，最后把爐缸裝入電阻爐，加熱電阻爐。在氮化的后期用氬氣置換爐缸。
[0008]上述兩個(gè)專(zhuān)利的缺點(diǎn)是固體物料和氣體都不能連續(xù)進(jìn)行反應(yīng)器，單爐間隙生產(chǎn)，熱量效率低和生產(chǎn)效率相對(duì)比較低。
[0009]湖南鐵合金廠崔先云(鐵合金，2001 (I):12-16)用回轉(zhuǎn)法生產(chǎn)氮化錳，是將物料單批次加入一個(gè)回轉(zhuǎn)反應(yīng)器，生產(chǎn)過(guò)程中不能連續(xù)的進(jìn)出固體物料，每一次生產(chǎn)反應(yīng)器都經(jīng)過(guò)升溫一保溫一降溫的過(guò)程，同樣具有單爐間隙的缺點(diǎn)，即熱效率和生產(chǎn)效率都比較低。
[0010]中國(guó)專(zhuān)利CN1876870、吳慶定等在中國(guó)專(zhuān)利CN1803585 (以及發(fā)表的文章:機(jī)械工程材料，2006.30 (11):33-35)中披露的制備氮化錳的方法，也是單爐間隙操作，并且需要在加熱物料以前對(duì)反應(yīng)器抽真空到壓力低于幾百Pa以下，CN1803585在物料壓塊的時(shí)候加入水玻璃，CN1876870用錳硅合金作原料，這樣不但設(shè)備成本和操作成本增加，而且當(dāng)采用這樣的氮化錳作為煉鋼添加劑的時(shí)候，勢(shì)必影響鋼的Si含量。
[0011]黃加伍等(中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2006，16 (4);675-679)以及中國(guó)專(zhuān)利CN1775663用微波加熱反應(yīng)器制造氮化錳。該過(guò)程有兩個(gè)不足之處，一是受微波穿透能力的限制，在立式反應(yīng)器中反應(yīng)器直徑不能做的太大，二是受微波爐本身技術(shù)的限制，微波反應(yīng)器還不成熟，不能用作大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備。
[0012]中國(guó)申請(qǐng)(專(zhuān)利):CN101172586A，馮良榮披露了一種制備氮化錳的方法，其原料為含錳原料如:金屬錳、二氧化錳、氧化錳或以上物質(zhì)的混合物，所述含氮?dú)夥諡榘睔?、羥胺、肼、有機(jī)胺類(lèi)、乙腈、尿素、三聚氰胺、氯化銨等氣態(tài)、液態(tài)或者固態(tài)含氮物質(zhì)在0.01-1OMpa絕對(duì)大力含氮和還原性氫氣氛中所述的反應(yīng)器是電阻爐或工業(yè)感應(yīng)爐于350-1200°C連續(xù)通過(guò)氮化而得氮化錳氮含量在3%到25%之間Mn元素含量大于50%。
[0013]中國(guó)專(zhuān)利:CN101082088A王國(guó)寧披露了一種高純高氮氮化金屬錳的新生產(chǎn)工藝，其將原料粉碎60目放入高真空電阻爐中，抽真空充入純氮?dú)膺M(jìn)行燒結(jié)而得，氮含量可達(dá)8%-10%。
[0014]上述二個(gè)專(zhuān)利的理論性存在，實(shí)際操作性不強(qiáng)，少批量生產(chǎn)也許可行，但工業(yè)化生產(chǎn)根本無(wú)法進(jìn)行。
[0015]蔣漢祥(重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，27 (5) ;70_73 ;重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，20001，24 (4):103-105)等在實(shí)驗(yàn)室利用管式爐對(duì)制備氮化錳的工藝進(jìn)行研究，過(guò)程中將金屬錳原料裝入石英舟中，然后放入管式爐內(nèi)加熱。這樣的過(guò)程只是小規(guī)模(g數(shù)量級(jí))間歇式研究性質(zhì)的制備過(guò)程。
[0016]張金柱等(鐵合金，2004 (3):9-12)對(duì)金屬錳的氧化動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究，該文沒(méi)有涉及到生產(chǎn)工藝的 問(wèn)題。
[0017]另外尚有許多研究性的工作，主要采用等離子植入法(Vempaire, D.，etc,.PhysicaA:Statistical Mechanics and Its Applications, 358(1), 136-141> 分子束外延生長(zhǎng)法(Ham, Moom-Ho;etc,.Solid State Communications, Volume Date2006，137(1-2)，11-15)在A1203、Mg0等基體上生長(zhǎng)氮化錳和氮化錳鎵薄膜，對(duì)這些薄膜的磁性質(zhì)進(jìn)行研究。
[0018]綜上所述，現(xiàn)有制備方法中，無(wú)一能生產(chǎn)含氮量在15%以上的工藝技術(shù)，也沒(méi)有適用大規(guī)模的連續(xù)生產(chǎn)錳氮合金的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]本發(fā)明需要解決技術(shù)問(wèn)題是提供一種錳氮合金的制備方法，該方法過(guò)程穩(wěn)定、原料易得、可連續(xù)生產(chǎn)，適合大批量產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
[0020]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
一種錳氮合金的制備方法，其特征在于:以電解錳粉為原料，氨氣為反應(yīng)介質(zhì)，其制備步驟如下:
步驟1、反應(yīng)器的控制
打開(kāi)不銹鋼密封回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器，并對(duì)不銹鋼密封回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器上中溫區(qū)升溫到550°c，高溫區(qū)進(jìn)行升溫1000°C ；
步驟2、將原料電解錳粉以每小時(shí)IOOKg投入螺旋輸送機(jī)貯料箱內(nèi)，通過(guò)螺旋輸送機(jī)并以不間斷的方式送入不銹鋼密封回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器內(nèi)；
步驟3、氨氣的通入
將液氨貯罐閥打開(kāi)，液氨進(jìn)入氨汽化器中，啟動(dòng)溫水閥，氨氣依次進(jìn)入自動(dòng)控制閥、控板流量計(jì)、氨氣自動(dòng)報(bào)警切斷器并以不間斷的方式反方向通入不銹鋼密封回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器內(nèi)，并控制不銹鋼密封回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器內(nèi)的氣壓0.05^0.15Mpa之間，同時(shí)開(kāi)啟排氣閥，并啟動(dòng)焚燒爐；
步驟4、氮化反應(yīng)
當(dāng)步驟3中的氨氣進(jìn)入不銹鋼密封回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器內(nèi)遇高溫分解成氫氣和氨氣，氫氣體積較大，能迅速充滿整個(gè)不銹鋼密封回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器，氨氣則迅速與電解錳粉發(fā)生氮化反應(yīng)，并生成高含氮錳氮合金，而多余的氫氣則經(jīng)不銹鋼密封回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器排氣口排入氫氣焚燒爐內(nèi)進(jìn)行焚燒；
步驟5、將氮化反應(yīng)后得到的高含氮錳氮合金旋轉(zhuǎn)移動(dòng)到不銹鋼密封回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器尾端整個(gè)過(guò)程需停留5h，氨氣的絕對(duì)壓力為0.1Mpa，然后進(jìn)行< 100°C冷卻降溫后，經(jīng)密封出料器排出不銹鋼密封回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器進(jìn)入成品箱，最后得到粉末狀的錳氮合金。
[0021]所述原料電解錳粉選用100~150目，Mu含量≥99.50~99.80%,S:0.05%,C:0.08%、P:0.005%。
[0022]所述不銹鋼密封回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器上中溫區(qū)和高溫區(qū)進(jìn)行升溫溫度為550°C和1000。。。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:
1、本工藝生產(chǎn)的錳氮合金中的氮?dú)夂靠蛇_(dá)15%以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有其它生產(chǎn)工藝的
氮含量；
2、除錳元素外，所有其他成分的含量總和小于0.2%，其它雜質(zhì)含量如:S:<0.005%, C:〈0.05%, P:<0.005% ；
3、本發(fā)明以電解錳粉作為原料，氨氣作為反應(yīng)介質(zhì)，整個(gè)反應(yīng)過(guò)程都是在不銹鋼密封回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器內(nèi)完成，從而達(dá)到成本低、能耗低、工藝簡(jiǎn)便、生產(chǎn)安全、自動(dòng)化程度高、無(wú)三廢、收率高和經(jīng)濟(jì)效益好；
4、本發(fā)明工藝采用連續(xù)化進(jìn)出固體料和氣態(tài)料的生產(chǎn)方法，從而能提高產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性；
5、本發(fā)明的產(chǎn)品為粉末狀，可多種用途，也可制成包芯線。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0025]一種錳氮合金的制備方法，以電解錳粉為原料，氨氣為反應(yīng)介質(zhì)，其制備步驟如下:
①反應(yīng)器的控制
打開(kāi)不銹鋼密封回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器，并對(duì)不銹鋼密封回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器上中溫區(qū)升溫到550°C，高溫區(qū)進(jìn)行升溫1000°C ；
②將原料電解錳粉以每小時(shí)IOOKg投入螺旋輸送機(jī)貯料箱內(nèi)，通過(guò)螺旋輸送機(jī)并以不間斷的方式送入不銹鋼密封回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器內(nèi)；
③氨氣的通入
將液氨貯罐閥打開(kāi)，液氨進(jìn)入氨汽化器中，啟動(dòng)溫水閥，氨氣依次進(jìn)入自動(dòng)控制閥、控板流量計(jì)、氨氣自動(dòng)報(bào)警切斷器并以不間斷的方式反方向通入不銹鋼密封回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器內(nèi)，并控制不銹鋼密封回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器內(nèi)的氣壓0.05^0.15Mpa之間，同時(shí)開(kāi)啟排氣閥，并啟動(dòng)焚燒爐；
④氮化反應(yīng)
當(dāng)③中的氨氣進(jìn)入不銹鋼密封回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器內(nèi)遇高溫分解成氫氣和氨氣，氫氣體積較大，能迅速充滿整個(gè)不銹鋼密封回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器，氨氣則迅速與電解錳粉發(fā)生氮化反應(yīng)，并生成高含氮錳氮合金，而多余的氫氣則經(jīng)不銹鋼密封回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器排氣口排入氫氣焚燒爐內(nèi)進(jìn)行焚燒；
⑤將氮化反應(yīng)后得到的高含氮錳氮合金旋轉(zhuǎn)移動(dòng)到不銹鋼密封回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器尾端整個(gè)過(guò)程需停留5h，氨氣的絕對(duì)壓力為0.1Mpa，然后進(jìn)行< 100°C冷卻降溫后，經(jīng)密封出料器排出不銹鋼密封回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器進(jìn)入成品箱，最后得到粉末狀的錳氮合金。
[0026]原料電解錳粉選用100~150 目，Mu 含量≥ 99.50~99.80%、S:0.05%、C:0.08%、P:0.005%。
[0027]所得的產(chǎn)品經(jīng)分析后，得到粉末狀的錳氮合金，其中元素含量如下表:
【權(quán)利要求】
1.一種錳氮合金的制備方法，其特征在于:以電解錳粉為原料，氨氣為反應(yīng)介質(zhì)，其制備步驟如下: a、反應(yīng)器的控制 打開(kāi)不銹鋼密封回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器，并對(duì)不銹鋼密封回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器上中溫區(qū)升溫到550°C，高溫區(qū)進(jìn)行升溫1000°C ； b、將原料電解錳粉以每小時(shí)IOOKg投入螺旋輸送機(jī)貯料箱內(nèi)，通過(guò)螺旋輸送機(jī)并以不間斷的方式送入不銹鋼密封回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器內(nèi)； C、氨氣的通入 將液氨貯罐閥打開(kāi)，液氨進(jìn)入氨汽化器中，啟動(dòng)溫水閥，氨氣依次進(jìn)入自動(dòng)控制閥、控板流量計(jì)、氨氣自動(dòng)報(bào)警切斷器并以不間斷的方式反方向通入不銹鋼密封回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器內(nèi)，并控制不銹鋼密封回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器內(nèi)的氣壓0.05~0.15Mpa之間，同時(shí)開(kāi)啟排氣閥，并啟動(dòng)焚燒爐； d、氮化反應(yīng) 當(dāng)c中的氨氣進(jìn)入不銹鋼密封回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器內(nèi)遇高溫分解成氫氣和氨氣，氫氣體積較大，能迅速充滿整個(gè)不銹鋼密封回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器，氨氣則迅速與電解錳粉發(fā)生氮化反應(yīng)，并生成高含氮錳氮合金，而多余的氫氣則經(jīng)不銹鋼密封回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器排氣口排入氫氣焚燒爐內(nèi)進(jìn)行焚燒； e、將氮化反應(yīng)后得到的高含氮錳氮合金旋轉(zhuǎn)移動(dòng)到不銹鋼密封回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器尾端整個(gè)過(guò)程需停留5h，氨氣的絕對(duì)壓力為0.1Mpa，然后進(jìn)行< 100°C冷卻降溫后，經(jīng)密封出料器排出不銹鋼密封回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器進(jìn)入成品箱，最后得到粉末狀的錳氮合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種錳氮合金的制備方法，其特征在于:所述原料電解錳粉選用 100~150 目，Mu 含量>= 99.50~99.80%、S:0.05%、C:0.08%、P:0.005%。
【文檔編號(hào)】C23C8/24GK103849829SQ201210507951
【公開(kāi)日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月3日
【發(fā)明者】聶才淞 申請(qǐng)人:安徽港銘新材料科技有限公司