本實用新型涉及制備氮釩合金的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

氮化釩鐵是一種新型釩氮合金添加劑，性能優(yōu)于釩鐵和氮化釩，可廣泛應(yīng)用于高強度螺蚊鋼筋、高強度管線鋼、高強度型鋼(H型鋼、工字鋼、槽鋼、角鋼)、薄板坯連鑄連軋高強度鋼帶、非調(diào)質(zhì)鋼、高速工具鋼等產(chǎn)品。氮化釩鐵因其比重可達(dá)到5.0g/cm³以上，比添加氮化釩(比重3.5左右)具有更高的吸收率，氮化釩鐵的回收率可達(dá)95％以上，平均比釩氮合金吸收率高3％～5％，性能更加穩(wěn)定，具有更高的細(xì)化晶粒和提升強度、韌性、延展性等。

鋼中增氮方法通常有：(1)添加富氮錳鐵；(2)添加氰氨化鈣；(3)吹氮，但這些方法都有不足之處：方法(1)昂貴；方法(2)收率低且不穩(wěn)定；方法(3)吹氮時需要特殊裝置。

由此，制備氮釩合金的系統(tǒng)有待改進(jìn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本實用新型的一個目的在于提出一種制備氮釩合金的系統(tǒng)，其中，成型裝置上設(shè)置三氧化二釩粉末入口、石墨粉末入口、四氧化三鐵粉末入口，以三氧化二釩為原料，配入石墨和四氧化三鐵，其中，四氧化三鐵作為氮化反應(yīng)的催化劑，促進(jìn)氮化反應(yīng)的進(jìn)行。在轉(zhuǎn)底爐中設(shè)置碳化還原區(qū)和氮化合成區(qū)，使原料分步進(jìn)行碳化還原處理和氮化處理，避免氮化合成區(qū)的氮氣進(jìn)入碳化反應(yīng)區(qū)，使碳化反應(yīng)區(qū)的CO濃度提高，得到氮含量高、氧含量低、雜質(zhì)少的釩氮合金。

根據(jù)本實用新型的一個方面，本實用新型提供了一種制備氮釩合金的系統(tǒng)。根據(jù)本實用新型的實施例，該系統(tǒng)包括：成型裝置，所述成型裝置具有三氧化二釩粉末入口、石墨粉末入口、四氧化三鐵粉末入口和混合物料團塊出口；轉(zhuǎn)底爐，所述轉(zhuǎn)底爐沿原料運動的方向依次設(shè)置進(jìn)料區(qū)、碳化還原區(qū)、氮化合成區(qū)、冷卻區(qū)和出料區(qū)，其中，所述進(jìn)料區(qū)具有混合物料團塊入口，所述混合物料團塊入口與所述混合物料團塊出口相連；所述碳化還原區(qū)具有一氧化碳出口；所述氮化合成區(qū)具有氮氣入口；所述出料區(qū)具有氮釩合金出口。

根據(jù)本實用新型實施例的制備氮釩合金的系統(tǒng)，成型裝置上設(shè)置三氧化二釩粉末入口、石墨粉末入口、四氧化三鐵粉末入口，以三氧化二釩為原料，配入石墨和四氧化三鐵，其中，四氧化三鐵作為氮化反應(yīng)的催化劑，使物料的反應(yīng)活性提高，活化能降低，同時，在氮化處理過程中四氧化三鐵中的鐵元素可以和釩和氮形成釩鐵合金和FeN，使氮釩合金中的氮含量顯著提高。在轉(zhuǎn)底爐中設(shè)置碳化還原區(qū)和氮化合成區(qū)，使原料分步進(jìn)行碳化還原處理和氮化處理，避免氮化合成區(qū)的氮氣進(jìn)入碳化反應(yīng)區(qū)使碳化反應(yīng)區(qū)的CO濃度提高，還原性氣氛增強，從而使碳化處理的效率更高，原料碳化率顯著提高，同時還有效降低球團中的氧含量，進(jìn)而，得到氮含量高、氧含量低、雜質(zhì)少的釩氮合金。并且，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，易于操作。

任選地，該轉(zhuǎn)底爐進(jìn)一步包括：第一擋墻，所述第一擋墻設(shè)置在所述碳化還原區(qū)和所述氮化合成區(qū)之間；第二擋墻，所述第二擋墻設(shè)置在所述氮化合成區(qū)和所述冷卻區(qū)之間；第三擋墻，所述第三擋墻設(shè)置在所述冷卻區(qū)和所述出料區(qū)之間。

任選地，該轉(zhuǎn)底爐進(jìn)一步包括：第一氮氣通孔，所述第一氮氣通孔設(shè)置在所述第二擋墻上；第二氮氣通孔，所述第二氮氣通孔設(shè)置在所述第三擋墻上。

任選地，該轉(zhuǎn)底爐進(jìn)一步包括：水冷壁，所述水冷壁設(shè)置在所述冷卻區(qū)的側(cè)壁上。

任選地，該轉(zhuǎn)底爐進(jìn)一步包括：蓄熱式燒嘴，所述蓄熱式燒嘴設(shè)置在所述碳化還原區(qū)和所述氮化合成區(qū)內(nèi)。

任選地，該轉(zhuǎn)底爐進(jìn)一步包括：一氧化碳輸送通道，所述一氧化碳輸送通道分別與所述碳化還原區(qū)的所述一氧化碳出口和所述蓄熱式燒嘴的進(jìn)氣口相連。

任選地，該轉(zhuǎn)底爐進(jìn)一步包括：螺旋出料器，所述螺旋出料器設(shè)置在所述出料區(qū)的所述氮釩合金出口處，所述螺旋出料器包括：螺旋軸體；和螺旋葉片，所述螺旋葉片盤旋設(shè)置在所述螺旋軸體上。

任選地，所述螺旋出料器進(jìn)一步包括：冷卻水通道，所述冷卻水通道設(shè)置在所述螺旋出料器的內(nèi)部，并沿所述螺旋出料器的軸向設(shè)置；和氮氣通道，所述氮氣通道設(shè)置在所述冷卻水通道的外側(cè)，且所述氮氣通道軸向包裹冷卻水通道，所述氮氣通道具有氮氣入口和氮氣出口。

任選地，所述氮氣入口設(shè)置在所述螺旋軸體的端處，所述氮氣出口設(shè)置在所述螺旋葉片上。

本實用新型的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實用新型的實踐了解到。

附圖說明

本實用新型的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1顯示了根據(jù)本實用新型一個實施例的制備氮釩合金的方法的流程示意圖；

圖2顯示了根據(jù)本實用新型一個實施例的制備氮釩合金的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3顯示了根據(jù)本實用新型一個實施例的轉(zhuǎn)底爐的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4顯示了根據(jù)本實用新型一個實施例的螺旋出料器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5顯示了根據(jù)本實用新型一個實施例的螺旋出料器的截面的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6顯示了根據(jù)本實用新型一個實施例的轉(zhuǎn)底爐的局部結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面詳細(xì)描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。

在本實用新型的描述中，術(shù)語“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實用新型而不是要求本實用新型必須以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。

需要說明的是，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。進(jìn)一步地，在本實用新型的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

根據(jù)本實用新型的一個方面，本實用新型提供了一種制備氮釩合金的系統(tǒng)。參考圖2，根據(jù)本實用新型的實施例，該系統(tǒng)包括：成型裝置100和轉(zhuǎn)底爐200。

根據(jù)本實用新型的實施例，成型裝置100具有三氧化二釩粉末入口101、石墨粉末入口102、四氧化三鐵粉末入口103和混合物料團塊出口104，成型裝置100用于將三氧化二釩粉末與石墨粉末和四氧化三鐵粉末進(jìn)行成型處理，得到混合物料團塊。四氧化三鐵作為氮化反應(yīng)的催化劑，使物料的反應(yīng)活性提高，活化能降低，同時，在氮化處理過程中四氧化三鐵中的鐵元素可以和釩和氮形成釩鐵合金和FeN，使氮釩合金中的氮含量顯著提高。

參考圖3，根據(jù)本實用新型的實施例，轉(zhuǎn)底爐200沿原料運動的方向依次設(shè)置進(jìn)料區(qū)210、碳化還原區(qū)220、氮化合成區(qū)230、冷卻區(qū)240和出料區(qū)250，其中，進(jìn)料區(qū)210具有混合物料團塊入口201，混合物料團塊入口201與混合物料團塊出口104相連，混合物料團塊由進(jìn)料區(qū)210的混合物料團塊入口201進(jìn)入轉(zhuǎn)底爐，碳化還原區(qū)220具有一氧化碳出口203，混合物料團塊中的三氧化二釩與石墨在高溫下進(jìn)行還原反應(yīng)，三氧化二釩首先被還原成一氧化釩，繼而生成碳化釩，并生成一氧化碳，一氧化碳從一氧化碳出口203排出；氮化合成區(qū)230具有氮氣入口202，碳化釩在氮氣環(huán)境下，在高溫條件下，進(jìn)行氮化處理，生成氮釩合金；出料區(qū)150具有氮釩合金出口204，氮釩合金從氮釩合金出口204排出。

根據(jù)本實用新型的實施例，轉(zhuǎn)底爐進(jìn)行碳化還原處理的溫度為1180-1250℃，時間為0.5-1小時。由此，碳化還原效率高，效果好，保證三氧化二釩充分為碳化釩。

根據(jù)本實用新型的實施例，轉(zhuǎn)底爐進(jìn)行氮化處理的溫度為1250-1380℃，時間為1-1.5小時，且氮氣分壓與氧氣分壓的比值不低于33。由此，氮化處理的效率高，并有利于碳化釩充分氮化，而氮氣分壓與氧氣分壓的比值不低于33，使生成的氮釩合金處理在高氮氣含量的環(huán)境下進(jìn)行，有效地避免氮釩合金在冷卻過程中被氧化，使氮釩合金的純度更高。

根據(jù)本實用新型的一些實施例，該轉(zhuǎn)底爐200進(jìn)一步包括：第一擋墻260、第二擋墻270和第三擋墻280，其中，第一擋墻260設(shè)置在碳化還原區(qū)220和氮化合成區(qū)230之間；第二擋墻270設(shè)置在氮化合成區(qū)230和冷卻區(qū)240之間；第三擋墻280設(shè)置在冷卻區(qū)240和出料區(qū)250之間。由此，利用擋墻有效地對碳化還原區(qū)、氮化合成區(qū)和冷卻區(qū)之間進(jìn)行分隔，避免各區(qū)之間相互影響。

根據(jù)本實用新型的實施例，轉(zhuǎn)底爐200進(jìn)一步包括：第一氮氣通孔205和第二氮氣通孔206，其中，第一氮氣通孔205設(shè)置在第二擋墻270上，用于氮化合成區(qū)輸送氮氣，第二氮氣通孔206設(shè)置在第三擋墻280上，用于將氮氣排出至出料區(qū)，避免氮釩合金在出料過程中被氧化。根據(jù)實際生產(chǎn)需要的氮氣的量，第一氮氣通孔205和第二氮氣通孔206可以為一個或多個。

參考圖6，根據(jù)本實用新型的一些實施例，轉(zhuǎn)底爐200進(jìn)一步包括：第二氮氣入口205，該第二氮氣入口205設(shè)置在轉(zhuǎn)底爐的整個頂壁上，用于向轉(zhuǎn)底爐提供充足的氮氣，使轉(zhuǎn)體爐的反應(yīng)空間處于氮氣環(huán)境下。

根據(jù)本實用新型的實施例，該轉(zhuǎn)底爐進(jìn)一步包括：水冷壁，該水冷壁設(shè)置在冷卻區(qū)的側(cè)壁上。由此，通過水冷壁快速對生成的氮釩合金進(jìn)行冷卻處理，冷卻效果好，速度快。

根據(jù)本實用新型的實施例，該轉(zhuǎn)底爐進(jìn)一步包括：蓄熱式燒嘴，該蓄熱式燒嘴設(shè)置在碳化還原區(qū)和氮化合成區(qū)內(nèi)，用于加熱碳化還原區(qū)和氮化合成區(qū)，為碳化還原處理和氮化處理提供高溫環(huán)境。

根據(jù)本實用新型的實施例，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括：一氧化碳輸送通道，該一氧化碳輸送通道分別與碳化還原區(qū)的一氧化碳出口和蓄熱式燒嘴的進(jìn)氣口相連，用于將碳化還原反應(yīng)生成的一氧化碳輸送至蓄熱式燒嘴，作為蓄熱式燒嘴的燃料，從而，實現(xiàn)了能源的綜合高效利用，生產(chǎn)成本更低，同時還避免了一氧化碳對環(huán)境的污染。

根據(jù)本實用新型的實施例，該轉(zhuǎn)底爐進(jìn)一步包括：螺旋出料器290，螺旋出料器設(shè)置在出料區(qū)的氮釩合金出口處，如圖4所示，該螺旋出料器290包括：螺旋軸體291和螺旋葉片292，螺旋葉片292盤旋設(shè)置在螺旋軸體291上，該螺旋出料器290用于排出產(chǎn)物。

參考圖5，根據(jù)本實用新型的實施例，螺旋出料器進(jìn)一步包括：冷卻水通道293和氮氣通道294，其中，冷卻水通道293設(shè)置在螺旋出料器290的內(nèi)部，并沿螺旋出料器的軸向設(shè)置；而氮氣通道294設(shè)置在冷卻水通道293的外側(cè)，且氮氣通道294軸向包裹冷卻水通道293，該氮氣通道294具有氮氣入296口和氮氣出口295。通過冷卻水通道293和氮氣通道294對生產(chǎn)的氮釩合金進(jìn)行水冷和風(fēng)冷，有利于氮釩合金的快速冷卻。根據(jù)本實用新型的一些實施例，氮氣通道的氮氣可以由冷卻區(qū)240過來的氮氣提供，同時氮氣在出料區(qū)250形成保護性氣氛，防止氮釩合金再次氧化，并可以將球團冷卻至200℃以下。

參考圖4和5，根據(jù)本實用新型的實施例，氮氣入口設(shè)置在螺旋軸體291的端處，即可以設(shè)置在螺旋軸體291一端，也可以設(shè)置在螺旋軸體291的兩端，由此，使氮氣的螺旋軸體的流通路徑更長，更有效地對氮釩合金進(jìn)行風(fēng)冷。

根據(jù)本實用新型的一些實施例，氮氣出口設(shè)置在螺旋葉片292上。從而使氮釩合金在經(jīng)螺旋出料器排出的過程中，與葉片接觸的過程中也進(jìn)行降溫，使氮釩合金的冷卻效果更佳。

為了便于理解前述的制備氮釩合金的系統(tǒng)，在此提供了一種利用前述系統(tǒng)制備氮釩合金的方法。參考圖1，根據(jù)本實用新型的實施例，對制備氮釩合金的方法進(jìn)行解釋說明，該方法包括：

S100成型處理

根據(jù)本實用新型的實施例，將三氧化二釩粉末與石墨粉末和四氧化三鐵粉末經(jīng)三氧化二釩粉末入口、石墨粉末入口和四氧化三鐵粉末入口輸送進(jìn)入成型裝置進(jìn)行成型處理，得到混合物料團塊。四氧化三鐵作為氮化反應(yīng)的催化劑，使物料的反應(yīng)活性提高，活化能降低，同時，在氮化處理過程中四氧化三鐵中的鐵元素可以和釩和氮形成釩鐵合金和FeN，使氮釩合金中的氮含量顯著提高。

根據(jù)本實用新型的一些實施例，三氧化二釩粉末與石墨粉末和四氧化三鐵粉末按質(zhì)量比100：(48-52)：(1-3)進(jìn)行所述成型處理。由此，石墨的還原效率高，三氧化二釩的還原率高，有效避免大量原料剩余，有利于降低氮釩合金的雜質(zhì)含量。如果石墨粉末的比例過高，容易導(dǎo)致最終產(chǎn)品氮釩合金中的碳含量高，影響氮釩合金的品質(zhì)，如果石墨粉末的比例過低，碳化反應(yīng)不能徹底反應(yīng)，產(chǎn)品回收率低。而四氧化三鐵作為催化劑，加入太多催化效果不會相應(yīng)提升，但是增加了成本。

根據(jù)本實用新型的具體實施例，三氧化二釩粉末的純度不低于98％。由此，三氧化二釩粉末純度高，雜質(zhì)少，有利于降低釩氮合金的雜質(zhì)含量，提高氮釩合金的產(chǎn)率。

根據(jù)本實用新型的一些實施例，三氧化二釩粉末與石墨粉末的粒度均不大于200目，四氧化三鐵粉末的平均粒徑不大于20微米。發(fā)明人經(jīng)大量研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)反應(yīng)原料的平均粒徑小，原料比表面積高，兩種原料的接觸面積大，原料傳質(zhì)和傳熱效率高，反應(yīng)速率快。當(dāng)原料在上述粒度范圍內(nèi)，原料的反應(yīng)活性高，反應(yīng)溫度低，反應(yīng)時間短。

S200還原氮化處理

根據(jù)本實用新型的實施例，將混合物料團塊輸送至轉(zhuǎn)底爐的進(jìn)料區(qū)進(jìn)行布料，該混合物料團塊依次經(jīng)過碳化還原區(qū)、氮化合成區(qū)和冷卻區(qū)后，經(jīng)出料區(qū)排出，其中，混合物料團塊進(jìn)入碳化還原區(qū)進(jìn)行碳化還原處理，得到碳化釩和一氧化碳；碳化釩進(jìn)入氮化合成區(qū)與氮氣進(jìn)行氮化處理，得到氮釩合金；氮釩合金進(jìn)入冷卻區(qū)進(jìn)行冷卻處理，得到冷卻的氮釩合金。在轉(zhuǎn)底爐中分步進(jìn)行碳化還原處理和氮化處理，得到氮含量高、雜質(zhì)含量低的釩氮合金。碳化還原處理和氮化處理分開進(jìn)行，避免氮化合成區(qū)的氮氣進(jìn)入碳化反應(yīng)區(qū)使碳化反應(yīng)區(qū)的CO濃度提高，還原性氣氛增強，從而使碳化反應(yīng)效率更高，原料碳化率顯著提高，同時還有效降低球團中的氧含量，進(jìn)而，得到氮含量高、氧含量低、雜質(zhì)少的釩氮合金。根據(jù)本實用新型的實施例，碳化還原處理的溫度為1180-1250℃，時間為0.5-1小時。由此，碳化還原效率高，效果好，保證三氧化二釩充分氮化生成碳化釩。

根據(jù)本實用新型的實施例，氮化處理的溫度為1250-1380℃，時間為1-1.5小時，且氮氣分壓與氧氣分壓的比值不低于33。由此，氮化處理的效率高，并有利于碳化釩充分氮化，而氮氣分壓與氧氣分壓的比值不低于33，使生成的氮釩合金處理在高氮氣含量的環(huán)境下進(jìn)行，有效地避免氮釩合金在冷卻過程中被氧化，使氮釩合金的純度更高。

下面參考具體實施例，對本實用新型進(jìn)行說明，需要說明的是，這些實施例僅僅是說明性的，而不能理解為對本實用新型的限制。

實施例1

利用本實用新型的系統(tǒng)制備氮釩合金，具體方法如下：

(1)將V₂O₃、石墨粉、Fe₃O₄和水按照質(zhì)量比100：48：1：8的配比進(jìn)行配料壓球，得到球團。

(2)將球團進(jìn)行烘干處理，得到烘干的球團。

(3)將烘干的球團布入轉(zhuǎn)底爐中，轉(zhuǎn)底爐碳化反應(yīng)區(qū)溫度設(shè)置為1200℃，反應(yīng)時間0.8h，氮化反應(yīng)區(qū)溫度設(shè)置為1300℃，氮化反應(yīng)時間1.5小時，氮化反應(yīng)結(jié)束，釩氮合金進(jìn)入冷卻區(qū)和出料區(qū)冷卻至200℃以下出爐，得到釩氮合金，該釩氮合金的N含量為14％，V含量為73％，O含量僅為1.5％，該釩化氮合金的氮和釩含量高，而氧含量低，品質(zhì)優(yōu)良。

實施例2

利用本實用新型的系統(tǒng)制備氮釩合金，具體方法如下：

(1)將V₂O₃、石墨粉、添加劑Fe₃O₄和水按照質(zhì)量比100：52：3：10的配比進(jìn)行配料壓球，得到球團。

(2)將球團進(jìn)行烘干處理，得到烘干的球團。

(3)將烘干的球團布入轉(zhuǎn)底爐中，轉(zhuǎn)底爐碳化反應(yīng)區(qū)溫度設(shè)置為1250℃，反應(yīng)時間1h，氮化反應(yīng)區(qū)溫度設(shè)置為1350℃，氮化反應(yīng)時間2小時，氮化反應(yīng)結(jié)束，釩氮合金進(jìn)入冷卻區(qū)和出料區(qū)冷卻至200℃以下出爐，得到釩氮合金，該釩氮合金的N含量為15.5％，V含量為76％，O含量僅為1％，該釩化氮合金的氮和釩含量高，而氧含量低，品質(zhì)優(yōu)良。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本實用新型的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本實用新型的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本實用新型的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。