專利名稱：一種保障豎爐裝置能夠連續(xù)生產(chǎn)氮化釩的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種保障豎爐裝置能夠連續(xù)生產(chǎn)氮化釩的方法，屬于氮化釩合金生產(chǎn) 技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氮是含釩微合金鋼中一種十分有益的合金元素。鋼中增氮可以強(qiáng)化釩的析出，改 變釩的相間分布，提高鋼的持久強(qiáng)度，改善鋼的韌性和塑性，同時(shí)還提高抗熱強(qiáng)度和抗短時(shí) 蠕變能力。在釩鋼中每增加10 ppm的氮，鋼的強(qiáng)度就可提高6 MPat。研究表明，在鋼中添 加氮化釩比添加釩鐵節(jié)約20%-40%的釩，降低煉鋼成本30-50元/ t。這不但可以節(jié)約 昂貴稀有的金屬釩，還可以利用廉價(jià)的氮資源。目前，向鋼中滲氮的方法主要有添加富氮錳 鐵、氰氨化鈣、氮化釩鐵和吹氮等，這些方法分別存在著昂貴、收率低且不穩(wěn)定、要先生產(chǎn)釩 鐵，再固態(tài)滲氮，生產(chǎn)成本高、吹氮時(shí)需要特殊裝置等不足。而利用氮化釩向鋼中滲氮，不僅 解決了上述問題，還能同時(shí)向鋼中添加釩，大幅度提高了鋼的各種性能。氮化釩的制備方法 氮化釩是以釩的氧化物V205、V203以及釩的化合物釩酸氨(NH4V03)、多釩酸銨等為原料， 以碳質(zhì)、氫氣、氨氣、CO等為還原劑，在高溫真空或非真空下進(jìn)行還原，通入氮?dú)饣虬睔膺M(jìn)行 氮化而制備的。連續(xù)生產(chǎn)氮化釩設(shè)備是目前公知公用的豎爐裝置(豎式反應(yīng)器)，在氮化釩的生產(chǎn) 過程中，容易出現(xiàn)也難于解決的一個(gè)問題是氮化釩球團(tuán)之間燒結(jié)問題(特別是在豎窯氮化 裝置中)。在氮化釩的生產(chǎn)過程中燒結(jié)主要是由于以下幾個(gè)原因(1)氮化釩產(chǎn)品生產(chǎn)過 程中的燒結(jié)。氮化釩生產(chǎn)是在> 1200°c的溫度下進(jìn)行的，在高溫條件下，加上球團(tuán)自重、收 縮及外圍物料壓力的作用，會(huì)使球團(tuán)不可避免的產(chǎn)生燒結(jié)粘連；(2)K、Na低熔點(diǎn)化合物的 析出，由于生產(chǎn)氮化釩的原料三氧化二釩等釩的化合物中不可避免的存在K、Na低熔點(diǎn)化 合物，在氮化釩的制備過程中的高溫階段這些低熔點(diǎn)化合物在球團(tuán)表面聚集，這些低熔點(diǎn) 化合物主要在物球團(tuán)的接觸面上造成球團(tuán)粘結(jié)；(3)還原反應(yīng)過程中的物質(zhì)擴(kuò)散。氮化釩 的生產(chǎn)過程主要是碳熱還原過程和滲氮過程，在碳熱還原過程中，由于球團(tuán)之間會(huì)產(chǎn)生反 應(yīng)滲透擴(kuò)散，從而使兩個(gè)相互接觸的球團(tuán)形成反應(yīng)粘結(jié)。氮化釩豎式反應(yīng)器生產(chǎn)氮化釩，存 在以下不足1.溫度低于1250°C時(shí)，物料球雖然粘結(jié)不嚴(yán)重，但還原氮化反應(yīng)不均衡、不完 全。2.溫度高于1250°C時(shí)，物料球則燒結(jié)-收縮-粘接成一個(gè)整體料柱。3.當(dāng)反應(yīng)器直徑 較大時(shí)，爐內(nèi)反應(yīng)溫度不均勻，中心部位溫度較低，反應(yīng)不完全，存在夾生與成份不勻現(xiàn)象。
4.在生產(chǎn)過程中，物料因反應(yīng)相互粘接而向反應(yīng)器軸心收縮，造成豎式反應(yīng)器內(nèi)部靠近爐 壁部分產(chǎn)生空隙，造成氮?dú)舛搪贰⑴芷?，不能滿足產(chǎn)品的深度氮化要求，并且造成氮?dú)饫速M(fèi)。
5.物料球是從氮化裝置頂部加料，工業(yè)裝置為了保證還原與氮化反應(yīng)時(shí)間及效果，常需要 保持?jǐn)?shù)米高的球團(tuán)料柱；導(dǎo)致豎爐生產(chǎn)由于料柱重(壓)力和加料過程的沖擊力，造成“氮 化釩”燒結(jié)粘接嚴(yán)重，無法實(shí)現(xiàn)正常出料，只能間歇式生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種保障豎爐裝置能夠連續(xù)生產(chǎn)氮化釩的方法，不僅能防止反 應(yīng)物料整體燒結(jié)粘接，保證豎爐生產(chǎn)順行，而且不改變?cè)泄に嚭驮O(shè)備就能實(shí)施，從根本解 決了氮化釩生產(chǎn)過程中反應(yīng)物料燒結(jié)粘問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種保障豎爐裝置能夠連續(xù)生產(chǎn)氮化釩的方法，在氮化釩生產(chǎn)過程中，氮化釩生料球 入爐前將生料球與耐高溫添加材料混勻，所說的耐高溫添加材料是石墨塊、焦炭塊之一或 兩者混合物，混勻后從爐體頂部連續(xù)加入到豎爐裝置中進(jìn)行加熱反應(yīng)，生料球與耐高溫添 加材料自上而下運(yùn)行，氮?dú)庾韵露线\(yùn)行，廢氣從爐頂排出，從底部連續(xù)出料，分揀出氮化 釩成品與耐高溫添加材料。分揀出的耐高溫添加材料循環(huán)使用。耐高溫添加材料是石墨塊、焦炭塊兩者混合 物，混合的比例是任意的。氮化釩生料球與耐高溫添加材料之間的體積比為4 1-1:4,較佳比例約為2:1。耐高溫添加材料的粒度在10mm-300mm之間，較佳粒度在50mm-100mm之間。氮化釩生料球與耐高溫添加材料混勻后加入到豎爐裝置中進(jìn)行加熱、還原、氮化 反應(yīng)，溫度為1350-1500°C，反應(yīng)時(shí)間為2-25小時(shí)，氮?dú)鈮毫? atm+200Pa latm+800Pa。本發(fā)明的積極效果
在豎爐生產(chǎn)過程中氮化釩反應(yīng)物料的燒結(jié)粘接主要產(chǎn)生在物料接觸部位，為防止其燒 結(jié)粘接，最有效的方法是采取隔離措施，阻止或動(dòng)態(tài)斷開氮化釩反應(yīng)物料球之間的相互接 觸。本發(fā)明在耐高溫添加材料與生球團(tuán)混合均勻后，耐高溫添加材料相互接觸后，形成一些 (動(dòng)態(tài))獨(dú)立的“小房間”，氮化釩生球團(tuán)被分割在這些“小房間”內(nèi)，由于耐高溫添加材料在 燒制過程中不被燒結(jié)、氮化，因此即使形成局部氮化釩球團(tuán)粘結(jié)，其大小仍會(huì)被控制在“小 房間”范圍內(nèi)，足以保證順利出料的要求，因此徹底防止了氮化釩產(chǎn)品燒制過程中球團(tuán)的大 區(qū)域接觸，從根本上解決氮化釩生產(chǎn)過程中的燒結(jié)粘接，可保證生產(chǎn)過程中的連續(xù)順暢出 料。此外，由于本發(fā)明反應(yīng)物不會(huì)粘結(jié)成砣，料柱內(nèi)有足夠的空間保證氮?dú)饬魍槙?，而?可增大氮?dú)馀c球團(tuán)的接觸面積，增加反應(yīng)過程中的滲氮量，提高氮化釩含氮量。在感應(yīng)爐 內(nèi)石墨塊和焦炭(良好的感應(yīng)自熱及導(dǎo)熱性)可充當(dāng)感應(yīng)自熱與傳熱材料，確保爐內(nèi)溫度 均勻，反應(yīng)充分，確保連續(xù)生產(chǎn)。并且石墨塊和焦炭不是一個(gè)簡(jiǎn)單的高溫惰性材料，本身還 可作為還原劑，與爐內(nèi)殘余氧氣反應(yīng)，生產(chǎn)還原性氣體C0，有利于提高氮化釩的還原氮化效
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附圖1是本發(fā)明流程圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖，通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。附圖中的標(biāo)記1 在氮化釩生料球入爐前將生料球與耐高溫添加材料按一定比 例混合混勻，其中耐高溫添加材料為不引入雜質(zhì)的耐高溫材料，包括石墨塊、焦炭塊及 其混合物等。添加材料(石墨塊、焦炭塊及其混合物)的粒度在10mm-300mm，較佳粒度在 50mm-100mm,生料球與耐高溫添加材料(石墨塊、焦炭塊及其混合物)添加體積為4:1-1:4，較佳比例約為2:1。附圖中的標(biāo)記2 將生料球與耐高溫添加材料混合均勻后，從爐體頂部連續(xù)加入 到豎式電爐中。附圖中的標(biāo)記3.對(duì)生料球與耐高溫添加材料混合物進(jìn)行加熱，還原、氮化反應(yīng)， 溫度為1350-1500°C，生料球與耐高溫添加材料混合料自上而下運(yùn)行，氮?dú)庾韵露线\(yùn)行， 氮?dú)鈮毫? atm+200Pa latm+800P￡i，反應(yīng)時(shí)間為2_25小時(shí)。附圖中的標(biāo)記4.廢氣從豎爐爐頂排出，從豎爐底部連續(xù)出料。附圖中的標(biāo)記5.人工進(jìn)行分揀出氮化釩成品與耐高溫添加材料，將分揀出的氮 化釩成品進(jìn)行檢驗(yàn)、包裝，耐高溫添加材料(石墨塊、焦炭塊及其混合物)循環(huán)使用。更具體的實(shí)施例 實(shí)施例1
將氮化釩生料球連續(xù)加入到豎式反應(yīng)爐中，升溫至1350°c進(jìn)行反應(yīng)，物料在爐內(nèi)的停 留時(shí)間為4小時(shí)，產(chǎn)品之間粘接成一個(gè)整體料柱，出料時(shí)需要人工杵鑿，方可出料，所得產(chǎn) 品含 V77. 86%、N 6. 95%、C3. 41%、P0. 03%、SO. 04%。實(shí)施例2:
將氮化釩生料球與粒度約為IOOmm的石墨塊按2 1混合均勻后，連續(xù)加入到豎式反應(yīng) 爐中，升溫至1350°C，物料在爐內(nèi)的停留時(shí)間為4小時(shí)，連續(xù)出料，經(jīng)人工分揀得到合格產(chǎn) 品。產(chǎn)品之間以及產(chǎn)品與石墨塊之間無粘接，所得產(chǎn)品含V77. 53%、N 13.05%、C5. 35%、 P0. 03%、SO. 06%ο實(shí)施例3
將氮化釩生料球與粒度約為IOOmm的石墨塊按2 1混合均勻后，連續(xù)加入到豎式反應(yīng) 爐中，升溫至1400°C，物料在爐內(nèi)的停留時(shí)間為4小時(shí)，連續(xù)出料，經(jīng)人工分揀得到合格產(chǎn) 品。產(chǎn)品之間以及產(chǎn)品與石墨塊之間無粘接，所得產(chǎn)品含V77. 67%、N 14.33%、C3. 25%、 P0. 04%、SO. 07%。實(shí)施例4:
將氮化釩生料球與粒度約為IOOmm的石墨塊按1 :1混合均勻后，連續(xù)加入到豎式反 應(yīng)爐中，升溫至1350°C，物料在爐內(nèi)的停留時(shí)間為4小時(shí)，連續(xù)出料，經(jīng)人工分揀得到合格 產(chǎn)品。產(chǎn)品之間以及產(chǎn)品與石墨塊之間無粘接，所得產(chǎn)品含V77. 35%、N 12. 65%、C4. 85%、 P0. 05%、SO. 08%ο實(shí)施例5
將氮化釩生料球與粒度約為50mm的焦炭塊按2 :1混合均勻后，連續(xù)加入到豎式反應(yīng)爐 中，升溫至1350°C，物料在爐內(nèi)的停留時(shí)間為4小時(shí)，連續(xù)出料，經(jīng)人工分揀得到合格產(chǎn)品。 產(chǎn)品之間以及產(chǎn)品與石墨塊之間無粘接，所得產(chǎn)品含V77. 19%、Nil. 65%、C6. 51%、P0. 04%、 SO. 05%。
權(quán)利要求
1.一種保障豎爐裝置能夠連續(xù)生產(chǎn)氮化釩的方法，其特征在于在氮化釩生產(chǎn)過程中， 氮化釩生料球入爐前將生料球與耐高溫添加材料混勻，所說的耐高溫添加材料是石墨塊、 焦炭塊之一或兩者混合物，混勻后從爐體頂部連續(xù)加入到豎爐裝置中進(jìn)行加熱反應(yīng)，生料 球與耐高溫添加材料自上而下運(yùn)行，氮?dú)庾韵露线\(yùn)行，廢氣從爐頂排出，從底部連續(xù)出 料，分揀出氮化釩成品與耐高溫添加材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之保障豎爐裝置能夠連續(xù)生產(chǎn)氮化釩的方法，其特征在于所說 的分揀出的耐高溫添加材料循環(huán)使用。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述之保障豎爐裝置能夠連續(xù)生產(chǎn)氮化釩的方法，其特征在于氮化 釩生料球與耐高溫添加材料之間的體積比為4:1-1:4。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述之保障豎爐裝置能夠連續(xù)生產(chǎn)氮化釩的方法，其特征在于氮化 釩生料球與耐高溫添加材料之間的體積比較佳比例約為2:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述之保障豎爐裝置能夠連續(xù)生產(chǎn)氮化釩的方法，其特征在于 所說的耐高溫添加材料的粒度在10mm-300mm之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述之保障豎爐裝置能夠連續(xù)生產(chǎn)氮化釩的方法，其特征在于耐高 溫添加材料的較佳粒度在50mm-100mm之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述之保障豎爐裝置能夠連續(xù)生產(chǎn)氮化釩的方法，其特征在于 氮化釩生料球與耐高溫添加材料混勻后加入到豎爐裝置中進(jìn)行加熱、還原、氮化反應(yīng)，溫度 為1350-1500°C，反應(yīng)時(shí)間為2-25小時(shí)，氮?dú)鈮毫? atm+200Pa latm+800Pa。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種保障豎爐裝置能夠連續(xù)生產(chǎn)氮化釩的方法，屬于氮化釩合金生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。技術(shù)方案是在氮化釩生產(chǎn)過程中，氮化釩生料球入爐前將生料球與耐高溫添加材料混勻，所說的耐高溫添加材料是石墨塊、焦炭塊之一或兩者混合物，混勻后從爐體頂部連續(xù)加入到豎爐裝置中進(jìn)行加熱反應(yīng)，生料球與耐高溫添加材料自上而下運(yùn)行，氮?dú)庾韵露线\(yùn)行，廢氣從爐頂排出，從底部連續(xù)出料，分揀出氮化釩成品與耐高溫添加材料。本發(fā)明氮化釩成品進(jìn)行包裝，耐高溫添加材料(石墨塊、焦炭塊)循環(huán)使用。本發(fā)明解決了氮化釩生產(chǎn)過程中的燒結(jié)粘接問題，可保證生產(chǎn)過程中的連續(xù)順暢出料，提高氮化釩含氮量、生產(chǎn)成本低、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C01B21/06GK102115046SQ201110028330
公開日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者朱立杰, 李九江, 栗金剛, 王會(huì)娟, 解萬里, 陳東輝 申請(qǐng)人:河北鋼鐵股份有限公司承德分公司