專利名稱：釩(鐵)碳氮化物的連續(xù)化生產(chǎn)方法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化工、冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種釩(鐵)碳氮化物的連續(xù)化生產(chǎn)方
法及其設(shè)備。
背景技術(shù)：
眾所周知，氮、釩同時在高強度低合金鋼中應(yīng)用，不但可以提高鋼的屈服強度，還可以節(jié)約30% _40%釩的用量，大幅降低鋼的生產(chǎn)成本。原因是氮含量的增加抑制了析出相長大與粗化，細(xì)化晶粒，從而充分發(fā)揮釩在鋼中的強化作用。已有鋼的合金化、增氮方法包括(1)添加碳氮化釩；(2)添加氰氨化鈣；(3)吹氮。這些方法均存在不足之處方法(1)的碳氮化釩密度低，易在鋼液中上浮，且熔化溫度較高，使釩的有效收率低；方法(2)的氮收率低且不穩(wěn)定；方法(3)吹氮需專用設(shè)備，且氮的收率很低。使用氮化釩鐵煉鋼時釩的有效收率較高，但目前其制備方法主要是先生產(chǎn)釩鐵合金，再破碎、壓塊、真空固態(tài)滲氮，制備工序長而且復(fù)雜，釩的有效收率偏低，生產(chǎn)成本高。 1982年B. n. H e m y e h k o等人向電爐冶煉釩鐵熔體中通氮氣滲氮。所得釩鐵氮含量較低，平均為1% _1.2%。 1983年C. r. r p M叫e H k o等人采用37% -50% V的釩鐵粉在105(TC下固態(tài)滲氮。滲氮時間17h，含氮量達(dá)5X -6. 6%。 1983年錦州鐵合金廠用FeV50釩鐵粉進(jìn)行105(TC固態(tài)滲氮，得到的淡化釩鐵含氮量為6% -9% (含釩44% -47% ) 。 1984年張顯鵬等人也以釩鐵粉為原料1300°C固態(tài)滲氮，得到釩鐵的氮含量為8. 47% 。 1990年穆宏波等人用78. 45%左右的釩鐵塊破碎下角料磨粉，IOO(TC -1200°C滲氮，得到釩鐵的氮含量為6% -8%。美國西爾德合金公司也用釩鐵粉滲氮生產(chǎn)含氮11%-13% (含釩65%左右)的氮化釩鐵。2006年公開的專利申請(CN1873036A)中提出由燃燒合成法制備50氮化釩鐵(含氮12%左右)，原料依然是釩鐵合金，在高壓氮氣環(huán)境下合成。此外，2008年公開的專利(CN100378238C)"氮化釩鐵合金及其制備方法"提出以釩化合物、鐵粉為原料在碳管爐或推舟式燒結(jié)爐中1350°C _14901:進(jìn)行還原、滲氮，制得氮化釩鐵合金含氮8% -16%。盡管原料不用成本較高的釩鐵合金，直接用釩的氧化物，但設(shè)備主要還是間歇式操作，不能連續(xù)化生產(chǎn)，效率較低。 本發(fā)明人早在2004年就公開了專利"一種釩氮微合金添加劑及制備方法"(CN1212416C)，它以釩酸鹽或釩氧化物為原料，加入碳質(zhì)還原劑和密度強化劑，還原、氮化同時進(jìn)行，最終得到高密度的含氮(碳)化釩的釩氮微合金添加劑。該方法雖然為連續(xù)化生產(chǎn)提供了基礎(chǔ)，但因其所用生產(chǎn)設(shè)備沒有進(jìn)行改造，尚滿足不了連續(xù)化生產(chǎn)要求。
釩(鐵)碳氮化物在使用上兼具釩鐵和氮化釩的優(yōu)點，產(chǎn)品密度高，熔化溫度與鋼液相適應(yīng)，易于加入鋼中，是鋼鐵冶金中一種非常適用的釩氮元素添加物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有氮化釩和氮化釩鐵制備技術(shù)存在的不足，提出了一種釩(鐵)碳氮化物的連續(xù)化生產(chǎn)方法及其生產(chǎn)設(shè)備。其方法是利用多聚釩酸銨或釩氧化物、碳、鐵粉或鐵氧化物混合造粒后，在回轉(zhuǎn)反應(yīng)器中同時完成還原、氮化反應(yīng)， 一步獲得釩(鐵)碳氮化物。 為此，實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣的 —種釩(鐵)碳氮化物的連續(xù)化生產(chǎn)方法，所述方法包括以下步驟 (a)整備原料A、原料B及還原劑和粘結(jié)劑，將所述原料A、原料B過篩且粒度范圍
在50-300目之間； (b)將所述原料A、原料B及還原劑和粘結(jié)劑充分混合處理得混合物料，其中各物
料的重量比為原料a :原料b :還原劑粘結(jié)劑=ioo : (20 50) : (20 75) : (o
25); (c)將所述混合物料連續(xù)加入到回轉(zhuǎn)反應(yīng)器中，在控制溫度的條件下，經(jīng)過預(yù)熱區(qū)、預(yù)還原區(qū)、主反應(yīng)區(qū)原料A、原料B至產(chǎn)品冷卻區(qū)； (d)在執(zhí)行上述步驟的同時，向所述回轉(zhuǎn)反應(yīng)器內(nèi)沿混合物料運動的逆向通入反應(yīng)氣體，其流量控制在0. 05 1. 0m3. h—、 kg—、并且將所述預(yù)熱區(qū)溫度控制在100-400°C 、預(yù)還原區(qū)溫度控制在400-90(TC、主反應(yīng)區(qū)溫度控制在900-180(TC，經(jīng)過冷卻區(qū)后溫度降低到20(TC以下； (e)所述(d)步驟是由所述回轉(zhuǎn)反應(yīng)器的一端進(jìn)料，另一端出成品，且連續(xù)制成釩(鐵)碳氮化物。 并且，作為優(yōu)選，所述(a)步驟中的原料A采用偏釩酸銨、多聚釩酸銨、五氧化二釩、二氧化釩、三氧化二釩中的一種或其組合物；所述原料B采用包括氧化鐵皮在內(nèi)的鐵氧化物或鐵粉。 而所述(b)步驟中的混合物料采用含釩化合物和鐵氧化物或鐵粉的原料與還原劑混合后加入粘結(jié)劑進(jìn)行造粒加工處理。 作為優(yōu)選，所述步驟(d)中向所述回轉(zhuǎn)反應(yīng)器內(nèi)通入的反應(yīng)氣體是氮氣或是氨氣、氫氣、煤氣、甲烷中的一種或其混合氣體。 而所述(b)步驟中的還原劑采用石墨、活性炭、碳黑、石墨電極粉、木炭粉、石油焦、焦炭中的一種或其組合物。 作為優(yōu)選，所述(b)步驟中的粘結(jié)劑采用水玻璃、膨潤土、生石灰、羧甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、淀粉、糊精、改性淀粉、糖漿、聚乙烯醇、木質(zhì)素磺酸鈣、木質(zhì)素磺酸鎂、造紙廢液的一種或其組合物。 同理，所述釩(鐵)碳氮化物的連續(xù)化生產(chǎn)方法所用的生產(chǎn)裝置，包括回轉(zhuǎn)爐體和組裝其內(nèi)的帶有回轉(zhuǎn)機構(gòu)的回轉(zhuǎn)反應(yīng)器及與其封閉連接的物料料倉、成品料倉、供氣罐。其中回轉(zhuǎn)爐體的一端支撐有調(diào)節(jié)其傾角的升降機構(gòu)，回轉(zhuǎn)反應(yīng)器內(nèi)按反應(yīng)所需溫度分別順序設(shè)置預(yù)熱區(qū)、預(yù)還原區(qū)、主反應(yīng)區(qū)、冷卻區(qū)。預(yù)熱區(qū)端部設(shè)置進(jìn)料口和出氣口，出氣口連接尾氣處理裝置，冷卻區(qū)尾部設(shè)置進(jìn)氣口和成品出口 ，進(jìn)氣口通過氣體流量控制器連接供氣罐。 相比現(xiàn)有技術(shù)，由本發(fā)明涉及的方法所得的產(chǎn)品兼具釩鐵和氮化釩的優(yōu)點，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、釩收得率高、密度大，在鋼中應(yīng)用熔點低。運用該方法可實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，在常壓下還原氮化，無需真空設(shè)備或加壓裝置，明顯降低設(shè)備投資，簡化工藝流程，縮短制備周期，確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；由于本發(fā)明涉及的方法是利用了氣體與物料相對逆流運動的原理，故熱交換效率高，既降低能耗，又循環(huán)利用氣體，達(dá)到節(jié)約的效果。 而本發(fā)明采用的專用生產(chǎn)裝置，是將已處理的混合物料連續(xù)加入到所用裝置的回 轉(zhuǎn)反應(yīng)器內(nèi)，按反應(yīng)所需的溫度分別順序通過預(yù)熱區(qū)、預(yù)還原區(qū)、主反應(yīng)區(qū)、冷卻區(qū)，同時， 向回轉(zhuǎn)反應(yīng)器內(nèi)沿混合物料運動的逆向通入氣體，常壓條件下碳化和氮化，由于取消了真 空設(shè)備，由反應(yīng)器一端進(jìn)料，從另一端出成品，實現(xiàn)了一步連續(xù)完成生產(chǎn)釩(鐵)碳氮化物， 降低設(shè)備投資，簡化工序，縮短制備周期，提高了生產(chǎn)效率。同時在利用該回轉(zhuǎn)反應(yīng)器進(jìn)行 連續(xù)化生產(chǎn)時，可充分利用氣體與物料的相對逆流運動，來促進(jìn)熱交換，這既能降低能耗， 又能循環(huán)利用氣體，具有很明顯的節(jié)能效果。另外，通過調(diào)整溫度、回轉(zhuǎn)反應(yīng)器的轉(zhuǎn)速、反應(yīng) 器的傾角等工藝參數(shù)，可以實現(xiàn)在同一生產(chǎn)裝置中使用不同原料，生產(chǎn)不同產(chǎn)品，設(shè)備功能 多，應(yīng)用范圍廣。


以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
圖1為本發(fā)明釩(鐵)碳氮化物的連續(xù)化生產(chǎn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中序號說明1_回轉(zhuǎn)爐體、2-回轉(zhuǎn)反應(yīng)器、3-加熱機構(gòu)、4-進(jìn)料口、5-物料料
倉、6-計量機構(gòu)、7-尾氣處理裝置、8_出氣口、9-預(yù)熱區(qū)、10-預(yù)還原區(qū)、ll-主反應(yīng)區(qū)、
12-冷卻區(qū)、13-成品出口 、 14-成品料倉、15-回轉(zhuǎn)機構(gòu)、16-進(jìn)氣口 、 17-氣體流量控制器、
18-供氣罐、19-升降機構(gòu)。
具體實施方式

實施例1 以偏釩酸銨為原料制備釩(鐵)碳氮化物 將烘干研磨后的偏釩酸銨和鐵氧化物或鐵粉篩分，選擇粒度過120目的物料配加 還原劑石墨，其配入量以反應(yīng)方程式2HN4V03+6C+1/2N2 = VC+VN+2NH3+H20+5C0為依據(jù)，并考 慮鐵氧化物還原的用碳量，按化學(xué)反應(yīng)計量比配制，并適當(dāng)調(diào)整配碳量，再加入5%淀粉， 充分混勻后通過造粒機制成一定粒度的顆粒，充分烘干后儲存到反應(yīng)料倉。通過真空泵抽 真空排除裝置中的空氣。物料通過計量裝置定量送入回轉(zhuǎn)爐反應(yīng)器，同時通入氮氣，流量為
0. 05m3. h—、 kg—、通過調(diào)整回轉(zhuǎn)爐的轉(zhuǎn)速及傾角來控制物料在回轉(zhuǎn)爐反應(yīng)器中的運動速度， 物料在回轉(zhuǎn)爐反應(yīng)器中的平均停留時間為1. 5-3小時。原料逐次經(jīng)過預(yù)熱區(qū)、預(yù)還原區(qū)、主 反應(yīng)區(qū)，此時主反應(yīng)區(qū)溫度控制在1300-145(TC，反應(yīng)后產(chǎn)物進(jìn)入冷卻區(qū)冷卻，最后產(chǎn)品釩 (鐵)碳氮化物進(jìn)入產(chǎn)品料倉。產(chǎn)品中V :78. 45% 80. 66% ， Fe : 17. 23% 20. 5% ， C量
1. 01% 2. 48%， N量8. 82% 12. 61%， S量《0. 01% 0. 005%， 0量《0. 05%。
實施例2 以三氧化二釩為原料制備釩(鐵)碳氮化物 選擇粒度為140目的三氧化二釩和鐵氧化物或鐵粉，配加活性炭還原劑，其配入 量以反應(yīng)方程式V203+4C+1/2N2 = VC+VN+3C0為依據(jù)，并考慮鐵氧化物還原的用碳量，按化 學(xué)反應(yīng)計量比配制，并適當(dāng)調(diào)整配碳量，并加入2%聚乙烯醇，充分混勻后通過造粒機制成 一定粒度的顆粒，充分烘干后儲存到反應(yīng)料倉。通過真空泵抽真空排除裝置中的氧含量。原 料再通過計量裝置定量加入回轉(zhuǎn)爐反應(yīng)器，同時通入氮氣，流量為0. 2m3. h—、 kg—、通過調(diào)整回轉(zhuǎn)爐的轉(zhuǎn)速及傾角來控制物料在回轉(zhuǎn)爐反應(yīng)器中的運動速度，物料在回轉(zhuǎn)爐反應(yīng)器裝置 中的平均停留時間為1.5-3小時。物料逐次經(jīng)過預(yù)熱區(qū)、預(yù)還原區(qū)、主反應(yīng)區(qū)，此時主反應(yīng) 區(qū)溫度控制在1300-150(TC，反應(yīng)后產(chǎn)物進(jìn)入冷卻區(qū)冷卻，最后產(chǎn)品釩(鐵)碳氮化物進(jìn)入 料倉。產(chǎn)品中V量67. 45% 78. 80%，F(xiàn)e量20. 12% 23. 41%，。量:1. 12% 2. 41%， N量10. 85% 14. 51%， S量《0. 01% 0. 005%， 0量《0. 05%。
實施例3 以五氧化二釩為原料制備釩(鐵)碳氮化物 將烘干研磨后的五氧化二釩篩分后，選擇粒度為120目的五氧化二釩配加加 適量氧化鐵皮和還原劑。本實施方式選擇單質(zhì)石墨還原劑，其配入量以反應(yīng)方程式 V205+6C+1/2N2 = VC+VN+5C0為依據(jù)，并考慮氧化鐵皮還原用碳量，按化學(xué)反應(yīng)計量比配制， 并適當(dāng)調(diào)整配碳量，經(jīng)振動篩充分篩混后，儲存于原料倉。通過真空泵抽真空排除裝置中的 空氣。原料再通過計量裝置定量進(jìn)入到回轉(zhuǎn)爐反應(yīng)器，同時通入氮氣，流量為O. 15m3.h—、 kg—、通過調(diào)整回轉(zhuǎn)爐的轉(zhuǎn)速及傾角來控制物料在回轉(zhuǎn)爐反應(yīng)器中的運動速度，物料在回轉(zhuǎn) 爐反應(yīng)器裝置中的平均停留時間為1.5-3小時。原料逐次經(jīng)過預(yù)熱區(qū)、預(yù)還原區(qū)、主反應(yīng) 區(qū)，此時主反應(yīng)區(qū)溫度控制在1300-155(TC，反應(yīng)后產(chǎn)物進(jìn)入冷卻區(qū)冷卻，最后產(chǎn)品釩(鐵) 碳氮化物進(jìn)入料倉。產(chǎn)品中V量77. 85% 81. 80%， Fe量19. 12% 20. 41%， C量 1. 52% 2. 83%， N量12. 85% 13. 51%， S量《0. 01% 0. 005%， 0量《0. 05%。
權(quán)利要求
一種釩(鐵)碳氮化物的連續(xù)化生產(chǎn)方法，其特征在于，所述方法包括步驟(a)整備原料A、原料B及還原劑和粘結(jié)劑，將所述原料A、原料B過篩且粒度范圍在50-300目之間；(b)將所述原料A、原料B及還原劑和粘結(jié)劑充分混合處理得混合物料，其中各物料的重量比為原料A∶原料B∶還原劑∶粘結(jié)劑＝100∶(20～50)∶(20～75)∶(0～25)；(c)將所述混合物料連續(xù)加入到回轉(zhuǎn)反應(yīng)器中，在控制溫度的條件下，經(jīng)過預(yù)熱區(qū)、預(yù)還原區(qū)、主反應(yīng)區(qū)原料A、原料B至產(chǎn)品冷卻區(qū)；(d)在執(zhí)行上述步驟的同時，向所述回轉(zhuǎn)反應(yīng)器內(nèi)沿混合物料運動的逆向通入反應(yīng)氣體，其流量控制在0.05～1.0m3.h-1.kg-1，并且將所述預(yù)熱區(qū)溫度控制在100-400℃、預(yù)還原區(qū)溫度控制在400-900℃、主反應(yīng)區(qū)溫度控制在900-1800℃，經(jīng)過冷卻區(qū)后溫度降低到200℃以下；(e)所述(d)步驟是由所述回轉(zhuǎn)反應(yīng)器的一端進(jìn)料，另一端出成品，且連續(xù)制成釩(鐵)碳氮化物。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述釩(鐵)碳氮化物的連續(xù)化生產(chǎn)方法，其特征在于所述(a)步 驟中的原料A采用偏釩酸銨、多聚釩酸銨、五氧化二釩、二氧化釩、三氧化二釩中的一種或 其組合物；所述原料B采用包括氧化鐵皮在內(nèi)的鐵氧化物或鐵粉。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述釩(鐵)碳氮化物的連續(xù)化生產(chǎn)方法，其特征在于所述(b)步 驟中的混合物料采用含釩化合物和鐵氧化物或鐵粉的原料與還原劑混合后加入粘結(jié)劑進(jìn) 行造粒加工處理。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述釩(鐵)碳氮化物的連續(xù)化生產(chǎn)方法，其特征在于所述步驟 (d)中向所述回轉(zhuǎn)反應(yīng)器內(nèi)通入的反應(yīng)氣體是氮氣或是氨氣、氫氣、煤氣、甲烷中的一種或 其混合氣體。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述釩(鐵)碳氮化物的連續(xù)化生產(chǎn)方法，其特征在于所述(b)步 驟中的還原劑采用石墨、活性炭、碳黑、石墨電極粉、木炭粉、石油焦、焦炭中的一種或其組 合物。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述釩(鐵)碳氮化物的連續(xù)化生產(chǎn)方法，其特征在于所述(b)步 驟中的粘結(jié)劑采用水玻璃、膨潤土、生石灰、羧甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、淀粉、糊精、改 性淀粉、糖漿、聚乙烯醇、木質(zhì)素磺酸鈣、木質(zhì)素磺酸鎂、造紙廢液的一種或其組合物。
7. —種釩(鐵)碳氮化物的連續(xù)化生產(chǎn)裝置，包括回轉(zhuǎn)爐體和組裝其內(nèi)的帶有回轉(zhuǎn)機 構(gòu)的回轉(zhuǎn)反應(yīng)器及與其封閉連接的物料料倉、成品料倉、供氣罐，其特征在于所述回轉(zhuǎn)爐 體的一端設(shè)有調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)爐體傾角的升降機構(gòu)，所述回轉(zhuǎn)反應(yīng)器內(nèi)按反應(yīng)所需溫度分別順序 設(shè)置預(yù)熱區(qū)、預(yù)還原區(qū)、主反應(yīng)區(qū)、冷卻區(qū)，預(yù)熱區(qū)頭部設(shè)置進(jìn)料口和出氣口，出氣口連接尾 氣處理裝置，冷卻區(qū)尾部設(shè)置進(jìn)氣口和成品出口 ，進(jìn)氣口通過氣體流量控制器連接供氣罐。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種釩(鐵)碳氮化物的連續(xù)化生產(chǎn)方法及其生產(chǎn)設(shè)備。該方法將粉狀釩化合物、鐵氧化物或鐵粉、碳質(zhì)還原劑混合后加入粘結(jié)劑，造粒烘干后連續(xù)加入回轉(zhuǎn)反應(yīng)器中，經(jīng)過溫度控制的預(yù)熱區(qū)、預(yù)還原區(qū)、主反應(yīng)區(qū)及產(chǎn)品冷卻區(qū)；與此同時，向反應(yīng)器內(nèi)沿物料運動的逆向通入反應(yīng)氣體，進(jìn)行碳熱還原、氮化反應(yīng)，連續(xù)制成釩(鐵)碳氮化物。主反應(yīng)區(qū)溫度為1300-1550℃，總反應(yīng)時間為1.5-3h。所得釩(鐵)碳氮化物的成分范圍是V58.15％～80.66％、Fe10.21％～40.5％、C1.01％～2.48％、N8.82％～16.65％、S≤0.01％、O≤0.05％。本發(fā)明不采用真空設(shè)備，明顯降低設(shè)備投資，簡化了傳統(tǒng)工藝，極大縮短了制備周期，特別是原料采用初級釩化合物和鐵氧化物，大大降低了生產(chǎn)成本，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。
文檔編號C22C33/06GK101717883SQ20091015764
公開日2010年6月2日 申請日期2009年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月22日
發(fā)明者于三三, 付念新, 婁太平, 張力, 都興紅, 隋智通 申請人:隋智通