[發明專利]一種連續還原生產釩氮合金的方法

無效

• 申請號: 201010100293.2
• 申請日: 2010-01-22
• 公開（公告）號: CN101845566A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發明（設計）人: 段東平;肖望強;趙紀偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所;中國科學院唐山高新技術研究與轉化中心
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22C27/02
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 高宇;楊小蓉

技術領域

本發明屬于鋼鐵冶金領域的添加劑的制備方法，特別是涉及一種(高溫快速)連續還原生產釩氮合金的方法及生產設備。

背景技術

釩氮合金是煉鋼的優良添加劑，可用于結構鋼、工具鋼、管道鋼、鋼筋、普通工程鋼以及鑄鐵制備中的添加劑，能夠顯著提高鋼材的耐磨性、耐腐性、韌性、強度、硬度、延展性以及抗熱疲勞性等綜合機械性能，并使鋼具有良好的可焊接性能，且起到消除夾雜物延伸等作用。釩氮合金技術充分利用了廉價的氮元素，釩鋼中氮含量的增加降低了析出相長大與粗化的趨勢，析出相顆粒變細，更充分發揮釩的作用。尤其是在高強度低合金鋼中，添加釩氮合金比添加釩鐵具有更有效的沉淀強化和晶粒細化作用，同時在高強度低合金鋼中可節約20wt％～40wt％的釩，從而降低煉鋼生產成本，具有很好的應用價值。為此，國家科技部、建設部聯合發文，明確規定，自2001年起，國內所有優質鋼材的生產必須添加釩氮合金。

目前，在制備釩氮合金現有的技術中，沒有提及有關(高溫快速)連續還原生產釩氮合金的方法。1985年，美國專利US4562057以釩的高價氧化物V₂O₅或釩酸銨為原料和以混合氣體(氮氣+氨氣)為還原劑及氮化劑，先在爐中675～700℃下預還原1h，將低熔點高價釩氧化物還原至高熔點的低價釩氧化物，之后在950℃下同時進行還原和滲氮3～4h，其后產品還將再應用碳熱還原法，在1400℃左右，去除大量的氧，制得碳氮化釩產品；該過程制備步驟多而且不連續，難以應用到工業生產中。

1988年北京科技大學王功厚等人在“碳化釩、碳氮化釩生產工藝條件的實驗室研究”中，提出了氮化釩的制取方法，即用V₂O₅與活性炭壓塊成型，在實驗條件下進行碳熱還原，在1673K和1.333Pa真空下先還原生成VC，隨后通入氮氣，在101325Pa下滲氮1.5小時，可獲得72.99～81.22wt％V，4.54～6.65wt％C，9.069wt～9.577wt％N，1.701～1.956wt％O的樣品。為了提高氮化釩的強度，在原料中加入3wt％鐵粉；該過程需要真空系統，設備投資高，操作復雜。

2008年，劉先松等人在申請號為200810022372.9的“一種高密度釩氮合金的生產方法”中，采用在氮氣氣氛下外熱式回轉窯，在氮氣保護下將回轉窯預燒到1000℃以下，在外熱式回轉窯出料口收集經氮氣保護下冷卻至室溫的預燒的塊狀產品；然后推入改進的軟磁氮氣氛爐窯中，加熱到1000～1500℃溫度，物料發生碳化和氮化反應，出爐后獲得釩氮合金產品。

2008年，劉秋生等人在“V₂O₅燒成釩氮合金工藝設備研究”中對五氧化二釩燒結成釩氮合金的工藝設備進行了研究，提出還原過程分三級進行，一級還原溫度為670℃，二級還原溫度為1250℃，三級氮化溫度為1450℃；這些過程碳化和氮化反應溫度為670℃～1500℃，反應速度慢、產量低，不適宜進行大批量工業生產。

發明內容

本發明目的在于提供一種在工業上高溫快速連續還原生產釩氮合金的方法，通過控制溫度，使含碳V₂O₅球團發生自還原，迅速完成還原和氮化過程，從而顯著提高相同生產線長度釩氮合金產品的產量；同時當達到一定溫度后，經過高溫快速還原，釩氮合金抗再氧化能力大大加強，當生產設備推板窯爐膛內進入少量空氣時，幾乎不被再氧化，從而解決了生產中推板窯使用時間長、爐膛內密封不嚴導致的釩氮合金表面被氧化難題；并給出了在一定溫度下，為實現預期反應速度、產量，含碳V₂O₅球團最佳體積與料層厚度。

本發明的技術方案如下：

本發明提供的連續還原生產釩氮合金的方法，其采用電加熱推板窯進行釩氮合金的連續還原生產，所述電加熱推板窯包括：

縱向進料段I；

位于縱向進料段I之后的縱向還原氮化段；

位于縱向還原氮化段之后的自然冷卻段III；

位于自然冷卻段III后的縱向冷卻水冷段V；

其特征在于：還包括：位于縱向自然冷卻段III和縱向冷卻水冷段V之間的縱向氮氣預熱段IV；和

由前至后均勻安裝于所述縱向高溫還原氮化段II內的硅鉬棒加熱元件2，所述硅鉬棒加熱元件硅鉬棒2垂直插入石墨碳磚爐膛5與高鋁質耐火磚層10之間形成的加熱元件腔內，并通過碳質泥漿將石墨碳磚爐膛5粘結成密封的爐膛整體；

所述縱向還原氮化段為縱向高溫還原氮化段II，其溫度為1550～1650℃。