專利名稱：氮化釩合金連續(xù)生產(chǎn)的工藝及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼鐵冶金領(lǐng)域，涉及氮化釩合金的生產(chǎn)方法及其裝置。
背景技術(shù)：
釩是生產(chǎn)微合金化鋼最常用的也是最有效的強化元素之一，氮是含釩鋼中一種經(jīng)濟有效的合金化元素。
釩、氮微合金化技術(shù)充分地利用了廉價的氮元素，并優(yōu)化了釩的析出，更好地發(fā)揮了細晶強化和沉淀強化作用，顯著地提高了鋼的強度。更具有實用眾值的是采用釩、氮微合金化，在低釩量下獲得較高的強度，明顯地節(jié)約了含釩量，降低了鋼的生產(chǎn)成本。釩氮微合金化技術(shù)在高強度鋼筋、非調(diào)質(zhì)鋼等長形材產(chǎn)品開發(fā)中已得到成熟的應用。如在3級鋼筋生產(chǎn)中，通過采用釩氮微合金化技術(shù)，已批量制得了HRB400一級抗震鋼筋，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良，合金化成本降低了40％。釩氮合金作為一種高強度低合金鋼最經(jīng)濟有效的釩、氮添加劑，具有很好的應用價值，因而倍受人們的關(guān)注。
在現(xiàn)有技術(shù)中，釩氮合金的制備均以V2O3為原料，采用真空還原方法制備出碳化釩，生產(chǎn)的碳化釩再進行滲氮，或非真空法制備出氮化釩，即釩氮合金。南非的Vametco Minerals Corpration和我國攀枝花鋼鐵公司均是采用上述原料和方法生產(chǎn)氮化釩的，這些方法能生產(chǎn)出合格的氮化釩，但存在如下不足之處1、V2O3不是提釩加工的原始釩氧化物。它是將以V2O5為主要成分的黑釩和紅釩(粉釩)或多釩酸銨預先還原成V2O3。然后以V2O3作為制備氮化釩的原料。即整個氮化釩是在兩套設備中分別完成的，因其效率低，設備投資大，制造成本高。
2、上述兩個公司所采用的制備氮化釩的方法，從嚴格的冶金過程概念講，都不是連續(xù)的生產(chǎn)方法。而是單爐式的或遂道窯中單罐式的生產(chǎn)過程。不僅生產(chǎn)效率低，而且產(chǎn)品的成分很難控制嚴格一致(即很不穩(wěn)定)，特別是經(jīng)常出現(xiàn)設備故障時，更為如此。
上述兩個公司為什么不直接使用V2O5原料呢？因為V2O5在升溫條件下被氣體還原成V2O3的過程中，難于克服V2O5的熔化及由此帶來的球團燒(粘)結(jié)技術(shù)難題。但卻可利用制備氮化釩過程中，V2O3原料中殘存的V2O5熔化燒結(jié)來提高合金球團的密度和強度。以致沒有連續(xù)化生產(chǎn)氮化釩生產(chǎn)工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種投資小，設備簡單，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品成分穩(wěn)定的氮化釩合金連續(xù)生產(chǎn)的工藝及裝置。
針對上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明氮化釩合金連續(xù)生產(chǎn)的工藝，其工藝流程包括粉料配料、混碾、壓塊成型、烘干、還原碳化和氮化，產(chǎn)物的精整加工。現(xiàn)分述如下(1)粉狀原料配料原料由V2O5(即黑釩粉料或紅釩)、碳質(zhì)還原料、液態(tài)粘結(jié)劑組成。
原料的組成配比(wt％)為V2O560-85％，碳質(zhì)還原料12-30％，液態(tài)粘結(jié)劑3-15％。
在上述原料中，V2O5采用常用的黑釩粉(V2O5≥98.5％)、紅釩(V2O5≥99％)中任一種或兩者之和。
碳質(zhì)還原料為石墨粉、本炭粉、優(yōu)質(zhì)石油焦中一種或任兩種以上之和。
粘結(jié)劑選用用水稀釋或溶解的糖漿原液、水玻璃、腐蝕酸類型多功能粘結(jié)劑、聚乙烯醇樹脂或糖漿廢液中任一種或任兩種以上之和。
(2)混碾按生產(chǎn)技術(shù)工藝配比要求，將分別稱重的粉狀V2O5、石墨粉裝入混碾機初步混合，并在加入粘結(jié)劑后完成混勻攪拌、潤濕悶料的工序加工。
(3)壓制成型將混勻悶好的混合料，利用強力壓制成型機將其壓制成扁球團，球團直徑φ20-50mm、高度15-35mm。
(4)烘干將壓制成型的球團放入烘干爐中進行烘干，烘干溫度100-200℃，烘干時間0.5-3小時。成型的生球團經(jīng)烘干處理，干球團的抗壓強度達到80kg/球以上，以適合于在還原氮化豎式電爐中還原氮化過程的工藝要求。
(5)還原氮化處理經(jīng)烘干處理的成型球團，可連續(xù)地進入還原氮化豎式電爐中，進行還原氮處理。該還原氮化豎式電爐分為兩段，前段為V2O5的預還原段，后段為V2O3的還原氮化段。V2O5加碳球團首先預熱段進入預還原段。該球團中的V2O5被爐氣中的CO進行預還原反應，預還原區(qū)的溫度為400-800℃。預還原過程的反應方程式為，其中CO來自還原氮化段球團在還原氮化過程中的產(chǎn)物。通過上述反應后，V2O5直至生成V2O3。此后V2O3球團在運行中逐步被加熱，并進入還原氮化段，該段的溫度范圍為1000-1500℃。預還原段和還原氮化段之間存在一個溫度過渡區(qū)。
球團中的V2O3與C發(fā)生碳熱還原反應生成碳化釩，其反應式為
在還原氮化段下部不斷通入氮氣的條件下，V2O3可按下面反應式生產(chǎn)VN化合物。
在還原氮化段的下部，由于溫度高，且有足量的C和N2存在，上述三個反應均能快速進行。已經(jīng)生成的V2C也能與N2反應，并可生成VC和VN。直至完成整個氮化釩的生成。氮化釩合金是氮化釩和碳化釩的共生體的統(tǒng)稱，其化學式為VCxNy(x+y＝1)。
整個預還原和還原氮化過程所需熱能，由爐內(nèi)安放的電阻合金絲及感應圈通過電加熱轉(zhuǎn)化的熱能提供。
本發(fā)明氮化釩合金連續(xù)生產(chǎn)的裝置由料倉、混碾機、壓制成型機、烘干爐、料斗、還原氮化豎式電爐、爐外冷卻排料裝置，成品精整加工設備、耐火材料內(nèi)襯、電阻合金絲(22)和感應圈(23)電加熱體，組成。其中料倉，混碾機、壓制成型機、烘干機和料斗通過傳送帶順序相連。料斗與還原氮化豎式電爐的入料口相對相通。爐外冷卻排料裝置與還原氮化豎式電爐的強制冷卻段相連相通。排料口緊接爐外冷卻排料裝置，并通過傳送帶與成品精加工設備相連。還原氮化豎式電爐設有排氣口。將爐內(nèi)殘余N2、CO和CO2引出爐外。爐外冷卻排料裝置上設有N2入口，將N2引入連續(xù)還原氮化豎式電爐，用于合金氮化的氣源。
還原氮化豎式電爐包括入料口、耐火材料內(nèi)襯、電阻合金絲(22)和感應圈(23)電加熱體、預熱區(qū)、預還原區(qū)、還原氮化區(qū)、強制冷卻區(qū)。入料口設在該爐的上部，并與料斗相通，預熱區(qū)緊鄰入料口，預熱區(qū)下方則是預還原區(qū)，其后緊接還原氮化區(qū)，下方則是強制冷卻區(qū)，強制冷卻區(qū)與爐外冷卻排料裝置相接相通。
采用本發(fā)明所述的氮化釩合金連續(xù)生產(chǎn)的工藝及裝置，能生產(chǎn)質(zhì)優(yōu)價廉的氮化釩合金，而且由于可實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，故生產(chǎn)效率高，成本低。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點1、本發(fā)明直接以V2O5為原料，省去了現(xiàn)有技術(shù)中以V2O3為原料時，先將V2O5還原成V2O3的工藝及設備，大大地節(jié)約了熱能和省去了還原氣體的額外消耗，降低了消耗和生產(chǎn)成本。
2、本發(fā)明是連續(xù)生產(chǎn)氮化釩合金，其生產(chǎn)工藝易于控制，不僅氮化釩合金成分均勻穩(wěn)定，而且產(chǎn)品質(zhì)量更穩(wěn)定，令用戶放心使用。
3、生產(chǎn)效率提高。
4、設備投資少，有利于合金生產(chǎn)企業(yè)采用。
現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。


圖1為本發(fā)明氮化釩合金連續(xù)生產(chǎn)的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
從圖1可看出，本發(fā)明氮化釩合金連續(xù)生產(chǎn)的裝置由料倉1、2、3、混碾機4、壓制成形機5、烘干爐6、料斗7、還原氮化豎式電爐8，爐外冷卻排料裝置14，成品精整加工設備16、傳遞帶19和20組成。其中還原氮化豎式電爐8包括入料口9、預熱段10、預還原段11、還原氮化段12、強制冷卻段13、耐火材料內(nèi)襯(21)、電阻合金絲22和感應圈23電加熱體，。入料口9設在該爐的上部，與料斗7相對相通，預熱段10緊鄰入料口9，預熱段10下方則是預還原段11，其后緊接還原氮化段12，下方則是強制冷卻段13。在整個氮化釩合金的連續(xù)生產(chǎn)裝置中，料倉1、2、3、混碾機4、壓制成型機5、烘干爐6和料斗7通過傳遞帶19順序相連。其中料斗7與連續(xù)還原氮化豎式電爐8的入料口9相通。爐外冷卻排料裝置14與還原氮化爐8的強制冷卻區(qū)段13相連相通，排料口15處于爐外冷卻排料裝置14的下方，并通過傳送帶20與成品精整設備16相連。另外，在還原氮化豎式電爐8的頂部設有排氣口。爐外冷卻排料裝置14處設有N2入口。料倉1、2、3均在出口處設有計量器具，其中料倉1存放V2O5。料倉2設有3個料斗，分別存放碳質(zhì)還原料中的石墨、木炭、石油焦，而料倉3設有多個罐式容器，分別存放各種類型的液態(tài)粘結(jié)劑。
本發(fā)明氮化釩合金連續(xù)生產(chǎn)的過程如下首先，通過料倉1、2、3出口處的計量器，并按照氮化釩的原料組成和配比配備原料，原料配備好后經(jīng)傳送帶進入混碾機4中，邊混合、邊碾濕悶料，直至原料混合均勻，濕混合料送入壓制成型機5，壓制成扁球團，壓制好的球團經(jīng)烘干爐6進行烘干，烘干后的球團經(jīng)傳送帶進入料斗7中，料斗7中的球團通過入料口9進入還原氮化豎式電爐8中，球團處于緊鄰入料口9的預熱段10，在此被爐內(nèi)上升的熱氣流預熱；球團經(jīng)預熱后緊接著進入預還原段11，由下部還原氮化段12上升的CO和N2組成混合氣體，對球團進行預還原，將V2O5還原成V2O3；V2O5還原成的V2O3加碳球團隨后進入高溫還原氮化段。在這里，球團中V2O3被球團內(nèi)與之緊密接觸的碳質(zhì)還原料進行直接還原。同時被由爐外冷卻排料裝置14進入的氮氣N2氮化，最終生成氮化釩合金VCxNy，完成全部氮化釩合金的生產(chǎn)過程。制取氮化釩時N2的消耗量，約700nm3/t。還原氮化豎式電爐的下部，N2始終維持正壓，以便克服料層阻力、能順利穿過爐內(nèi)料柱。整個預還原和還原氮化過程中產(chǎn)生的廢氣(較大量的N2，CO2和少量的CO)從爐頂?shù)呐艢饪谂懦?，進入回收系統(tǒng)。
實施例根據(jù)本發(fā)明所述的生產(chǎn)工藝，在本發(fā)明所述氮化釩合金連續(xù)生產(chǎn)的裝置上，試制了4批氮化釩合金。所配備的4批原料組成及配比如表1所示。原料配備后，經(jīng)混碾、壓制成型和烘干，球團進入料斗。球團的尺寸，烘干參數(shù)列入表2中，球團從料斗經(jīng)入料口進入還原氮化豎式電爐，先后經(jīng)預熱段、預還原段進入還原氮化段。預還原段、還原氮化段的溫度范圍，以及進入還原氮化豎式電爐的氮氣流量列入表3中。最終經(jīng)還原氮化段的還原氮化制取氮化釩。氮化釩經(jīng)強制冷卻段并通過爐外冷卻排料裝置進行冷卻成為氮化釩合金料。四批成品合金料中3批精整加工成合金壓塊，1批則制成合金包芯線。4批成品形式也列入表3中。對4批成品進行了取樣化驗，測出的氮化釩合金的化學成分如表4所示。
表1 實施例原料組分及配比(wt％) 注紅釩中V2O5≥99％，黑釩中V2O5≥98.5％表2 實施例球團尺寸和烘干參數(shù) 表3 實施例預還原區(qū)，還原氮化區(qū)溫度范圍
表4 實施例氮化釩成品的化學成分(wt％) 注其它包括氧、鐵、鎂等
權(quán)利要求
1.一種氮化釩合金連續(xù)生產(chǎn)的工藝，其工藝流程包括粉狀原料配料、混碾、壓塊成型、烘干、還原氮化處理，成品精整加工幾個工序，其特征在于(1)原料由V2O5、碳質(zhì)還原料、液態(tài)粘結(jié)劑組成，原料的組成配比(wt％)為V2O560-85％碳質(zhì)還原料12-30％，液態(tài)粘結(jié)劑3-15％；(2)壓制成型的混合料扁球團，其直徑為φ20-50mm，高度H15-35mm；(3)混合料壓制球團需進行烘干處理，烘干溫度100-200℃，烘干時間0.5-3小時；(4)還原處理是在一個兩段式可連續(xù)生產(chǎn)的還原氮化豎式電爐中進行，前段為V2O5的預還原段，后段為V2O3的還原氮化段。預還原段的溫度范圍為400-800℃，還原氮化段的溫度范圍為1000-1500℃，兩段之間存在一個溫度過渡區(qū)；(5)預還原段V2O5還原為V2O3利用了還原氮化段還原氮化過程中所產(chǎn)生的CO；(6)終還原成品VCxNy可壓制成塊狀或包制成合金芯線。
2.根據(jù)要求1所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于V2O5為黑釩或紅釩中任一種或兩者之和。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于碳質(zhì)還原料為石墨粉、木炭粉或優(yōu)質(zhì)石油焦中任一種或任兩種以上之和。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于粘結(jié)劑選用糖漿原液，水玻璃、腐蝕酸類型的多功能粘結(jié)劑、聚乙烯醇樹脂或糖漿廢液中任一種或任兩種以上之和。
5.一種氮化釩合金的連續(xù)生產(chǎn)裝置，其特征在于它由料倉(1、2、3)、混碾機(4)、壓制成型機(5)、烘干爐(6)、料倉(7)、還原氮化豎式電爐(8)、爐外冷卻排料裝置(14)、成品精整加工設備(16)、和傳送帶(19、20)組成。料倉(1、2、3)、混碾機(4)、壓制成型機(5)、烘干爐(6)和料斗(7)通過傳送帶(19)順序相連。其中料斗(7)與還原氮化豎式電爐(8)的入料口(9)相通。爐外冷卻排料裝置(14)與還原氮化豎式電爐(8)下部的強制冷卻區(qū)(13)相連相通，爐外冷卻排料裝置(14)的下方設有排料口(15)，并通過傳送帶(20)與成品精整加工設備(16)相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的連續(xù)生產(chǎn)裝置，其特征在于還原氮化豎式電爐(8)包括入料口(9)、預熱區(qū)(10)、預還原區(qū)(11)、還原氮化區(qū)(12)、強制冷卻區(qū)(13)、耐火材料內(nèi)襯(21)、電阻合金絲(22)和感應圈(23)電加熱體，預熱區(qū)(10)緊鄰入料口(9)，還原氮化豎式電爐的下方則是強制冷卻區(qū)(13)、它與爐外冷卻排料裝置(14)相連。
全文摘要
本發(fā)明屬于鋼鐵冶金領(lǐng)域，涉及氮化釩合金的生產(chǎn)。本發(fā)明氮化釩合金連續(xù)生產(chǎn)的工藝，其工藝流程包括配料、混碾料、壓制成型、烘干、還原氮化，成品精整加工。原料組成配比為V
文檔編號C22C29/00GK1478915SQ0314614
公開日2004年3月3日 申請日期2003年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月24日
發(fā)明者楊志忠, 王躍華, 賈震起, 蔡忠, 司馬柳如, 田震, 宋毓珮, 如 申請人:江蘇中興五礦有限責任公司