專利名稱：連續(xù)生產(chǎn)氮化釩合金的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于鋼鐵冶金領(lǐng)域，涉及氮化釩合金的生產(chǎn)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，氮也是合釩鋼中一種經(jīng)濟有效的合金元素。
釩、氮微合金化技術(shù)充分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(xì)晶強化和沉淀強化作用，顯著地提高了鋼的強度。更具有實用價值的是采用釩、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，降低鋼的生產(chǎn)成本。釩氮微合金化的各類鋼種已在實踐中得到了廣泛應(yīng)用。為此，生產(chǎn)釩氮微合金化鋼所用的氮化釩合金及其生產(chǎn)倍受人們的關(guān)注。
在現(xiàn)有技術(shù)中，氮化釩合金的制備均以V2O3為原料，采用真空還原法制備出碳化釩，然后對碳化釩再進(jìn)行滲氮處理，制備出氮化釩合金。南非瓦米特克礦物公司(Wamitco Minerals Corporation)就是采用上述方法在真空感應(yīng)爐中進(jìn)行高溫碳熱還原，制備碳化釩，然后在爐中反復(fù)通氮氣及真空條件下生產(chǎn)出氮化釩合金。其生產(chǎn)設(shè)備投資較大，工藝流程較長，故生產(chǎn)成本高。攀枝花鋼鐵(集團)公司也是使用V2O3為原料，與石墨粉壓制成型的物料加入到推板窯或隧道窯式的裝置中，進(jìn)行非真空還原氮化反應(yīng)，制備出氮化釩合金。所使用的窯式裝置，其窯的內(nèi)襯、推板或推車均由碳質(zhì)材料制成，而窯的工作在1000～1800℃，窯內(nèi)壓力在1個大氣壓至1～100Pa之間，在此條件下，碳質(zhì)材料經(jīng)常損壞，難于維持正常生產(chǎn)，更為擴大生產(chǎn)帶來困難。
本實用新型的目的在于提供一種生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟合理、且能長時維持運轉(zhuǎn)的連續(xù)生產(chǎn)氮化釩合金的裝置。
針對上述目的，本實用新型連續(xù)生產(chǎn)氮化釩合金的裝置設(shè)計為豎式的電加熱裝置，該裝置包括真空加料裝置、進(jìn)料閥、豎式電爐、強制冷卻區(qū)、冷卻排料裝置、排料閥門和真空氣體保護室。豎式電爐包括預(yù)熱預(yù)還原區(qū)、還原氮化區(qū)和緩冷區(qū)。盛裝氧化釩加碳球團料罐由真空加料裝置進(jìn)入豎式電爐，依次垛放在爐膛中，自上而下穩(wěn)定運行，氮氣則由爐底自下而上運行，料罐經(jīng)預(yù)熱預(yù)還原區(qū)和還原氮化區(qū)，罐中的氧化釩加碳球團料得到還原，同時還被上升的氮氣所氮化，得到氮化釩合金料，經(jīng)緩冷區(qū)、冷卻排料裝置和真空氣體保護室后，進(jìn)入精整設(shè)備，加工成合格的氮化釩合金產(chǎn)品。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下優(yōu)點①由于料罐在豎式電爐中罐罐相垛，且自上而下運行，故能連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，成本低。
②由于豎式電爐入料口和產(chǎn)品出口均采用真空室進(jìn)料和出料，避免大氣進(jìn)入爐內(nèi)，裝入豎式電爐的球團料含有的空氣極少，致使球團還原氮化質(zhì)量和效率都得到提高，質(zhì)量穩(wěn)定。
③氧化釩加碳球團料裝入料罐中，防止了球團料在還原氮化運行過程中與爐壁接觸，避免與豎式電爐的內(nèi)襯粘結(jié)，保證爐況順行，生產(chǎn)工藝易于控制，使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。
④本裝置的加熱部分為豎式電爐，爐料能與還原氮化氣體充分接觸，而且氮氣在上升過程，經(jīng)電爐的緩冷區(qū)，得到預(yù)加熱，故還原氮化反應(yīng)快而充分，能保證產(chǎn)品質(zhì)量，氮氣利用率明顯提高。
⑤高溫還原氮化過程中產(chǎn)生的CO上升到預(yù)熱預(yù)還原區(qū)時，可用來將球團中的V2O5還原為V2O3。這既提高了CO化學(xué)能的利用效果，又提高了V2O3在高溫還原反應(yīng)區(qū)的反應(yīng)效率。


圖1為本實用新型連續(xù)生產(chǎn)氮化釩合金的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
從圖1可看出，本實用新型連續(xù)生產(chǎn)氮化釩合金的裝置由真空加料裝置24，進(jìn)料閥9、豎式電爐8、強制冷卻區(qū)13、冷卻排料裝置14、排料閥門15、真空氣體保護室25、傳送帶19和20、精整設(shè)備16組成；真空加料裝置24通過進(jìn)料閥9與豎式電爐8相連相通，強制水冷卻區(qū)13與豎式電爐8的底部相連相通，冷卻排料裝置14則處于強制冷卻區(qū)13的下方，并與其相連相通，托架交替運動機構(gòu)27、28設(shè)置于冷卻排料裝置14之內(nèi)，并處于強制冷卻區(qū)13底部的正下方，冷卻排料裝置14通過閥門15和傳送帶19與真空保護室25相連相通，精整設(shè)備16通過傳送帶20與真空保護室25相連。
在真空加料裝置24的頂部裝有吊具26，用于吊裝料罐7。
豎式電爐8由爐殼1、內(nèi)襯2、隔熱填充料3、電阻合金絲4、感應(yīng)圈6和緩冷區(qū)5組成。其中爐殼1和內(nèi)襯2均為圓柱形。隔熱填充料3處于爐殼1和內(nèi)襯2之間，防止?fàn)t內(nèi)熱量向外傳播擴散，電阻合金絲4和感應(yīng)圈6自上而下分別處于內(nèi)襯2的外圍，作為該豎式電爐的熱源，分別位于豎式電爐內(nèi)腔的預(yù)熱預(yù)還原區(qū)10和還原氮化區(qū)12的對應(yīng)位置，還原氮化區(qū)12之下為緩冷區(qū)5，緩冷區(qū)5的內(nèi)襯33為常規(guī)耐火材料。
抽氣泵38通過閥門F1與真空加料裝置24相連，用于將該裝置抽成真空。同時，真空加料裝置24通過閥門F2，從進(jìn)料閥9下方與爐膛相連，與排氣管道40相連，將充入爐內(nèi)的剩余氮氣及還原反應(yīng)產(chǎn)生的CO、CO2殘余氣體排出爐外；另外，抽氣泵39通過閥門F6和F5分別與真空氣體保護室25和冷卻排料裝置14相連，用于排氣和充氣。真空氣體保護室25的功能是保護爐內(nèi)不進(jìn)入空氣，使之獲得穩(wěn)定的高質(zhì)量的氮化釩產(chǎn)品。
強制冷卻區(qū)13的內(nèi)襯為冷卻水套35，用于冷卻料罐7中的球料。
在冷卻排料裝置14中設(shè)有推桿29，用于推運料罐7進(jìn)入傳送帶19，在托架交替運動機構(gòu)28的下部連接升降機34。
圖1中42、43、44為閥門9、15和36相應(yīng)的連桿，用于開、閉閥門，所有閥門均為適時自動開、閉。
圖1中7為料罐，其料罐體為可透氣多孔的襯壁，由抗高溫性能良好的優(yōu)質(zhì)耐火材料制成，用于盛裝氧化釩加碳球團及隨后制備好的氮化釩合金成品。
由于豎式電爐8中的預(yù)熱預(yù)還原區(qū)10和還原氮化區(qū)12所要求的溫度不同，預(yù)熱預(yù)還原區(qū)10的溫度為常溫至1000℃，還原氮化區(qū)12的溫度為1000～1500℃，故相對應(yīng)的電加熱體和內(nèi)襯材料也不同，相對于預(yù)熱預(yù)還原區(qū)10的電阻合金絲4選用高級氧化鋁質(zhì)耐火材料，而相對于還原氮化區(qū)12的感應(yīng)圈6為中頻感應(yīng)發(fā)熱體，相對應(yīng)的內(nèi)襯選用優(yōu)質(zhì)石墨質(zhì)套筒。
另外，進(jìn)料閥9用耐熱材料制成，其本身除了具有閥門作用外，因它處于豎式電爐的頂部，還需具有屏蔽爐內(nèi)熱輻射和熱擴散的作用。
本裝置連續(xù)生產(chǎn)氮化釩合金產(chǎn)品的過程如下首先生產(chǎn)氮化釩合金產(chǎn)品所需的原料——氧化釩與石墨粉混合壓制成型的球團料裝入料罐7中，真空加料裝置24通過吊具26將料罐7提起，并移至豎式電爐8的上方，對接進(jìn)料閥9，并關(guān)閉進(jìn)料閥9，然后打閥門F1，啟動抽氣泵39，對真空加料裝置24抽真空、脫氣后，接著關(guān)閉閥門F1，打開閥門F2，再打開進(jìn)料閥9，吊具26將料罐7下降垛放在豎式電爐8的預(yù)熱預(yù)還原區(qū)10內(nèi)的料罐上，吊具26升至真空加料裝置24內(nèi)，關(guān)閉進(jìn)料閥9，關(guān)閉閥門F2，此時完成了一個料罐7的抽真空脫氣和入爐的一個操作過程。多個料罐7一個接一個地垛放在爐膛內(nèi)，就形成了料罐垛。料罐7隨著爐膛內(nèi)料罐垛依次進(jìn)入預(yù)熱預(yù)還原區(qū)10、還原氮化區(qū)12、強制冷卻區(qū)13、冷卻排料裝置14、排料閥15、真空氣體保護室25，依靠冷卻排料裝置14內(nèi)的托架交替運動機構(gòu)27和28，使料罐垛緩慢地向下運動，最底層的一個料罐7脫離料罐垛，由推料桿29將料罐7推向排料閥15方向，進(jìn)入真空氣體保護室25，關(guān)閉排料閥15，打開真空氣體保護室25的出料閥36，料罐7就出爐了，完成了料罐7在本實用所述裝置中運行的整個過程。
與此同時，當(dāng)料罐7由真空加料裝置24進(jìn)入豎式電爐8爐膛內(nèi)的料罐垛時，電阻合金絲4和感應(yīng)圈6已啟動工作，相應(yīng)的爐膛內(nèi)的預(yù)熱預(yù)還原區(qū)10和還原氮化區(qū)12都已達(dá)到預(yù)定的溫度。當(dāng)料罐7進(jìn)入預(yù)熱預(yù)還原區(qū)10時，料罐7中的氧化釩加碳球團料逐步得到預(yù)熱，并開始預(yù)還原，再繼續(xù)進(jìn)入還原氮化區(qū)12，被石墨碳直接還原和碳化，并被由豎式電爐8下部通入的氮氣所氮化，由豎式電爐8的底部進(jìn)入爐膛，經(jīng)緩冷區(qū)5預(yù)熱后，進(jìn)入還原氮化區(qū)12和預(yù)熱預(yù)還原區(qū)10，對料罐7中的球團料進(jìn)行氮化反應(yīng)，并完成氮氣過程。也就是說，料罐7在爐膛內(nèi)的自上而下的運行過程中，就逐步地完成了氧化釩的還原氮化過程，最終形成合格的氮化釩合金產(chǎn)品。
為了利于氧化釩加碳球團料還原氮化反應(yīng)的順利進(jìn)行和防止空氣進(jìn)入爐膛，豎式電爐的內(nèi)膛維持正壓操作，壓力為0.1～10KPa。為了推動氮氣向上流動，下部氣體壓力要高于上部。
權(quán)利要求1.一種連續(xù)生產(chǎn)氮化釩合金的裝置，其特征在于①該裝置由真空加料裝置(24)、進(jìn)料閥(9)、豎式電爐(8)、強制冷卻區(qū)(13)、冷卻排料裝置(14)、托架交替運動機構(gòu)(27、28)、排料閥門(15)、真空氣體保護室(25)、傳送帶(19、20)和精整設(shè)備(16)組成；真空加料裝置(24)通過進(jìn)料閥(9)與豎式電爐(8)的頂部相連相通，強制冷卻區(qū)(13)與豎式電爐(8)的底部相連相通，冷卻排料裝置(14)則處于強制冷卻區(qū)(13)的下方，并與其相連相通，托架交替運動機構(gòu)(27、28)設(shè)置于冷卻排料裝置(14)之內(nèi)，并處于強制冷卻區(qū)(13)底部的正下方，冷卻排料裝置(14)通過排料閥門(15)和傳送帶(19)與真空保護室(25)相連相通，精整設(shè)備(16)通過傳送帶(20)和閥門(36)與真空保護室(25)相連；②豎式電爐(8)由爐殼(1)、內(nèi)襯(2)、隔熱填充料(3)、電阻合金絲(4)、感應(yīng)圈(6)和緩冷區(qū)(5)組成；隔熱填充料(3)處于爐殼(1)和內(nèi)襯(2)之間，電阻合金絲(4)和感應(yīng)圈(6)自上而下分別處于內(nèi)襯(2)的外圍，相對于電阻合金絲(4)和感應(yīng)圈(6)的豎式電爐的內(nèi)腔位置分別為該爐膛的預(yù)熱預(yù)還原區(qū)(10)和還原氮化區(qū)(12)；③冷卻排料裝置(14)中設(shè)有托架交替運動機構(gòu)(27、28)和傳送帶(19)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于真空加料裝置(24)的頂部裝有吊具(26)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于抽氣泵(38)通過閥門F1與真空加料裝置(24)相連，抽氣泵(39)通過閥門F5和F6與真空氣體保護室(25)和冷卻排料裝置(14)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于料罐體(7)為可透氣的多孔的襯壁，由優(yōu)質(zhì)耐火材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于強制冷卻區(qū)(13)的內(nèi)襯為冷卻水套(35)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于相對于電阻合金絲(4)和感應(yīng)圈(6)的內(nèi)襯(2)由不同的耐火材料制成。
專利摘要本實用新型屬于鋼鐵冶金領(lǐng)域，涉及氮化釩合金的生產(chǎn)裝置。本實用新型連續(xù)生產(chǎn)氮化釩合金的裝置為豎式電加熱裝置，包括真空加料裝置、進(jìn)料閥、豎式電爐、強制冷卻區(qū)、冷卻排料裝置、排料閥門和真空氣體保護室。豎式電爐包括預(yù)熱預(yù)還原區(qū)、還原氮化區(qū)和緩冷區(qū)。盛裝氧化釩加碳球團料的料罐在豎式電爐爐膛中，自上而下運行的過程中，罐中的氧化釩物料在被還原的同時，也由爐底自下而上的氮氣被氮化，獲得氮化釩合金產(chǎn)品。
文檔編號C22C1/00GK2690415SQ200420004330
公開日2005年4月6日 申請日期2004年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月19日
發(fā)明者宋毓珮, 楊志忠 申請人:宋毓珮, 楊志忠