專利名稱：一種制備氮化釩的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼鐵冶金領(lǐng)域，涉及氮化釩的制備方法。
背景技術(shù)：
氮化釩是一種優(yōu)良的煉鋼添加劑，能顯著地提高和改善鋼材的綜合機(jī)械性能和焊 接性能。與使用釩鐵相比可以節(jié)約20% 40%的釩資源，從而降低了煉鋼生產(chǎn)成本。以建 筑業(yè)為例，使用釩氮合金化技術(shù)生產(chǎn)的新三級(jí)鋼筋因其強(qiáng)度提高，不僅增強(qiáng)了建筑物的安 全性、抗震性、強(qiáng)韌性、焊接性能，還可以較使用普通鋼筋節(jié)約鋼材10%至12%等優(yōu)點(diǎn)。1967 年 J. H. Downing 等人在 US3334992 中披露，將 181Kg 的 V2O5，62Kg 碳粉，4. IKg 樹膠脂和Ig鐵粉混勻后，在20. 68MPa下壓制成型，樣品尺寸為51 X 51 X 38mm。在1385°C 和22. 7Pa真空下進(jìn)行碳還原，還原時(shí)體系真空度降到^661 再保持60h，體系真空度又還 原到22. 7Pa,即標(biāo)志還原過(guò)程結(jié)束。此時(shí)將爐子停止加熱，冷卻至室溫時(shí)樣品出爐，得到的 是碳化釩(VCx)。當(dāng)真空度恢復(fù)至22. 7Pa，爐子不停止加熱而溫度降至1100°C時(shí)，將氮?dú)馑?至爐內(nèi)并保持氮的分壓為Pn2 = 700 1000 。先恒溫滲氮池，然后將爐溫調(diào)至1000°C再滲 氮他電爐停止加熱，在氦氣氛下冷至室溫出爐，其產(chǎn)品的化學(xué)組成為78. 75% V 10. 5% C 7. 3% N，所以又稱這種VN為VCN。1999年王功厚等人，用V2O5與活性碳?jí)簤K成型，在實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行碳熱還原，在 1673K和1. 3331 真空下先還原生成VC，隨后通入氮?dú)?，?013251 氮?dú)鈮毫ο聺B氮1. 5 小時(shí)，可獲得86% V、7% C、9. 069% 9. 577% N、2% 0樣品。為了提高氮化釩強(qiáng)度，在原料 中加入3%鐵粉。上述兩個(gè)過(guò)程需要高真空度，設(shè)備成本和運(yùn)轉(zhuǎn)成本都比較高，并且不涉及反應(yīng)過(guò) 程的加熱方式。1977年美國(guó)聯(lián)合碳化物公司在美國(guó)專利US4040814中披露，將V2O3和碳在1100 1500°C下還原氮化制備得到了含氮12%的氮化釩。2001年孫朝暉等人在中國(guó)專利CN1422800A中披露，將粉末狀的釩氧化物，碳質(zhì)粉 劑和粘結(jié)劑混勻后壓塊，成型，再將成型后的物料連續(xù)加入制備爐，同時(shí)向制備爐通入氨氣 或氮?dú)庾龇磻?yīng)和保護(hù)氣體，制備爐加熱到1000 1800°C，該物料在爐內(nèi)發(fā)生了碳化和氮化 反應(yīng)，持續(xù)時(shí)間小于6小時(shí)，出爐前要在保護(hù)氣氛下冷卻到100 250°C，出爐即得氮化釩產(chǎn)PΡΠ O上述兩個(gè)過(guò)程沒(méi)有述及加熱方式的問(wèn)題，實(shí)際上以電阻推板窯要的方式加熱。上述兩個(gè)過(guò)程以及Cm587064中披露的過(guò)程實(shí)際上用V2O3為原料，如果用V2O5為 原料，則其因?yàn)闆](méi)有預(yù)還原過(guò)程，會(huì)在670°C即其熔點(diǎn)附近熔化板結(jié)，妨礙后續(xù)還原過(guò)程和 形成產(chǎn)品團(tuán)結(jié)現(xiàn)象。而釩原料中釩的氧化態(tài)越低，原料成本越高。1985年聯(lián)合碳化物公司的J. B. Goddard等人在美國(guó)專利US4562057中披露，以釩 的高價(jià)氧化物V2O5或釩酸銨為原料，以混合氣體(氮?dú)?氨氣)為還原劑及氮化劑，先在 675 700°C下預(yù)還原lh，將低熔點(diǎn)高價(jià)釩氧化物還原至高熔點(diǎn)的低價(jià)釩氧化物，之后在950°C下同時(shí)進(jìn)行還原和滲氮3 4h，可獲得73. 3% V、12. 6% N、15. 0的產(chǎn)品，然后再 用碳熱還原法在1400°C左右除去其中大量的氧得碳氮化釩產(chǎn)品。該過(guò)程經(jīng)過(guò)預(yù)還原——降 溫——配料——高溫碳熱還原過(guò)程，能耗高，生產(chǎn)效率低，也沒(méi)有說(shuō)明以何種方式加熱。1999 年 I. Galesic 等人(Thin Solid Films，349 (1999) 14 18)發(fā)表了用快速熱 處理工藝在1100°c制備氮化釩薄膜的方法。2000 年，Prabhat Kumar Tripathy 在 J. Mater. Chem.，2001，11，691 695 中披露 了在1500°C以V2O5為原料碳熱和N2還原制備得到了氮化釩。上述兩個(gè)過(guò)程都是研究性質(zhì)的小規(guī)模非連續(xù)過(guò)程。在中國(guó)專利CN1478915A、CN2690415中披露的氮化釩制備方法，是將五氧化二釩 與碳粉壓塊后先在400 800°C預(yù)還原成或V203，再在1000 1500°C最終還原成氮化 釩。由于釩氧化物原料和碳粉的混合物壓塊后導(dǎo)電性能和導(dǎo)磁性能都不好，很難單純用感 應(yīng)方式加熱，因此該工藝在預(yù)還原過(guò)程中采用合金電阻絲以電阻發(fā)熱的方式加熱，不同于 本發(fā)明在預(yù)還原和還原氮化過(guò)程中都采用感應(yīng)加熱。另外該發(fā)明的工藝為了避免物料堵塞 爐膛，實(shí)際上以額外的石墨匣缽盛裝物料，然后以石墨匣缽在爐內(nèi)移動(dòng)完成預(yù)還原和還原 氮化過(guò)程。這樣使得生產(chǎn)工藝復(fù)雜化，增加石墨匣缽的成本費(fèi)用，窯爐爐膛內(nèi)徑也比較小， 一般不大于400mm，這樣熱效率相對(duì)較低。CN1757606A和CN101082089雖然提到應(yīng)用感應(yīng) 爐，但是沒(méi)有提到電流感應(yīng)的頻率，而且在專利申請(qǐng)文件和現(xiàn)實(shí)中都沒(méi)有實(shí)際的實(shí)施案例。2003年隋智通等在中國(guó)專利CN1212416A中披露，在密度強(qiáng)化劑存在下，在1300 1500°C還原氮化0. 5 他，制備得到氮化釩。該過(guò)程沒(méi)有涉及加入方式的問(wèn)題，實(shí)際上用電 阻絲加熱推板窯完成。1973年krvaas Middelhoek等在美國(guó)專利US3745209中披露，以五氧化二釩為原 料，在800 1250°C下用氨氣和天然氣還原氮化合成了氮化釩。該過(guò)程中沒(méi)有采用碳熱還 原，實(shí)際上使用電阻式回轉(zhuǎn)窯完成，沒(méi)有提及感應(yīng)加熱。中國(guó)專利CN1562770和CN1644510中披露，用微波加熱的方法、以三氧化二釩為原 料在1420°C以上制備得到了含氮14%左右的氮化釩。微波加熱的熱效率高，但是由于單個(gè) 微波管的功率不能做得太大，一般較大的做到5kw的功率，那么當(dāng)需要整個(gè)窯爐的功率密 度比較大的情況下，一般采用多個(gè)微波管，但是微波管過(guò)多時(shí)，不同微波管之間容易相互加 熱，導(dǎo)致微波管壽命降低、熱效率降低。由于微波穿透能力有限(一般小于5cm)，爐子做得 太大后會(huì)導(dǎo)致加熱不均勻。以上兩個(gè)原因使得單臺(tái)設(shè)備生產(chǎn)規(guī)模受到限制。一般單爐做到 年產(chǎn)100噸氮化釩左右。另外，由于氮化釩制備過(guò)程中，隨著還原程度的加深，反應(yīng)介質(zhì)越 來(lái)越具有金屬的性質(zhì)，使得越到反應(yīng)后期，介質(zhì)對(duì)微波的反射越強(qiáng)，導(dǎo)致反應(yīng)不易完成，產(chǎn) 品中會(huì)殘留較多的氧。不同于本發(fā)明的感應(yīng)加熱方式。2002 年鄭臣謀等在中國(guó)專利 CN1380247A 中以(NH4) 5[ (VO) 6 (CO3) 4 (OH) 9] IOH2O 為 原料，在750 1100°C下合成了氮化釩。2003年高濂等人在中國(guó)專利CN1431146A中披露，以特殊方法制備的含一個(gè)結(jié)晶 水的五氧化二釩(V2O5 -H2O,結(jié)晶水質(zhì)量百分比約為9% )為原料，在500 800°C保溫3 5小時(shí)制備得到了氮化釩。1991年Arai，Tohru在EP471276中披露了 700°C下在金屬表面氣相沉積了氮化釩。
以上三種方法采用專門合成的特殊原料，原料獲得困難，價(jià)格高。2002 年 Christopher Allen Bennett 在其博士論文中及 H. Kwon，S. Choi 等在 Journal of Catalysis 184，236 246 (1999)上的論文中披露，在 800 1000°C下微量制 備了用作催化劑的高比表面積的氮化釩。該方法的缺點(diǎn)是在熱分析儀器上制備，其制備量 非常小，只有克甚至毫克級(jí)。綜上所述，由于高價(jià)釩氧化物原料基本沒(méi)有導(dǎo)電性和磁性質(zhì)差，不易被感應(yīng)加熱， 現(xiàn)有制備方法中，凡工業(yè)化大批量制備，一般采用合金電阻絲、硅碳棒或者硅鉬棒發(fā)熱體電 阻加熱爐加熱方式。與本專利最接近的是采用合金電阻絲和感應(yīng)加熱混和加熱方式加熱， 在預(yù)還原段采用電阻絲加熱不易被感應(yīng)加熱的初始原料，待初始原料還原到一定程度的時(shí) 候再采用感應(yīng)加熱；該過(guò)程使得物料結(jié)塊堵塞，不能連續(xù)生產(chǎn)，因此一般采用匣缽裝料，在 反應(yīng)爐內(nèi)移動(dòng)匣缽以達(dá)成連續(xù)過(guò)程。另外也有采用微波加熱的小規(guī)模設(shè)備。這些電阻加熱 設(shè)備傳熱慢，熱損耗高，電阻爐推板窯的工藝每噸氮化釩的電耗在HOOOkWh左右。而微波 加熱又不亦大型化，還原氮化反應(yīng)不夠完全。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種原料易得，工藝過(guò)程穩(wěn)定，以釩價(jià)態(tài)大于2價(jià)的釩化 合物為原料，加熱效率高，能耗低的氮化釩生產(chǎn)工藝。通過(guò)純粹的感應(yīng)加熱方式和特定的感 應(yīng)加熱電流頻率，使得物料可以在爐膛內(nèi)不易結(jié)塊堵塞爐膛，可以完成持續(xù)的移動(dòng)，從而進(jìn) 行連續(xù)的生產(chǎn)，避免了間歇操作或者爐內(nèi)以額外的匣缽容器盛裝物料并且匣缽容器與物料 一起移動(dòng)的帶來(lái)的能耗高、氣體固體接觸不充分和操作被不方便的問(wèn)題。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的將氧化態(tài)2價(jià)及2價(jià)以上的釩氧化物與碳質(zhì)還原劑 壓塊成型，加入感應(yīng)電爐中經(jīng)過(guò)預(yù)還原和還原氮化過(guò)程生成氮化釩。該過(guò)程的特征在于所述釩原料為氧化態(tài)二價(jià)或二價(jià)以上的釩元素的釩氧化物，或者這類氧化物的混 合物；所述的加熱過(guò)程采用感應(yīng)加熱，感應(yīng)加熱的電流頻率為100 3500Hz ；所述的預(yù)還原和還原氮化過(guò)程在0. 02 5MPa下進(jìn)行；所述的預(yù)還原過(guò)程和還原氮化過(guò)程通過(guò)物料的移動(dòng)在同一個(gè)立窯反應(yīng)器的不同 部位順次完成，所述的氮化氣氛氣流先經(jīng)過(guò)所述的還原氮化過(guò)程再經(jīng)過(guò)所述的預(yù)還原過(guò) 程，所述的預(yù)還原過(guò)程利用感應(yīng)加熱和氣體及熱輻射從所述的還原氮化過(guò)程帶來(lái)的熱量加執(zhí).y 、人 所述的預(yù)還原過(guò)程和還原氮化過(guò)程中，物料在1200°C以上溫區(qū)停留時(shí)間大于6小 時(shí)。進(jìn)一步的是所述氮化氣氛為氮?dú)?、氨氣、尿素、胼、乙腈、三聚氰胺或其它含氮?有機(jī)物中的一種或者它們的混合物，或者以上物質(zhì)與含碳或氫元素的物質(zhì)的混合物，或者 以上物質(zhì)與含碳和氫元素的物質(zhì)的混合物；所述的碳質(zhì)還原劑為無(wú)機(jī)碳、石墨、碳黑、活性炭、焦炭、石油焦、浙青、有機(jī)碳、淀 粉、石蠟、糖中的一種或者它們的混合物；所述的預(yù)還原過(guò)程為上述含釩原料中的四價(jià)及四價(jià)以上的釩的部分或者全部在 7000C以下被預(yù)還原到比原料中的釩氧化態(tài)低的釩物種；
所述還原氮化過(guò)程為經(jīng)過(guò)預(yù)還原的原料在700 1800°C之間被無(wú)機(jī)碳質(zhì)還原劑 進(jìn)一步還原并被氮化氣氛中的氮元素氮化，并且物料經(jīng)過(guò)的最高溫度不低于1300°C不高于 1800 0C ；所述的物料壓塊直接以散堆的形式裝入爐膛。所述氮化釩成品中含有釩、氮、碳、少量沒(méi)有反應(yīng)完的氧元素以及從原料中帶入的 雜質(zhì)。進(jìn)一步的是所用的感應(yīng)加熱的電流頻率為100 2500Hz。用于感應(yīng)加熱的電流頻 率可以在50 IOMHz之間，選擇頻率的重要依據(jù)是加熱效率和溫度。而被加熱物料的導(dǎo)磁 和導(dǎo)電特性決定了一定體積的加熱爐的固有感應(yīng)電流頻率，高于這個(gè)頻率，整個(gè)加熱體系 呈現(xiàn)感抗特性，低于這個(gè)頻率，呈現(xiàn)容抗特性，等于這個(gè)頻率，則呈現(xiàn)單純的阻抗特性。而且 物料本身的物化性質(zhì)也需要一個(gè)適合的加熱電流頻率。本發(fā)明通過(guò)對(duì)氮化釩制備過(guò)程的原 料、中間產(chǎn)物和氮化釩產(chǎn)品的磁性質(zhì)和電性質(zhì)的研究，選擇了特定的加熱感應(yīng)電流頻率，這 個(gè)頻率使得在整個(gè)升溫和還原的過(guò)程中，體系呈現(xiàn)最大的阻抗特性，使得物料可以被有效 加熱，電源效率高。而且頻率的選定還決定了窯爐內(nèi)襯的使用壽命，過(guò)高的頻率使得窯爐內(nèi) 襯的壽命縮短。頻率過(guò)高，還使得感應(yīng)爐中物料中心部分不易受熱。在有效爐膛內(nèi)徑500mm 以上的情況下，感應(yīng)加熱的頻率不應(yīng)該高于2500Hz，否則爐膛內(nèi)部物料中心軸部分不易被 加熱。進(jìn)一步的是感應(yīng)加熱爐內(nèi)部緊挨著固體反應(yīng)介質(zhì)處有一層能夠被感應(yīng)加熱的非 金屬材料。進(jìn)一步的是在原料中加入不超過(guò)釩重量100% (以鐵計(jì))的鐵、氧化鐵或者其混合 物，可以制備得到含鐵的氮化釩。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下特點(diǎn)1.選定特定的加熱感應(yīng)電流的頻率。通過(guò)頻率的選擇，本發(fā)明將還原氮化的感應(yīng) 加熱爐的有效爐膛直徑做到了 500mm以上，是世界上用于氮化釩生產(chǎn)的最大內(nèi)徑的爐膛。 生產(chǎn)效率和熱效率大為提高。2.通過(guò)純粹的感應(yīng)加熱方式和特定的感應(yīng)加熱電流頻率，使得物料可以在爐膛內(nèi) 不易結(jié)塊堵塞爐膛，可以完成持續(xù)的移動(dòng)，從而進(jìn)行連續(xù)的生產(chǎn)，避免了間歇操作或者爐內(nèi) 以額外的匣缽容器盛裝物料并且匣缽容器與物料一起移動(dòng)的問(wèn)題。3.高價(jià)釩氧化物可以利用感應(yīng)加熱和還原氮化過(guò)程的余熱進(jìn)行預(yù)還原，采用感應(yīng) 加熱進(jìn)行預(yù)還原的優(yōu)點(diǎn)是原料壓塊的塊與塊之間容易發(fā)生感應(yīng)電火花，從而使得塊表面的 碳和高價(jià)釩氧化物反應(yīng)生成低價(jià)釩氧化物，而此時(shí)整個(gè)塊的溫度還低于700°C，避免了高價(jià) 釩氧化物在升溫過(guò)程中的熔化(五氧化二釩的熔點(diǎn)693°C )。因此即使以五價(jià)釩化合物或 者其混合物為原料，整個(gè)升溫和還原氮化過(guò)程中也不會(huì)出現(xiàn)結(jié)塊或者板結(jié)現(xiàn)象。也因?yàn)檫@ 個(gè)原因，本發(fā)明中的物料塊可以直接以散堆的方式加入感應(yīng)爐爐膛中，不需要以額外的比 如石墨匣缽等多個(gè)容器盛裝物料，使得生產(chǎn)效率和熱效率大為提高。4.在感應(yīng)加熱爐內(nèi)部靠近固體反應(yīng)介質(zhì)處加入一層能夠被感應(yīng)方式加熱的非金 屬材料，這樣感應(yīng)加熱可以既加熱原料，又加熱這一層材料，再由這一層材料傳熱給反應(yīng)介 質(zhì)，提高反應(yīng)介質(zhì)在低電磁感應(yīng)情況下的熱效率。5.預(yù)還原和還原氮化過(guò)程通過(guò)物料在窯爐反應(yīng)器中的持續(xù)移動(dòng)在同一反應(yīng)器的不同部位不同溫區(qū)完成，避免了單獨(dú)的預(yù)還原過(guò)程，降低了能耗或者原材料成本。6.通過(guò)控制窯爐上端料位控制窯爐出口尾氣氣體溫度，使得原料壓塊不需要獨(dú)立 的烘干過(guò)程，直接在加入窯爐后，利用預(yù)還原過(guò)程中的尾氣進(jìn)行烘干和進(jìn)一步的預(yù)熱。該出 口尾氣氣體溫度為車間室溫+20°C以上。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的具體技術(shù)解決方案。以下實(shí)施例只是說(shuō)明本發(fā)明的技 術(shù)方案可以可靠有效的實(shí)現(xiàn)，但本發(fā)明的技術(shù)解決方案并不僅限于以下實(shí)施例。實(shí)施例1將3000kg含量大于98 %的片狀五氧化二釩、IOOOkg石墨、200kg多乙烯多胺球磨， 壓塊，然后裝入立式感應(yīng)窯爐中。感應(yīng)電流頻率控制在150Hz，立窯內(nèi)部溫度在軸向上自上 而下由室溫到最高溫度1500°C，然后降低到100°C左右。塊狀原料連續(xù)或者間歇自立窯頂 部加入并從立窯底部出料。立窯底部通入氮?dú)?，反?yīng)尾氣自立窯頂部撤出立窯。根據(jù)產(chǎn)量 要求，固體物料在立窯內(nèi)部停留Mi至200h不等。所得產(chǎn)品含78. 7% VU5.0% N,3.3% C。塊狀產(chǎn)品由原料壓塊縮小而成，塊與塊之間無(wú)進(jìn)一步的結(jié)塊現(xiàn)象。每噸氮化釩耗電約 5500kWh。實(shí)施例2
將3000kg含量大于99 %的橙色粉狀五氧化二釩、800kg活性炭、200kg石蠟、200kg 淀粉球磨，壓塊，然后裝入立窯中。感應(yīng)電流頻率控制在2000Hz，立窯內(nèi)部中段與固體反應(yīng) 介質(zhì)接觸的地方內(nèi)襯加入碳化硅的石墨，立窯內(nèi)部溫度在軸向上自上而下由室溫到最高溫 度1500°C，然后降低到10(TC左右。塊狀原料連續(xù)或者間歇自立窯頂部加入并連續(xù)從立窯 底部出料。立窯底部通入氮?dú)?，反?yīng)尾氣自立窯頂部撤出立窯。根據(jù)產(chǎn)量要求，固體物料在 立窯內(nèi)部停留乩至200h不等。所得產(chǎn)品含78. 2% 7,17.3^11.7% C。塊狀產(chǎn)品由原料 壓塊縮小而成，塊與塊之間無(wú)進(jìn)一步的結(jié)塊現(xiàn)象。每噸氮化釩耗電約5000kWh。實(shí)施例3將3000kg含量大于98%的片狀五氧化二釩、900kg碳黑、200kg淀粉球磨，壓塊， 然后裝入立窯中。感應(yīng)電流頻率控制在3000Hz，立窯內(nèi)部與固體反應(yīng)介質(zhì)接觸的地方內(nèi)襯 I^bO2，立窯內(nèi)部溫度在軸向上自上而下由室溫到最高溫度1300°C，然后降低到100°C左右。 塊狀原料連續(xù)或者間歇自立窯頂部加入并從立窯底部出料。立窯底部通入氮?dú)夂桶睔猓?應(yīng)尾氣自立窯頂部撤出立窯。根據(jù)產(chǎn)量要求，固體物料在立窯內(nèi)部停留他至200h不等。所 得產(chǎn)品含77. 6% V、18. 2% NU. 1% C0塊狀產(chǎn)品由原料壓塊縮小而成，塊與塊之間無(wú)進(jìn)一 步的結(jié)塊現(xiàn)象。每噸氮化釩耗電約4500kWh。實(shí)施例4將3000kg含量大于98 %的片狀三氧化二釩、700kg石墨、IOOkg淀粉、50kg三聚氰 胺球磨，壓塊。感應(yīng)電流頻率控制在700Hz，立窯內(nèi)部與固體反應(yīng)介質(zhì)接觸的地方內(nèi)襯碳氮 化釩，感應(yīng)加熱立窯內(nèi)部溫度由室溫到最高溫度1600°C，然后降低到100°C左右。立窯出料 端通入氮?dú)?，反?yīng)尾氣自推板窯進(jìn)原料端撤出。根據(jù)產(chǎn)量要求，固體物料在立窯內(nèi)部停留他 至200h不等。所得產(chǎn)品含79.0% 7,15.9^14.3% C。塊狀產(chǎn)品由原料壓塊縮小而成，塊 與塊之間無(wú)進(jìn)一步的結(jié)塊現(xiàn)象。每噸氮化釩耗電約4500kWh。
實(shí)施例5將3000kg含量大于98 %的片狀五氧化二釩、700kg石墨、200kg淀粉、1000kg鐵粉球磨壓塊。感應(yīng)電流頻率控制在2500Hz，立窯內(nèi)部中段與固體反應(yīng)介質(zhì)接觸的地方內(nèi)襯 石墨、氮化鋁和碳氮化鈦的混合物，立窯內(nèi)部溫度由室溫到最高溫度1600°C，然后降低到 100°C左右。立窯出料端通入氮?dú)?，反?yīng)尾氣自立窯進(jìn)原料端撤出。根據(jù)產(chǎn)量要求，固體物料 在立窯內(nèi)部停留6h至50h不等。所得產(chǎn)品含32. 0% Fe,54. 2% V、8. 4% N、3. 6% C。塊狀 產(chǎn)品由原料壓塊縮小而成，塊與塊之間無(wú)進(jìn)一步的結(jié)塊現(xiàn)象。每噸氮化釩耗電約3500kWh。
權(quán)利要求
1.一種工業(yè)制備氮化釩的方法，將含有釩的原料和含有碳質(zhì)還原劑的原料壓制成塊， 然后將其加熱到1100°c以上，加熱過(guò)程中釩原料順次經(jīng)過(guò)預(yù)還原過(guò)程和在氮化氣氛中的還 原氮化過(guò)程而合成氮化釩，其特征在于所述含釩有的原料為氧化態(tài)二價(jià)或二價(jià)以上的釩 元素的釩氧化物，或者這類氧化物的混合物；所述的加熱過(guò)程采用感應(yīng)加熱，感應(yīng)加熱的電流頻率為100 3500Hz ；所述的預(yù)還原和還原氮化過(guò)程在0. 02 5MPa下進(jìn)行；所述的預(yù)還原過(guò)程和還原氮化過(guò)程通過(guò)物料的移動(dòng)在同一個(gè)感應(yīng)加熱立窯反應(yīng)器的 不同部位順次完成，所述的氮化氣氛氣流先經(jīng)過(guò)所述的還原氮化過(guò)程再經(jīng)過(guò)所述的預(yù)還原 過(guò)程，所述的預(yù)還原過(guò)程利用感應(yīng)加熱和氣體及熱輻射從所述的還原氮化過(guò)程帶來(lái)的熱量 加熱；所述的預(yù)還原過(guò)程和還原氮化過(guò)程中，物料在1200°C以上溫區(qū)停留時(shí)間大于6小時(shí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備氮化釩的方法，其特征在于所述氮化氣氛為氮?dú)?、氨氣、尿素、胼、乙腈、三聚氰胺或者它們的混合物，或者以上?質(zhì)與含碳或氫元素的物質(zhì)的混合物，或者以上物質(zhì)與含碳和氫元素的物質(zhì)的混合物；所述的碳質(zhì)還原劑為無(wú)機(jī)碳、石墨、碳黑、活性炭、焦炭、石油焦、浙青、有機(jī)碳、淀粉、 石蠟、糖中的一種或者它們的混合物；所述的預(yù)還原過(guò)程為上述含釩原料中的四價(jià)及四價(jià)以上的釩的部分或者全部在 7000C以下被預(yù)還原到比原料中的釩氧化態(tài)低的釩物種；所述還原氮化過(guò)程為經(jīng)過(guò)預(yù)還原的原料在700 1800°C之間被無(wú)機(jī)碳質(zhì)還原劑進(jìn) 一步還原并被氮化氣氛中的氮元素氮化，并且物料經(jīng)過(guò)的最高溫度不低于1300°C不高于 1800 0C ；所述的物料壓塊直接以散堆的形式裝入立窯爐膛；所述氮化釩成品中含有釩、氮、碳、少量沒(méi)有反應(yīng)完的氧元素以及從原料中帶入的雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一權(quán)利要求所述的制備氮化釩的方法，其特征在于所用的 感應(yīng)加熱的電流頻率最優(yōu)為100 2500Hz。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一權(quán)利要求所述的制備氮化釩的方法，其特征在于感應(yīng)加 熱立窯內(nèi)部緊挨著固體反應(yīng)介質(zhì)處有一層能夠被感應(yīng)加熱的非金屬材料做成的爐襯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一權(quán)利要求所述的制備氮化釩的方法，其特征在于所述的 感應(yīng)加熱立窯的線圈被分成了兩段或者兩段以上，段與段之間并聯(lián)鏈接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一權(quán)利要求所述的制備氮化釩的方法，其特征在于所述的 感應(yīng)加熱立窯的線圈被分成了兩端或者兩段以上，并且各段的感應(yīng)電流的頻率和功率分開 控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一權(quán)利要求所述的制備氮化釩的方法，其特征在于在原料 中加入不超過(guò)釩重量100% (以鐵計(jì))的鐵、氧化鐵或者其混合物，制備得到含鐵的氮化釩。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備氮化釩的方法，其特征在于所述的非金屬材料做成的 爐襯含有石墨、炭黑、碳纖維、硅、碳化硅、氮化硅、氮化鋁、氧化鉛、鐵氧化物、錳氧化物、鉻 氧化物、鈦氧化物、釩氧化物、釩氮或者碳化物、硼的氧化物或者氮化物或者碳化物中的一 種或者一種以上的混合物以及它們?cè)诟邷睾退龅牡瘹夥罩蟹磻?yīng)生成的產(chǎn)物。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種制備氮化釩的方法，是將價(jià)態(tài)二價(jià)以上的釩化合物或這些化合物的混合物與有機(jī)碳或者無(wú)機(jī)碳和粘接劑壓塊成型，然后在100～4000Hz的感應(yīng)加熱爐中逐步升溫到1100～1900℃，還原氮化生成氮化釩。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是熱效率高，電耗低，塊與塊之間基本無(wú)粘接，工藝穩(wěn)定。
文檔編號(hào)C01B21/06GK102040202SQ20091016788
公開日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2009年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月13日
發(fā)明者馮良榮 申請(qǐng)人:馮良榮