专利名称：氮化钒的生产方法
技术领域：
本发明涉及一种氮化钒的生产方法，为一种钒合金添加剂，可用于结构钢、管道钢、钢筋、普通工钢以及铸铁中。
背景技术：
氮化钒与钒铁一样是重要的钒合金添加剂。已有的研究表明，氮化钒、碳化钒添加于钢中能提高钢的耐磨性、韧性、强度、硬度、延展性及抗疲劳性等综合机械性能，并使钢具有良好的焊接性能，尤其是在高强度低合金钢中，氮化钒合金添加剂更有利于钢中碳化钒、氮化钒的析出，从而更有效地强化和细化晶粒，与使用钒铁相比，氮化钒合金添加剂在高强度低合金钢中可节约20～40％的钒，从而降低成本。
对氮化钒的研制，国内外冶金工作者做了很多工作。比如北京科技大学王功厚用V2O5和活性碳在高温真空钼丝炉内先制取碳化钒，然后通入氮气渗氮，得到氮化钒。美国联合碳化物公司分别用下述不同的几种方法制取氮化钒(1).V2O3铁粉及碳粉在真空炉内于1350℃下保温60小时后得到碳化钒，然后将温度降到1100℃时通入氮气渗氮，并在氮气气氛中冷却，得到含V78.7％、C10.5％、N7.3％的氮化钒。
(2).用V2O5和碳粉在真空炉内加热到1100～1150℃，抽真空并通入氮气渗氮，重复这样的过程数次，最后得到含碳、氧均低于2％的氮化钒。
(3).用钒化合物在NH3或者N2和H2混合气氛下，一部分高温还原成氮氧钒，再与含碳物料混合，在惰性或氮气气氛下于真空炉内高温处理，制得含碳7％的氮化钒。
上述几种方法的缺点是1、需要抽真空系统，设备投资高，操作复杂。2、间歇式一炉一炉生产，生产用期长，劳动生产率低，生产成本高。
攀枝花钢铁公司于2000年初建成了年产100吨氮化钒的生产线，其生产方法是将粉末状的钒氧化物、碳质粉剂和粘结剂混合均匀后压块、成型，再将成型后的物料连续加入制备炉中，同时向制备炉中加入氮气或氨气作为反应和保护气体。制备炉加热到1000～1800℃，物料在该温度区域发生碳化和氮化反应，持续时间小于6小时，出炉前要在保护气氛中冷却到100～250℃，出炉后即获得氮化钒产品。该产品含V77～81％、N1～8％、O0.1～0.5％，产品呈块状或颗粒状，其表观密度大于3000g/m3。
上述生产方法与过去已有技术相比，有许多优点，如物料是连续进出电加热设备，生产效率高，能大批量生产，所用设备为推板窑或隧道窑，省去了真空装置，易操作和控制。
但上述方法也存在不足之处1、所用原料范围窄，只适合于V2O3或V2O3与VO2.VO的混合物。
2、V2O3原料难以采购，而且价格高，所述推板窑或隧道窑投资成本大，一般中小企业难以承受。
3、生产的氮化钒产品含氮量偏低(1～8％)，难以满足钢铁企业对高氮含量的要求。
中国科学院上海硅酸盐研究所生产的立方相纳米氮化钒粉体的制备方法是以沉淀法制备的一水合五氧化二钒(V2O5.H20)粉体为原料，在氨气气氛中将一水合五氧化二钒粉体于管式反应炉中高温氮化制得立方相纳米氮化钒粉体。通过改变氮化温度、氮化时间等工艺手段，可获得小于50nm的不同晶粒尺寸的纳米氮化钒粉体，氮化反应温度控制在500～800℃，氮化保温时间3～5小时，氮化升温速率为5～10℃/分钟，在优化条件下，可得到立方相纳米氮化钒粉体。
但上述方法制取氮化钒粉体不能应用于炼钢工业。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氮化钒的生产方法，该方法利用更广泛的钒资源为原料，物料在回转窑中进行预处理，使钒化合物成为钒氧化物，并将物料压块成型后进入制备炉中，从而连续生产氮化钒。所述方法原料来源广泛，可利用废钒资源，生产效率大幅提高，从而大幅降低生产成本。
本发明的目的是这样实现的所述氮化钒的生产方法是先将含V28～38％(重量％)的粉状钒酸铵、碳质粉剂混均后，加入回转窑中进行预处理，粉状钒酸铵∶碳质粉剂(重量比)为1∶0.18～0.25，回转窑保持微负压，炉内压力为Latm-10～-100Pa，以4～6℃/分钟的加热速率将回转窑加热到600～800℃，粉状钒酸铵和碳质粉剂混合物在600～800℃中运行2～3小时。然后将上述预处理后的粉状钒酸铵和碳质粉剂混合物还原产物自然冷却到100℃以下，研细后加粘结剂混均后压块成型，将上述压块成型后的物料放入立式管窑中，所述粘结剂是含2～5％的聚乙烯醇的水溶液，所述粘结剂加入量为所述还原产物重量的15～20％，所述立式管窑内部用含氮的中性或还原气体作为反应和保护气体，并使所述立式管窑内部始终保持微正压，即炉内压力稍高于大气压，炉内压力为Latm+10～100Pa，所述立式管窑以12～15℃/分钟的加热速率加热到1100～1900℃，所述物料在此温度区域运行4～6小时并发生碳化和氮化反应，最后得到氮化钒产品，随后冷却到100℃以下出炉。所述氮化钒产品含(重量％)77～81％的V、9～16％的N、2～8％的C、0.2～1.0％的O，其表观密度达到3000～3900kg/m3。
所述钒酸铵为偏钒酸铵(NH4VO3)、多钒酸铵的一种或它们的混合物。
所述反应和保护气体是N2或N2和NH3的混合气。
本发明的氮化钒在生产过程中，物料连续进出回转窑和立式管窑中。
所述回转窑由不锈钢板制成，所述立式管窑内衬、装料盘是由碳质石墨电极加工而成，立式管窑通过中频电炉加热。
所述物料出炉前的冷却方法是在保护气体气氛下用水在设备外壳间接冷却，冷却到100℃以下。
所述的物料能连续进入制备炉中是由计算机自动控制各工艺参数。
由于作为粘结剂的聚乙烯醇的水溶液加入量比攀钢大大减少，因此带入的杂质更少。
与已有技术相比，本发明具有如下明显的优点1、所用的原料是钒酸铵，如偏钒酸铵、多钒酸铵等。原料来源广泛，价格低，而且本工艺也同样适用于利用钒氧化物生产氮化钒，工艺更简单有效。
2、生产的氮化钒产品氮含量较高，N＞9％，更适合于钢铁工业炼钢要求。
3、所用的制备炉等加热设备是在常压下工作，省去了真空设备。
4、物料是连续进出加热设备的，生产效率高，降低了能耗，利用中频电加热方式，设备易制作和控制，投资小。
5、工艺设备进一步简化，投资大大减少；操作更简单，使成本进一步降低。
具体实施例方式
下面通过实施例进一步说明本发明的具体解决方案。
实施例1将800kg含钒31.5％的偏钒酸铵、161.5kg碳粉，混匀后加入回转窑中，保持窑内Lamtm-45pa的负压，以5℃/分钟的加热速率加热到680℃，连续运动3小时，自然冷却到100℃以下后，得到509.5kg的还原物料，将物料研细后加91.0kg含4％聚乙烯醇水溶液压块后，将物料装入料盘加入立式管窑中，通入N2和NH3的混合气体，炉内压力为Latm+50Pa，以14.6℃/分钟的加热速率加热到1580℃，在此温度区域运动6小时后自动下降到冷却部位，冷却到100℃以下自动出料，得到含V78.5％、N12.65％、C6.65％、O0.72％、S＜0.01％、P＜0.008％的318.5kg氮化钒产品，其产品表观密度为3650kg/m3。
实施例2将920kg含钒36.65％的多钒酸铵、174.8kg碳粉混匀后加入回转窑中，保持窑内Lamtm-50pa的负压，以6℃/分钟的加热速率加热到750℃，连续运动3小时，自然冷却到100℃以下后，得到613kg的还原物料，将物料研细后加98kg含4％聚乙烯醇水溶液压块成型后，将物料装入料盘后加入立式管窑中，通入N2和NH3的混合气体，炉内压力为Latm+55Pa，以14℃/分钟的加热速率加热到1460℃，在此温度区域运动6小时后自动下降到冷却部位，冷却到100℃以下自动出料，得到含V77.62％、N10.28％、C7.69％、O0.92％、S＜0.01％、P＜0.008％的421kg氮化钒产品，其产品表观密度为3360kg/m3。
实施例3将760kg含钒33.85％的偏钒酸铵和多钒酸铵混合物、152kg碳粉，混匀后加入回转窑中，保持窑内Lamtm-80pa的负压，以4℃/分钟的加热速率加热到630℃，连续运动2.5小时，自然冷却到100℃以下后，得到547kg的还原物料，将物料研细后加90kg含4％聚乙烯醇水溶液压块成型后，将物料装入料盘后加入立式管窑中，通入N2和NH3的混合气体，炉内压力为Latm+70Pa，以13℃/分钟的加热速率加热到1650℃，在此温度区域运动6小时后自动下降到冷却部位，冷却到100℃以下自动出料，得到含V80.34％、N15.65％、C3.8％、O0.21％、S＜0.01％、P＜0.008％的314kg氮化钒产品，其产品表观密度为3748kg/m3。
权利要求
1.一种氮化钒的生产方法，其特征在于所述的氮化钒的生产方法是(1).所述氮化钒的生产方法是先将含V28～38％(重量％)的粉状钒酸铵、碳质粉剂混均后，加入回转窑中进行预处理，所述粉状钒酸铵∶碳质粉剂(重量比)为1∶0.18～0.25，所述回转窑保持微负压，炉内压力为Latm-10～-100Pa，以4～6℃/分钟的加热速率将回转窑加热到600～800℃，所述粉状钒酸铵和碳质粉剂混合物在600～800℃中运行2～3小时，得到粉状钒酸铵和碳质粉剂混合物的还原产物；(2).将上述还原产物自然冷却到100℃以下，研细后加粘结剂混均后压块成型，将所述压块成型后的物料放入立式管窑中，所述粘结剂是含2～5％的聚乙烯醇的水溶液，所述粘结剂加入量为所述还原产物重量的15～20％，所述立式管窑内部用含氮的中性或还原气体作为反应和保护气体，并使所述立式管窑内部始终保持微正压，炉内压力为Latm+10～100Pa，所述立式管窑以12～15℃/分钟的加热速率加热到1100～1900℃，所述物料在此温度区域运行4～6小时并发生碳化和氮化反应，最后得到氮化钒产品，随后冷却到100℃以下出炉，所述氮化钒产品含(重量％)77～81％的V、9～16％的N、2～8％的C、0.2～1.0％的O，其表观密度达到3000～3900kg/m3。
2.如权利要求1所述的氮化钒的生产方法，其特征在于所述反应和保护气体是N2或N2和NH3的混合气。
3.如权利要求1所述的氮化钒的生产方法，其特征在于所述回转窑由不锈钢板制成，所述立式管窑内衬、装料盘是由碳质石墨电极加工而成，所述立式管窑通过中频电炉加热。
4.如权利要求1所述的氮化钒的生产方法，其特征在于所述物料出炉前的冷却是在保护气体气氛下用水在设备外壳间接冷却，冷却到100℃以下。
5.如权利要求1所述的氮化钒的生产方法，其特征在于所述氮化钒在生产过程中，物料是连续进出回转窑和立式管窑。
6.如权利要求1或2或3或4或5所述的氮化钒的生产方法，其特征在于所述钒酸铵为偏钒酸铵(NH4VO3)、多钒酸铵中的一种或它们的混合物。
全文摘要
本发明为一种氮化钒的生产方法，为一种钒合金添加剂。本发明先将粉状钒酸铵、碳质粉剂混均后加入回转窑中进行预处理，回转窑保持微负压，将回转窑加热到600℃～800℃，并运行2～3小时；然后将上述混合物研细后加粘结剂压块成型后，放入立式管窑中，所述管窑内部用含氮的中性或还原气体作为反应和保护气体，并使所述管窑内部始终保持微正压，所述管窑加热到1100℃～1900℃，运行4～6小时并发生碳化和氮化反应，最终生产出氮化钒产品，随后冷却到100℃以下出炉。所述氮化钒产品含77～81％的V、9～16％的N、2～8％的C、0.2～1.0％的O，其表观密度达到3000～3900kg/m
文档编号C01B21/06GK1587064SQ20041007017
公开日2005年3月2日 申请日期2004年8月5日 优先权日2004年8月5日
发明者盛国大, 章兼培, 言方定 申请人:常州市茂盛特合金制品厂