专利名称：钒氮合金的生产方法
技术领域：
本发明是一种高效生产钒氮合金的方法，属于新材料领域。
技术背景1925年Friederich禾Q Sittig(E. Friederich and L. Sittig， Z. Anorg. Allg. Chem.， 1925， 144, 169)以V203为原料，利用松树烧成的木炭，在120()Gc制备了氮化钒。1975年Guidotti等人(R. A. Guidotti， G. B. Atkinson and D. G. Kesterke， Report of Investigation No. 8079, US Bureau of Mines, Washington DC, 1975)用氨气还原 五氧化二钒也得到氮化钒。1995年Rajat和S. T. Oyama (Journal of Solid State Chemistry, 1995, 120, 320-326)采用甲烷在118()GC来还原五氧化二钒合成碳化钒的方法。2000年12月英国的皇家化学学会的Journal of Materials Chemistry, 2001， 11， 691-695刊登了PrabhatKumarTripathy的一篇学术论文，采用五氧化二钒，在高 温下1200 _ 1800°在中频感应炉用碳还原法制备了氮化钒。随后P. K. Tripathy (Journal of Materials Chemistry, 2001， 11， 1514—1518)在 该杂志上发表了氮化钒脱氮试验结果。尽管所有这些工作为氮化钒的工业制备合成提供了理论和试验的参考依 据，但缺点是生产成本高，产量小，不能大批量生产。专利申请01139886.8， 200410081200.0， 200410083901.8， 03111159.9和专 利申请200410085315.7，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，同时向制备炉通入氮气或氨 气作反应和保护气体，制备炉需要加热到1000 180(TC，物料在该温度区域发 生碳化和氮化反应，持续时间小于6h，出炉前要在保护气氛下冷却到100 250°C，出炉后即获得氮化钒产品，该产品为块状或颗粒状，其组成特征是含 钒量77% 82%、含氮量11% 16%:含碳量2% 7%(wt)。其方法缺点是 含水的成型物料一次推入制备炉中，高温下原料中所含Na+和K+离子的水溶液 对耐火材料腐蚀严重，炉窑寿命短。窑的内衬采用良导体材料石墨，由于升温区水气较大，造成窑体漏电和加热元件短路，降低了加热元件的寿命。用石墨作为 还原剂，氮化反应温度高。该种方法还不能用偏钒酸铵生产钒氮合金。如釆用氨 气作为还原气体，工业生产危险性大。专利200410070176.0，先将粉状偏钒酸铵、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60(rC 80(TC，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°C 1900°C，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IO(TC以下出炉。所述氮化钒产品含77 81X的V; 9 16X的N; 2 8X的C; 0.2 1.0%的0。其方法缺点是回转窑 中进行预处理粉状材料，粉尘大；负压易导致配方偏离化学计量。与03146145,X 专利一样，主体部分采用竖窑，窑体温差大，上下部分产品含量偏差大，生产连 续性差。专利申请200410023094.0，采用间歇式微波高温合成氮化钒生产技术。特征 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 的物料加入工业制备微波炉中，不断抽气，保持真空，反应完毕后自然冷却后出 炉。其方法缺点是抽真空，间歇式，不能连续生产。发明内容本发明的目的采用粉末状的钒氧化物、偏钒酸铵或钒氧化物和偏钒酸铵混 合物、碳质粉剂为原料，在氮气气氛下连续加入外热式回转窑和改进的软磁氮气 氛炉窑中，从而连续高效获得块状的钒氮合金产品。本发明是通过下述的技术方案实现的钒氮合金的生产方法，先将粉末状的钒氧化物或偏钒酸铵或二者的混合物、 碳质粉剂和粘结剂，搅拌混合均匀后压块、成型，其特征在于再将压块在氮气气氛的保护下连续加入回转窑进行预烧，预烧温度为500-100()Gc，时间为2 6 小时，生产出预烧产品；然后将预烧产品放在软磁氮气气氛炉窑中，加热到 1000-150()GC温度，时间为3-10小时，物料发生碳化和氮化反应，冷却出炉后即 获得氮化钒产品。所述的钒氮合金的生产方法，其特征在于所述的预烧温度为600-100()GC，时间为2 4小时，碳化和氮化反应时炉窑内温度为1200-1500QC，时间为3-6小时。所述的钒氮合金的生产方法，其特征在于所述的回转窑采用外热式回转窑，加热部分采用碳化硅保护套层。所述的钒氮合金的生产方法，其特征在于:所述的软磁氮气氛炉窑的隔丝板、 导轨、装料匣钵和推板采用碳化硅材料。 所述的碳质粉剂为活性炭。所述的粘结剂为1 5%的聚乙烯吡咯垸酮的水溶液和1-5%的樟脑的丙酮溶液，二者的质量比为8-12: 1。本发明技术方案生产的的钒氮合金V: 78-83%， N: 16-21%， C: 6%max， 硅、磷和铝小于0.10%，其表观密度大于3. 5g/cm3。本发明与已有技术相比有如下优点1、 采用回转窑预烧方法，主要含钒原料可采用钒氧化物或偏钒酸铵。在回 转窑中除去原料中有害杂质和腐蚀性成分，降低了堆放体积。2、 明显提高了碳化、氮化的工序的生产效率，大大地增加了氮化炉窑的寿 命，降低了生产成本，实现了连续的不间断生产。3、 采用活性炭和樟脑的丙酮溶液，降低了钒氮合金的生成温度，节约了能 源。4、 采用新材料碳化硅避免了窑体使用石墨材料导致漏电和加热元件短路， 增加了隔丝板、导轨、装料匣钵和推板的导热效率和材料使用强度。5、 产品质量稳定，钒、氮品位高，含量可调。
具体实施方式
实施例l677kg的五氧化二钒(含钒55.2% )和199kg的活性炭，与60kg含PVP为 1%的水溶液和5kg含樟脑3X的丙酮溶液，搅拌均匀后压块、成型，在氮气气 氛下连续加入外热式回转窑，在氮气保护下预烧到800V，在出料口收集经氮气 保护下冷却至室温的预烧的块状产品。然后推入改进的软磁氮气氛炉窑中，加热 到123(^C温度。在动态连续过程中，物料发生碳化和氮化反应。在高温区总共 停留时间7小时出炉后即获得钒氮合金产品。本发明制得的钒氮合金V: 78.7%，N: 16.5%， C: 4.3%，硅、磷和铝小于0.10%，其表观密度大于3.9g/cm3。 实施例2879kg的含钒量42.9%的偏钒酸铵和253kg的活性炭，与43kg含PVP3%的 水溶液和5kg含樟脑3X的丙酮溶液，搅拌均匀后压块、成型，在氮气气氛下连 续加入外热式回转窑，在氮气保护下预烧到86(^C，在出料口收集经氮气保护下 冷却至室温的预烧的块状产品。然后推入改进的软磁氮气氛炉窑中，加热到 1390GC温度。在动态连续过程中，物料发生碳化和氮化反应。在高温区总共停 留时间5.5小时出炉后即获得钒氮合金产品。本发明制得的钒氮合金V: 79.3%, N:17.9%， C: 2.3%，硅、磷和铝小于0.10%，其表观密度大于3.6g/cm3。实施例3357kg的含钒量55.7%的五氧化二钒和439kg含钒量43.2%偏钒酸铵和 239kg的活性炭，与55kg含PVP为2%的水溶液和5kg含樟脑5%的丙酮溶液， 搅拌均匀后压块、成型，在氮气气氛下连续加入外热式回转窑，在氮气保护下预 烧到920t，在出料口收集经氮气保护下冷却至室温的预烧的块状产品。然后推 入改进的软磁氮气氛炉窑中，加热到1460GC温度。在动态连续过程中，物料发 生碳化和氮化反应。高温区总共停留时间3.5小时出炉后即获得钒氮合金产品。本发明制得的钒氮合金V: 80.5%, N: 18.7%， C: 0.3%，硅、磷和铝小于0.10%，其表观密度大于3.8g/cm3。
权利要求
1、钒氮合金的生产方法，先将粉末状的钒氧化物或偏钒酸铵或二者的混合物、碳质粉剂和粘结剂，搅拌混合均匀后压块、成型，其特征在于再将压块在氮气气氛的保护下连续加入回转窑进行预烧，预烧温度为500-1000℃，时间为2～6小时，生产出预烧产品；然后将预烧产品放在软磁氮气气氛炉窑中，加热到1000-1500℃温度，时间为3-10小时，物料发生碳化和氮化反应，冷却出炉后即获得氮化钒产品。
2、 根据权利要求1所述的钒氮合金的生产方法，其特征在于所述的预烧 温度为600-1000Q C，时间为2 4小时，碳化和氮化反应时炉窑内温度为 1200-1500QC，时间为3-6小时。
3、 根据权利要求1所述的钒氮合金的生产方法，其特征在于所述的回转 窑采用外热式回转窑，加热部分采用碳化硅保护套层。
4、 根据权利要求1或2所述的钒氮合金的生产方法，其特征在于所述的 软磁氮气氛炉窑的隔丝板、导轨、装料匣钵和推板采用碳化硅材料。
5、 根据权利要求1所述的钒氮合金的生产方法，其特征在于所述的碳质粉剂为活性炭。
6、 根据权利1的要求钒氮合金的生产方法，其特征在于所述的粘结剂为1 5%的聚乙烯吡咯烷酮的水溶液和1-5%的樟脑的丙酮溶液，二者的质量比为 8-12: 1。
全文摘要
本发明采用的钒氮合金的生产方法是，将粉末状的钒的氧化物或偏钒酸铵，碳质粉剂和粘结剂等混合均匀后，压块、成型，在氮气气氛下连续加入外热式回转窑，在氮气保护下预烧到1000℃以下，在出料口收集经氮气保护下冷却至室温的预烧的块状产品。然后推入改进的软磁氮气氛炉窑中，加热到1000～1500℃温度，物料发生碳化和氮化反应，出炉后获得钒氮合金产品。本发明制得的钒氮合金V78-83％，N16-21％，C6％max，硅、磷和铝小于0.10％，其表观密度大于3.5g/cm<sup>3</sup>。本发明的特点是采用回转窑预烧，除去料粉中有害杂质和腐蚀性成分，降低了堆放体积，明显提高了碳化氮化的工序的生产效率，大大地延长了氮化炉窑的寿命。
文档编号C22C29/00GK101225495SQ200810018929
公开日2008年7月23日 申请日期2008年1月29日 优先权日2008年1月29日
发明者刘先松, 刘知之 申请人:刘先松;刘知之