专利名称：一种含碳或含氮化合物的连续化生产方法及其生产设备的制作方法
技术领域：
本发明属于化学化工技术领域，涉及一种氮(碳)化钒的制备方法，特别是一种含碳或含氮化合物的连续化生产方法及其生产装置。
背景技术：
众所周知，氮(碳)化钒应用在高强度低合金钢中，可以有效地强化和细化晶粒。在规定强度水平下，钢中增氮可以节省钒用量，与添加富氮锰铁、氰氨化钙、氮化钒铁或吹氮等方式比较，应用氮化钒有较高的经济效益，已广泛应用在钢铁工业。
国内、外专利文献US3334992、US3745209、US4040814、US4562057、CN1194888C中，公开了一些制备氮化钒的方法，本发明人曾针对上述方法所存在的问题研发出“一种钒氮微合金添加剂及制备方法”(CN1212416C)，它是以钒酸盐或钒氧化物为原料，加入碳质还原剂和密度强化剂，还原的同时进行氮化，最终得到高密度的含碳化钒和氮化钒的钒氮微合金添加剂，该方法虽然为连续化生产提供了基础，但因其所用生产设备没有进行改造，故其生产工艺也满足不了连续化生产和在同一设备中使用不同原料，生产不同产品的要求。此后也有氮化钒制备方法相继问世，如CN1562769A、CN1562770A、CN1644510A、CN1587064A、CN1757606A等。综观现有氮化硅、SiAlON及其他过渡族金属氮化物和碳化物的制备方法，主要是以间歇式生产为主，生产效率较低，同时这些化合物可具有与氮化钒生产相类似的生产原理和生产方式。
目前工业上生产氮化钒的方法归纳起来主要有以下几种(1)外国专利文献US3745209“制备氮(碳)化钒的方法”(Process for thepreparation of vanadium(carbo)nitride)、US4562057“低碳氮化钒的制备”(Preparation oflow-carbon vanadium nitride)中提到的方法，是通过气体还原剂NH3或天然气或CO或H2还原V2O5或NH4VO3，进而在气体氮化剂的存在下对钒的氧化物进行氮化而制备VCN。由于气体还原剂还原效率不高，使得该工艺生产成本提高，同时使得生产现场的危险性增加。
(2)外国专利文献US3334992“含钒添加剂及其生产方法”(Vanadiumcontaining addition agent and process for producing same)、US4040814“一种含大量钒和氮的合成物的生产方法”(Method of producing a compositioncontaining a large amount of vanadium and nitrogen)中提到的方法，是通过将V2O3或V2O5与碳及粘结剂混合制成团，在真空炉内首先生成碳化钒，再通入氮气渗氮，最后在真空或惰性气氛下冷却。该种工艺对反应设备要求苛刻，设备材料的高温强度要求高；不能连续运行，制备流程过长；过长的反应周期导致劳动生产率低，能耗过高，设备损耗大，设备的投资高，生产成本高，产品竞争力较低。
(3)如CN1194888C公开了一种“氮化钒的生产方法”，它以粉末状的V2O3和石墨为原料，以聚乙烯醇水溶液为粘结剂，混匀后压块、成型，再将成型后的物料加入推板窑或隧道窑式的装置中，同时通入氮气或氨气作反应和保护气体，于1000～1800℃反应2～6小时，制得含钒77～81％、氮1～8％的氮化钒合金。该种工艺非严格意义上的连续生产过程，同时因无法控制由于高温下原料杂质对反应炉的侵蚀而造成的损坏，故导致生产不稳定。此外，它因只能使用V2O3而导致原料选择范围过窄。同时文献CN1760120A提到的与之配套使用的推板窑，为解决生产上加热元件腐蚀而在炉中设立三个独立的通道分别通入气体保护，通过控制加热元件腔与炉膛的压差来防止不同通道气体的扩散，由于窑体不同区域的温度不同使得压差的控制难度加大，也使得其结构复杂，从而导致设备投资较大；同时气幕区的设立也增加设备运行的成本；影响推广应用。
(4)如文献CN1644510A所提到的“一种用工业微波炉生产氮化钒的方法”中，将钒氧化物、碳素粉末和常用粘结剂按常规配比混合均匀后压制成坯块，放入工业微波炉中进行微波加热合成，炉中采用中性或还原性气体气氛，且炉内气压为1atm至1atm+500Pa，炉内最高反应温度为1000～1800℃，在此温度下反应时间为0.2～6小时，然后物料冷却至低于300℃，出炉。文献CN1562770A所提到的“一种氮化钒的生产方法及设备”中，将含钒氧化物与活性炭或石墨粉、粘结剂按比例混匀、压块、成型，将成型后物料置入微波加热炉中，不断抽气，保持真空度，预还原，碳化，氮化，自然冷却后出炉为产品。这些方法实际涉及的仍是非连续化生产；同时，大功率、工业化微波炉及微波技术在工业中应用尚不够稳定，也是影响其实现工业化生产的原因之一。
发明内容
本发明提供一种含碳或含氮化合物的连续化生产方法及其生产设备，该方法实现连续化生产，在常压下碳化或碳化氮化，取消真空设备，明显降低设备投资，简化工艺流程，缩短制备周期，确保产品质量稳定。因采用气体与物料相对逆流运动，故热交换效率高，既降低能耗，又循环利用气体，达到节约的效果。所用装置通过调整温度、回转反应器的转速、反应器的倾角等工艺参数，可以实现在同一设备中使用不同原料，生产不同产品，具有多功能、应用范围广的优点。
本发明的目的是这样实现的该方法的技术要点是将粒度范围在50-300目之原料与还原剂或加入粘结剂充分混合处理，其中各料的重量比为原料∶还原剂∶粘结剂＝100∶(20～75)∶(0～25)，混合物料连续加入到回转反应器中，在控制温度的条件下，经过预热区、预还原区、主反应区及产品冷却区，与此同时，向回转反应器内沿混合物料运动的逆向通入气体，气体流量控制在0.05～1.0m3.h-1.kg-1，预热区的温度控制在100-400℃，预还原区的温度控制在400-900℃、主反应区的温度控制在900-1800℃，经过冷却区后温度降低到200℃以下，由回转反应器一端进料，另一端出成品，连续制成含氮化合物或含碳化合物的单一或复合化合物。
所述原料采用偏钒酸铵、多聚钒酸铵、五氧化二钒、二氧化钒、三氧化二钒、五氧化二钽、五氧化二铌、二氧化铌、三氧化二铌、三氧化二铬、二氧化硅、三氧化二铝、高岭石、高岭土、粘土中的一种或其组合物。
所述粘结剂采用水玻璃、膨润土、生石灰、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、淀粉、糊精、改性淀粉、糖浆、聚乙烯醇、聚乙烯醇树脂、木质素磺酸钙、木质素磺酸镁、造纸废液的一种或其组合物。
所述混合物料采用含钒化合物的原料、还原剂、粘结剂、或密度强化剂进行混合处理，其中各料的重量比为含钒化合物∶还原剂∶密度强化剂∶粘结剂＝100∶(20～75)∶(0～15)∶(0～25)，所述含钒化合物采用偏钒酸铵、多聚钒酸铵、五氧化二钒、二氧化钒、三氧化二钒中的一种或其组合物，所述还原剂采用石墨、活性炭、碳黑、石墨电极粉、木炭粉、石油焦、焦炭中的一种或其组合物，所用密度强化剂为Cr、Mn、Fe、Co、Ni中的单质或其合金或其组合物，所述粘结剂采用水玻璃、膨润土、生石灰、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、淀粉、糊精、改性淀粉、糖浆、聚乙烯醇、聚乙烯醇树脂、木质素磺酸钙、木质素磺酸镁、造纸废液的一种或其组合物。
所述通入气体采用氮气、氨气、氢气、氩气、煤气、甲烷中的一种或其混合气体。
该含碳或含氮化合物的连续化生产方法所用的生产装置，包括回转炉体和组装其内的带有回转机构的回转反应器及与其封闭连接的物料料仓、成品料仓、供气罐，其技术要点是回转炉体的一端支撑有调节回转炉体倾角的升降机构，回转反应器内按反应所需温度分别顺序设置预热区、预还原区、主反应区、冷却区，预热区头部设置进料口和出气口，出气口连接尾气处理装置，冷却区尾部设置进气口和成品出口，进气口通过气体流量控制器连接供气罐。
由于本发明采用专用生产装置，将经处理的混合物料连续加入到所用装置的回转反应器内，按反应所需的温度分别顺序通过预热区、预还原区、主反应区、冷却区，同时，向回转反应器内沿混合物料运动的逆向通入气体，常压条件下碳化或碳化氮化，由于取消真空设备，由反应器一端反应进料，从另一端出成品，所以实现了一步连续完成生产含碳或含氮化合物，能降低设备投资，简化工序，缩短制备周期，提高生产产品的生产效率。利用该回转反应器进行连续化生产，充分利用气体与物料的相对逆流运动，来促进热交换，这既能降低能耗，又能循环利用气体，达到节能的目的。另外，通过调整温度、回转反应器的转速、反应器的倾角等工艺参数，可以实现在同一生产装置中使用不同原料，生产不同产品，设备功能多，应用范围广。该方法与现有技术中生产氮化钒及含碳或含氮化合物的工艺相比，具有连续、高效、多功能、低成本、短流程等诸多独特的优点。
以下结合附图对本发明作进一步描述。
图1为本发明含碳或含氮化合物的连续化生产装置的结构示意图。
图中序号说明1回转炉体、2回转反应器、3加热机构、4进料口、5物料料仓、6计量机构、7尾气处理装置、8出气口、9预热区、10预还原区、11主反应区、12冷却区、13成品出口、14成品料仓、15回转机构、16进气口、17气体流量控制器、18供气罐、19升降机构。
具体实施例方式
根据图1和实施方式详细说明本发明的具体结构和工作过程。该含碳或含氮化合物的连续化生产方法的操作步骤是1、首先将粒度范围在100-200目之原料与还原剂充分混合处理，混合物料处理的方式可以将原料与还原剂直接进行混合，或同时加入粘结剂混合，各料的重量比为原料∶还原剂∶粘结剂＝100∶(20～75)∶(0～25)；也可以采用含钒化合物的原料与还原剂、粘结剂、或密度强化剂进行混合处理。当采用含钒化合物时，所用各料的重量比为含钒化合物∶还原剂∶密度强化剂∶粘结剂＝100∶(20～75)∶(0～15)∶(0～25)，所述原料采用偏钒酸铵、多聚钒酸铵、五氧化二钒、二氧化钒、三氧化二钒中的一种或其组合物。所述还原剂采用石墨、活性炭、碳黑、石墨电极粉、木炭粉、石油焦、焦炭中的一种或其组合物，所述密度强化剂为Cr、Mn、Fe、Co、Ni中的单质或其合金或其组合物。
上述粘结剂采用水玻璃、膨润土、生石灰、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、淀粉、糊精、改性淀粉、糖浆、聚乙烯醇、聚乙烯醇树脂、木质素磺酸钙、木质素磺酸镁、造纸废液的一种或其组合物。
上述原料可以采用偏钒酸铵、多聚钒酸铵、五氧化二钒、二氧化钒、三氧化二钒、五氧化二钽、五氧化二铌、二氧化铌、三氧化二铌、三氧化二铬、二氧化硅、三氧化二铝、高岭石、高岭土、粘土中的一种或其组合物。
2、然后将经处理的混合物料烘干后储存到反应料仓5里，根据实际生产的要求，通过计量机构6控制料仓5内的物料连续加到连续化生产装置的回转反应器2中的量，以便物料按量逐渐经过预热区、预还原区、主反应区及冷却区。这种含碳或含氮化合物的连续化生产装置，主要包括回转炉体1和组装其内的带有回转机构15的回转反应器2，加热机构3，通过进料口4、成品出口13分别与回转反应器2封闭连接的物料料仓5、成品料仓14，尾气处理装置7、供气罐18等。其中回转炉体1的一端支撑有调节回转炉体倾角的升降机构19，其规格、形状应根据实际使用需要进行确定。回转反应器2内按混合物料反应所需温度，分别顺序设置预热区9、预还原区10、主反应区11、冷却区12。为了保证混合物料与通入的气体在回转反应器2内始终保持逆流方式运动，该装置在预热区9的头部设置进料口4和出气口8；冷却区12的尾部设置进气口16和成品出口13。通气前，先通过真空泵将回转反应器2抽真空，排除体系内的氧，再通入所需气体。为控制通入气体的流量，进气口可以通过气体流量控制器17连接供气罐18。在出气口8连接尾气处理装置7，以便对产生的尾气回收处理。加热机构3中的发热元件可以根据选用的原料、生产的产品的实际需要分别采用氧化锆或氧化钍的一种或组合物、碳化硅、重结晶碳化硅、二硅化钼、铬酸镧、石墨等制成。
该连续化生产装置的生产控制、数据采集、生产记录与存储及相关工艺参数，根据用户的需要和可能，可以采用常规控制元件PLC等组成的自动控制装置完成。回转反应器2的内部压力可以控制在0.133KPa～266KPa，回转机构15的调节范围大约在0-20转/min。为了适应不同生产工艺的需要，回转炉体1的倾角通过升降机构19的动作，可以在±7°的范围内调整。自动控制装置可以根据原料的不同，调整物料进入回转反应器2中的量和停留时间及回转反应器2不同区域的温度，以期达到获得不同产品的目的。物料在回转反应器2中的停留时间可通过调整转速及倾角控制在0.5～8小时，不同区域的温度可通过调整输入功率来实现，其中主反应区温度控制在1000-1600℃为宜。
3、在控制温度的条件下，混合物料经过预热区9、预还原区10、主反应区11、冷却区12。与此同时，向回转反应器2内沿混合物料运动的逆向通入气体。上述通入的气体可以采用氮气、氨气、氢气、氩气、煤气、甲烷中的一种或其混合气体；气体流量可以通过气体流量控制器17，根据实际需要量控制在0.05～1.0m3.h-1.kg-1。预热区的温度控制在100-400℃，预还原区的温度控制在400-900℃、主反应区的温度控制在900-1800℃，经过冷却区后温度降低到200℃以下。混合物料由回转反应器2的一端进料，按量逐渐经过预热区、预还原区、主反应区及冷却区，同时与沿混合物料运动的逆向通入的气体经过还原氮化反应，从回转反应器2的另一端出最终的成品，即可连续制成含氮化合物或含碳化合物的单一或复合化合物。回转反应器2中的这种混合物料与气体的逆向运动方式，既可以提高反应体系中产品的冷却效率，保持主反应区的温度，同时提高原料的预还原及预热效果，达到节能的目的，又能使离开回转反应器2的气体进入尾气处理装置7，除去含有的二氧化碳和水后气体再循环利用，有效地防止污染环境。具体步骤参见以下实施方式。
实施方式1以钒酸铵为原料制备氮化钒将烘干研磨后的钒酸铵经标准筛筛分后，选择粒度为120目的钒酸铵配加还原剂。本实施方式选择单质石墨为还原剂，其配入量以下述反应方程式()为依据，按化学反应计量比配制，并适当调整配碳量，加入5％密度强化剂Mn后，用5％淀粉，充分混匀后通过造球机造成一定粒度的颗粒，充分烘干后储存到反应料仓。通过真空泵抽真空排除装置中的氧含量。原料再通过计量装置控制进料量进入到回转炉反应器，同时通入流动氮气，流量为0.05m3.h-1.kg-1，通过调整回转炉的转速及倾角来控制物料在回转炉反应器中的运动速度，物料在回转炉反应器装置中的平均停留时间为1.5小时。原料逐次经过预热区、预还原区、主反应区，此时主反应区温度控制在1300-1450℃，反应后产物在进入冷却区冷却，最后产品氮化钒进入产品料。产品中V量80.45％～81.66％，C量7.01％～9.48％，N量8.82％～12.61％，S量≤0.01％～0.005％，O量≤0.5％。
实施方式2以三氧化二钒为原料制备氮化钒选择粒度为140目的三氧化二钒配加活性炭还原剂，其配入量以下述反应方程式()为依据，按化学反应计量比配制，并适当调整配碳量，加入3％密度强化剂Fe后，用2％粘结剂聚乙烯醇，充分混匀后通过造球机造成一定粒度的颗粒，充分烘干后储存到反应料仓。通过真空泵抽真空排除装置中的氧含量。原料再通过计量装置控制进料量进入到回转炉反应器，同时通入流动氮气，流量为0.2m3.h-1.kg-1，通过调整回转炉的转速及倾角来控制物料在回转炉反应器中的运动速度，物料在回转炉反应器装置中的平均停留时间为1.5小时。原料逐次经过预热区、预还原区、主反应区，此时主反应区温度控制在1300-1500℃，反应后产物在进入冷却区冷却，最后产品氮化钒进入产品料仓。产品中V量77.45％～78.80％，C量1.12％～3.41％，N量10.85％～14.51％，S量≤0.01％～0.005％，O量≤0.5％。
实施方式3以五氧化二钒为原料制备氮化钒将烘干研磨后的五氧化二钒经标准筛筛分后，选择粒度为120目的五氧化二钒配加还原剂。本实施方式选择单质石墨还原剂，其配入量以下述反应方程式()为依据，按化学反应计量比配制，并适当调整配碳量，经振动筛充分筛混后，储存于原料仓。通过真空泵抽真空排除装置中的氧含量。原料再通过计量装置控制进料量进入到回转炉反应器，同时通入流动氮气，流量为0.15m3.h-1.kg-1，通过调整回转炉的转速及倾角来控制物料在回转炉反应器中的运动速度，物料在回转炉反应器装置中的平均停留时间为3小时。原料逐次经过预热区、预还原区、主反应区，此时主反应区温度控制在1300-1550℃，反应后产物在进入冷却区冷却，最后产品氮化钒进入产品料仓。
实施方式4以二氧化钒为原料制备氮化钒将烘干研磨后的二氧化钒经标准筛筛分后，选择粒度为120目的二氧化钒配加还原剂。本实施方式选择单质石墨还原剂，其配入量以下述反应方程式()为依据，按化学反应计量比配制，并适当调整配碳量，加入5％密度强化剂Fe后，用5％糊精，充分混匀后通过造球机造成一定粒度的颗粒，充分烘干后储存到反应料仓。通过真空泵抽真空排除装置中的氧含量。原料再通过计量装置控制进料量进入到回转炉反应器，同时通入流动氮气，流量为0.2m3.h-1.kg-1，通过调整回转炉的转速及倾角来控制物料在回转炉反应器中的运动速度，物料在回转炉反应器装置中的平均停留时间为0.5小时。原料逐次经过预热区、预还原区、主反应区，此时主反应区温度控制在1300-1500℃，反应后产物在进入冷却区冷却，最后产品氮化钒进入产品料仓。
实施方式5以五氧化二钽为原料制备碳化钽将烘干研磨后的五氧化二钽经标准筛筛分后，选择粒度为150目的五氧化二钽配加还原剂。本实施方式选择单质石墨还原剂，其配入量以下述反应方程式()为依据，按化学反应计量比配制，并适当调整配碳量，加入一定量的粘结剂改性淀粉，占反应物总量的3％，经振动筛充分筛混后通过造球机造球，储存于原料仓。通过真空泵抽真空排除装置中的氧含量。原料再通过计量装置控制进料量进入到回转炉反应器，同时通入保护气氩气，通过调整回转炉的转速及倾角来控制物料在回转炉反应器中的运动速度，物料在回转炉反应器装置中的平均停留时间为4.5小时。原料逐次经过预热区、预还原区、主反应区，此时主反应区温度控制在1200-1800℃，反应后产物在进入冷却区冷却，最后产品碳化钽进入产品料仓。
实施方式6以五氧化二铌为原料制备碳化铌将烘干研磨后的五氧化二铌经标准筛筛分后，选择粒度为50目的五氧化二铌配加还原剂。本实施方式选择活性炭还原剂，其配入量以下述反应方程式()为依据，按化学反应计量比配制，并适当调整配碳量，经振动筛充分筛混后，储存于原料仓。通过真空泵抽真空排除装置中的氧含量。原料再通过计量装置控制进料量进入到回转炉反应器，同时通入流动甲烷气，通过调整回转炉的转速及倾角来控制物料在回转炉反应器中的运动速度，物料在回转炉反应器装置中的平均停留时间为3.5小时。原料逐次经过预热区、预还原区、主反应区，此时主反应区温度控制在1200-1800℃，反应后产物在进入冷却区冷却，最后产品碳化铌进入产品料仓。
实施方式7以二氧化铌为原料制备碳化铌选择粒度为300目的二氧化铌配加还原剂，本实施方式选择碳黑为还原剂，其配入量以下述反应方程式()为依据，按化学反应计量比配制，并适当调整配碳量，加入占反应物总量6％的糖浆后，经振动筛充分筛混后通过造球机造球，储存于原料仓。通过真空泵抽真空排除装置中的氧含量。原料再通过计量装置控制进料量进入到回转炉反应器，同时通入流动氢气，通过调整回转炉的转速及倾角来控制物料在回转炉反应器中的运动速度，物料在回转炉反应器装置中的平均停留时间为4小时。原料逐次经过预热区、预还原区、主反应区，此时主反应区温度控制在1200-1800℃，反应后产物在进入冷却区冷却，最后产品碳化铌进入产品料仓。
实施方式8以三氧化二铌为原料制备碳化铌将烘干研磨后的三氧化二铌经标准筛筛分后，选择粒度为140目的三氧化二铌配加还原剂。本实施方式选择电极石墨粉为还原剂，其配入量以下述反应方程式()为依据，按化学反应计量比配制，并适当调整配碳量，经振动筛充分筛混后，储存于原料仓。通过真空泵抽真空排除装置中的氧含量。原料再通过计量装置控制进料量进入到回转炉反应器，同时通入保护气氩气，通过调整回转炉的转速及倾角来控制物料在回转炉反应器中的运动速度，物料在回转炉反应器装置中的平均停留时间为3.5小时。原料逐次经过预热区、预还原区、主反应区，此时主反应区温度控制在1200-1800℃，反应后产物在进入冷却区冷却，最后产品碳化铌进入产品料仓。
实施方式9以三氧化二铬为原料制备碳化铬选择粒度为150目的三氧化二铬配加还原剂，本实施方式选择木炭粉为还原剂，其配入量以下述反应方程式()为依据，按化学反应计量比配制，并适当调整配碳量，加入2％聚乙烯醇作为粘结剂后，经振动筛充分筛混后，储存于原料仓。通过真空泵抽真空排除装置中的氧含量。原料再通过计量装置控制进料量进入到回转炉反应器，同时通入保护气氩气，通过调整回转炉的转速及倾角来控制物料在回转炉反应器中的运动速度，物料在回转炉反应器装置中的平均停留时间为5小时。原料逐次经过预热区、预还原区、主反应区，此时主反应区温度控制在1300-1600℃，反应后产物在进入冷却区冷却，最后产品碳化铬进入产品料仓。
实施方式10以五氧化二钒为原料制备碳化钒将烘干研磨后的五氧化二钒经标准筛筛分后，选择粒度为100目的五氧化二钒配加还原剂。本实施方式选择石油焦为还原剂，其配入量以下述反应方程式()为依据，按化学反应计量比配制，并适当调整配碳量，经振动筛充分筛混后，储存于原料仓。通过真空泵抽真空排除装置中的氧含量。原料再通过计量装置控制进料量进入到回转炉反应器，同时通入保护气氩气，通过调整回转炉的转速及倾角来控制物料在回转炉反应器中的运动速度，物料在回转炉反应器装置中的平均停留时间为1.5小时。原料逐次经过预热区、预还原区、主反应区，此时主反应区温度控制在900-1500℃，反应后产物在进入冷却区冷却，最后产品碳化钒进入产品料仓。
实施方式11以二氧化钒为原料制备碳化钒将烘干研磨后的二氧化钒经标准筛筛分后，选择粒度为120目的二氧化钒配加还原剂。本实施方式选择焦炭为还原剂，其配入量以下述反应方程式()为依据，按化学反应计量比配制，并适当调整配碳量，经振动筛充分筛混后，储存于原料仓。通过真空泵抽真空排除装置中的氧含量。原料再通过计量装置控制进料量进入到回转炉反应器，同时通入保护气氢气，通过调整回转炉的转速及倾角来控制物料在回转炉反应器中的运动速度，物料在回转炉反应器装置中的平均停留时间为2.5小时。原料逐次经过预热区、预还原区、主反应区，此时主反应区温度控制在900-1500℃，反应后产物在进入冷却区冷却，最后产品碳化钒进入产品料仓。
实施方式12以三氧化二钒为原料制备碳化钒将烘干研磨后的三氧化二钒经标准筛筛分后，选择粒度为130目的三氧化二钒配加还原剂。本实施方式选择焦炭为还原剂，其配入量以下述反应方程式()为依据，按化学反应计量比配制，并适当调整配碳量，经振动筛充分筛混后，储存于原料仓。通过真空泵抽真空排除装置中的氧含量。原料再通过计量装置控制进料量进入到回转炉反应器，同时通入保护气氢气，通过调整回转炉的转速及倾角来控制物料在回转炉反应器中的运动速度，物料在回转炉反应器装置中的平均停留时间为0.5小时。原料逐次经过预热区、预还原区、主反应区，此时主反应区温度控制在900-1500℃，反应后产物在进入冷却区冷却，最后产品碳化钒进入产品料仓。
实施方式13以五氧化二钽为原料制备氮化钽选择粒度为150目的五氧化二钽配加还原剂。本实施方式选择单质石墨还原剂，其配入量以下述反应方程式()为依据，按化学反应计量比配制，并适当调整配碳量，加入2％的聚乙烯醇树脂，经振动筛充分筛混后通过造球机造球，烘干后储存于原料仓。通过真空泵抽真空排除装置中的氧含量。原料再通过计量装置控制进料量进入到回转炉反应器，同时通入氮气和氢气的混合气，流量为1.0m3.h-1.kg-1，通过调整回转炉的转速及倾角来控制物料在回转炉反应器中的运动速度，物料在回转炉反应器装置中的平均停留时间为4.5小时。原料逐次经过预热区、预还原区、主反应区，此时主反应区温度控制在1350-1700℃，反应后产物在进入冷却区冷却，最后产品氮化钽进入产品料仓。
实施方式14以五氧化二铌为原料制备氮化铌将烘干研磨后的五氧化二铌经标准筛筛分后，选择粒度为120目的五氧化二铌配加还原剂。本实施方式选择活性炭为还原剂，其配入量以下述反应方程式()为依据，按化学反应计量比配制，并适当调整配碳量，经振动筛充分筛混后，储存于原料仓。通过真空泵抽真空排除装置中的氧含量。原料再通过计量装置控制进料量进入到回转炉反应器，同时通入流动氮气，流量为0.3m3.h-1.kg-1，通过调整回转炉的转速及倾角来控制物料在回转炉反应器中的运动速度，物料在回转炉反应器装置中的平均停留时间为4.5小时。原料逐次经过预热区、预还原区、主反应区，此时主反应区温度控制在1200-1650℃，反应后产物在进入冷却区冷却，最后产品氮化铌进入产品料仓。
实施方式15以二氧化铌为原料制备氮化铌选择粒度为130目的二氧化铌配加还原剂，本实施方式选择碳黑为还原剂，其配入量以下述反应方程式()为依据，按化学反应计量比配制，并适当调整配碳量，经振动筛充分筛混后，储存于原料仓。通过真空泵抽真空排除装置中的氧含量。原料再通过计量装置控制进料量进入到回转炉反应器，同时通入流动氮气，流量为0.45m3.h-1.kg-1，通过调整回转炉的转速及倾角来控制物料在回转炉反应器中的运动速度，物料在回转炉反应器装置中的平均停留时间为6小时。原料逐次经过预热区、预还原区、主反应区，此时主反应区温度控制在1200-1650℃，反应后产物在进入冷却区冷却，最后产品氮化铌进入产品料仓。
实施方式16以三氧化二铌为原料制备氮化铌选择粒度为140目的三氧化二铌配加还原剂，本实施方式选择电极石墨为还原剂，其配入量以下述反应方程式(()为依据，按化学反应计量比配制，并适当调整配碳量，加入2％的羧甲基纤维素作为粘结剂，经振动筛充分筛混后经造球机造球，干燥后储存于原料仓。通过真空泵抽真空排除装置中的氧含量。原料再通过计量装置控制进料量进入到回转炉反应器，同时通入流动氮气，流量为0.3m3.h-1.kg-1，通过调整回转炉的转速及倾角来控制物料在回转炉反应器中的运动速度，物料在回转炉反应器装置中的平均停留时间为1小时。原料逐次经过预热区、预还原区、主反应区，此时主反应区温度控制在1200-1650℃，反应后产物在进入冷却区冷却，最后产品氮化铌进入产品料仓。
实施方式17以三氧化铬为原料制备氮化铬将烘干研磨后的三氧化铬经标准筛筛分后，选择粒度为150目的三氧化铬配加还原剂。本实施方式选择木炭粉为还原剂，其配入量以下述反应方程式()为依据，按化学反应计量比配制，并适当调整配碳量，经振动筛充分筛混后，储存于原料仓。通过真空泵抽真空排除装置中的氧含量。原料再通过计量装置控制进料量进入到回转炉反应器，同时通入流动氮气，流量为0.2m3.h-1.kg-1，通过调整回转炉的转速及倾角来控制物料在回转炉反应器中的运动速度，物料在回转炉反应器装置中的平均停留时间为1小时。原料逐次经过预热区、预还原区、主反应区，此时主反应区温度控制在1000-1600℃，反应后产物在进入冷却区冷却，最后产品氮化铬进入产品料仓。
实施方式18以二氧化硅为原料制备氮化硅将烘干研磨后的氧化硅经标准筛筛分后，选择粒度为200目的二氧化硅配加还原剂。本实施方式选择石油焦为还原剂，其配入量以下述反应方程式()为依据，按化学反应计量比配制，并适当调整配碳量，经振动筛充分筛混后，储存于原料仓。通过真空泵抽真空排除装置中的氧含量。原料再通过计量装置控制进料量进入到回转炉反应器，同时通入流动氮气，流量为0.6m3.h-1.kg-1，通过调整回转炉的转速及倾角来控制物料在回转炉反应器中的运动速度，物料在回转炉反应器装置中的平均停留时间为4小时。原料逐次经过预热区、预还原区、主反应区，此时主反应区温度控制在1300-1800℃，反应后产物在进入冷却区冷却，最后产品氮化钒进入产品料仓。
实施方式19以高岭土为原料制备SiAlON将烘干研磨后的高岭土经标准筛筛分后，选择粒度为200目的高岭土配加还原剂。本实施方式选择石墨为还原剂，将高岭土与石墨以一定的计量比经振动筛充分筛混后，储存于原料仓。通过真空泵抽真空排除装置中的氧含量。原料再通过计量装置控制进料量进入到回转炉反应器，同时通入流动氮气，流量为0.25m3.h-1.kg-1，通过调整回转炉的转速及倾角来控制物料在回转炉反应器中的运动速度，物料在回转炉反应器装置中的平均停留时间为8小时。原料逐次经过预热区、预还原区、主反应区，此时主反应区温度控制在1200-1700℃，反应后产物在进入冷却区冷却，最后产品SiAlON进入产品料仓。所得SiAlON产品的Z值在0-2.6。
实施方式20以高岭石为原料制备SiAlON将烘干研磨后的高岭石经标准筛筛分后，选择粒度为180目的高岭石配加还原剂。本实施方式选择活性炭为还原剂，将高岭石与活性炭以一定的计量比经振动筛充分筛混后，储存于原料仓。通过真空泵抽真空排除装置中的氧含量。原料再通过计量装置控制进料量进入到回转炉反应器，同时通入流动氮气，流量为0.3m3.h-1.kg-1，通过调整回转炉的转速及倾角来控制物料在回转炉反应器中的运动速度，物料在回转炉反应器装置中的平均停留时间为8小时。原料逐次经过预热区、预还原区、主反应区，此时主反应区温度控制在1400-1600℃，反应后产物在进入冷却区冷却，最后产品SiAlON进入产品料仓。所得SiAlON产品的Z值在0-2。
实施方式21以二氧化硅、三氧化二铝为原料制备SiAlON本实施方式选择粒度为180目的二氧化硅、三氧化二铝为原料，选择活性炭为还原剂，将二氧化硅、三氧化二铝与活性炭以一定的计量比经振动筛充分筛混后，储存于原料仓。通过真空泵抽真空排除装置中的氧含量。原料再通过计量装置控制进料量进入到回转炉反应器，同时通入流动氮气和氢气，流量为0.5m3.h-1.kg-1，通过调整回转炉的转速及倾角来控制物料在回转炉反应器中的运动速度，物料在回转炉反应器装置中的平均停留时间为6小时。原料逐次经过预热区、预还原区、主反应区，此时主反应区温度控制在1400-1600℃，反应后产物在进入冷却区冷却，最后产品SiAlON进入产品料仓。所得SiAlON产品的Z值在1-2.5。
实施方式22以粘土为原料制备SiAlON本实施方式选择粒度为150目的粘土，选择石墨为还原剂，将粘土与石墨以一定的计量比经振动筛充分筛混后，储存于原料仓。通过真空泵抽真空排除装置中的氧含量。原料再通过计量装置控制进料量进入到回转炉反应器，同时通入流动氮气，流量为0.4m3.h-1.kg-1，通过调整回转炉的转速及倾角来控制物料在回转炉反应器中的运动速度，物料在回转炉反应器装置中的平均停留时间为5小时。原料逐次经过预热区、预还原区、主反应区，此时主反应区温度控制在1400-1700℃，反应后产物在进入冷却区冷却，最后产品SiAlON进入产品料仓。所得SiAlON产品的Z值在0～1.8。
实施方式23以高岭土为原料制备SiAlON本实施方式选择粒度为150目的高岭土，选择石墨为还原剂，将高岭土与石墨以一定的计量比经振动筛充分筛混后，储存于原料仓。通过真空泵抽真空排除装置中的氧含量。原料再通过计量装置控制进料量进入到回转炉反应器，同时通入流动氮气，流量为0.4m3.h-1.kg-1，通过调整回转炉的转速及倾角来控制物料在回转炉反应器中的运动速度，物料在回转炉反应器装置中的平均停留时间为5小时。原料逐次经过预热区、预还原区、主反应区，此时主反应区温度控制在1400-1700℃，反应后产物在进入冷却区冷却，最后产品SiAlON进入产品料仓。所得SiAlON产品的Z值在0～2.8。
权利要求
1.一种含碳或含氮化合物的连续化生产方法，其特征在于将粒度范围在50-300目之原料与还原剂充分混合处理或加入粘结剂充分混合处理，其中各料的重量比为原料∶还原剂∶粘结剂＝100∶(20～75)∶(0～25)，混合物料连续加入到回转反应器中，在控制温度的条件下，经过预热区、预还原区、主反应区及产品冷却区，与此同时，向回转反应器内沿混合物料运动的逆向通入气体，气体流量控制在0.05～1.0m3.h-1.kg-1，预热区的温度控制在100-400℃，预还原区的温度控制在400-900℃、主反应区的温度控制在900-1800℃，经过冷却区后温度降低到200℃以下，由回转反应器一端进料，另一端出成品，连续制成含氮化合物或含碳化合物的单一或复合化合物。
2.根据权利要求1所述的含碳或含氮化合物的连续化生产方法，其特征在于所述原料采用偏钒酸铵、多聚钒酸铵、五氧化二钒、二氧化钒、三氧化二钒、五氧化二钽、五氧化二铌、二氧化铌、三氧化二铌、三氧化二铬、二氧化硅、三氧化二铝、高岭土、高岭石、粘土中的一种或其组合物。
3.根据权利要求1所述的含碳或含氮化合物的连续化生产方法，其特征在于所述混合物料采用含钒化合物的原料、还原剂、粘结剂、或密度强化剂进行混合处理，其中各料的重量比为含钒化合物∶还原剂∶密度强化剂∶粘结剂＝100∶(20～75)∶(0～15)∶(0～25)，所述含钒化合物采用偏钒酸铵、多聚钒酸铵、五氧化二钒、二氧化钒、三氧化二钒中的一种或其组合物，所用密度强化剂为Cr、Mn、Fe、Co、Ni中的单质或其合金或其组合物。
4.根据权利要求1或3所述的含碳或含氮化合物的连续化生产方法，其特征在于所述通入气体采用氮气、氨气、氢气、氩气、煤气、甲烷中的一种或其混合气体。
5.根据权利要求1或3所述的含碳或含氮化合物的连续化生产方法，其特征在于所述还原剂采用石墨、活性炭、碳黑、石墨电极粉、木炭粉、石油焦、焦炭中的一种或其组合物。
6.根据权利要求1或3所述的含碳或含氮化合物的连续化生产方法，其特征在于所述粘结剂采用水玻璃、膨润土、生石灰、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、淀粉、糊精、改性淀粉、糖浆、聚乙烯醇、聚乙烯醇树脂、木质素磺酸钙、木质素磺酸镁、造纸废液的一种或其组合物。
7.一种含碳或含氮化合物的连续化生产装置，包括回转炉体和组装其内的带有回转机构的回转反应器及与其封闭连接的物料料仓、成品料仓、供气罐，其特征在于回转炉体的一端支撑有调节回转炉体倾角的升降机构，回转反应器内按反应所需温度分别顺序设置预热区、预还原区、主反应区、冷却区，预热区头部设置进料口和出气口，出气口连接尾气处理装置，冷却区尾部设置进气口和成品出口，进气口通过气体流量控制器连接供气罐。
全文摘要
一种含碳或含氮化合物的连续化生产方法及其生产设备，该方法将混合物料连续加入到回转炉中，在控制温度的条件下，经过预热区、预还原区、主反应区及产品冷却区；与此同时，向回转炉内沿混合物料运动的逆向通入气体，由反应器一端进料，另一端出成品，连续制成含氮化合物或含碳化合物的单一或复合化合物。所用生产设备取消真空设备，明显降低设备投资，简化工艺流程，缩短制备周期，确保产品质量稳定，因采用气体与物料相对逆流运动，热交换效率高，既降低能耗，又循环利用气体，达到节约的效果，所用装置通过适当调整工艺参数，就能实现在同一设备中使用不同原料，生产不同产品，具有多功能、应用范围广的优点。
文档编号C01B31/30GK1944243SQ20061013410
公开日2007年4月11日 申请日期2006年10月31日 优先权日2006年10月31日
发明者隋智通, 付念新, 于三三, 张力 申请人:隋智通