专利名称：一种氮化钒的生产方法
技术领域：
本发明涉及一种氮化钒的生产方法，属于钒合金生产技术领域。
背景技术：
氮化钒可以替代钒铁用于微合金化钢的生产。氮化钒添加于钢中能提高钢的强 度、韧性、延展性及抗热疲劳性等综合机械性能，并使钢具有良好的可焊性。在达到相同强 度下，添加氮化钒节约钒加入量30-40 %，进而降低了成本。大量的工业规模应用数据表明增加含钒钢中的氮含量，能提高钢的屈服强度，主 要原因是钢中氮含量的增加，降低了析出相长大与粗化的趋势，钢中增氮后，析出相颗粒变 细，从而充分发挥钒在钢中的作用。氮化钒生产过程中，需要首先将粉状的钒氧化物和碳粉混合后压块、成型，再 将成型后的物料连续加入炉窑内中，同时向炉窑内通入氮气作反应气，将物料加热至 1200-1600°C，物料在该温度区域发生还原和氮化反应，持续时间小于4h，冷却后制得成品。还原反应过程中会产生大量的CO气体，由于CO与N2具有相同的分子量，常规的 卧式炉窑很难去除，从而影响氮化反应，使含氮量降低；采用竖炉进行反应，在炉底通入氮 气，能有效去除CO气体，使得整个反应炉中氮化条件好，反应更充分，从而提高氮化钒中的 氮含量。但是由于在氮化钒的生产过程中存在一个物料的软化阶段，物料在软化的同时进 行反应，这就使得块状物料相互粘连在一起，常规的卧式炉窑是采用钵体输送，每个钵体中 物料体积较小，粘结后很容易取出；而采用竖炉反应时，大量物料混合在一起，软化后产品 粘结现象严重，很难从竖炉中取出，最后导致生产被迫停止。且常规的制备方法不使用任何催化剂，其生产周期长，工作效率低、能耗高，且物 料处于软化阶段的时间长，也加重了最终产品粘结程度。另外，常规的制备方法，为了保证最终产品的表观密度，制备过程中使用粘结剂， 加重了最终产品粘结程度。由于上述缺陷的存在，虽然竖炉一直是业内提倡的一种可提高氮化钒中氮含量的 一种有效的方法，但是其实际应用中的缺陷一直困扰着生产企业，成为制约其发展的瓶颈。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种可解决困扰竖炉生产的出料粘结问 题，具有生产周期短，能量和气体利用效率高，生产效率高，生产方式灵活，产品品质高，生 产成本低的一种氮化钒的生产方法。本发明的目的是这样实现的一种氮化钒的生产方法，其特征在于所述方法是 将粉状的钒氧化物、碳粉和催化剂混合后压制成原料球，在原料球表面包裹氮化钒超细粉， 再将其连续加入竖炉中，同时向竖炉内通入氮气作反应气，将物料加热至1200-1600°c，物 料在该温度区域发生还原和氮化反应，持续时间小于40-60min，物料在保护气氛下冷却至 一定温度，然后出炉后即获得氮化钒产品。
所述氮化钒超细粉的粒径为500目至800目。所述催化剂为Fe0、Fe203、Fe304、Mn02、锰铁、硅铁及硅锰铁等原料中的一种或几种。所述钒氧化物为钒酸铵、V2O5, VO2, V2O3及VO的一种或是他们的混合物。所述压制成的原料球密度大于3000kg/m3。所述冷却温度为90_150°C。与现有技术相比，本发明的特点如下第一是将制备的原料球包裹成品超细氮化钒成品粉，使之在生产过程中形成高温 保护膜，从而达到避免粘结的生产方法。用超细粉包裹原料球，由于超细粉具有一定的流动性，在与原料球接触的过程中 会在原料球表面形成一层均勻的包裹层，且由于纯氮化钒VN熔点为2350°C，成品氮化钒的 熔点大于1650°C，在生产过程中，包裹层的超细氮化钒成品粉始终处于固态，从而可以起到 隔离作用，防止粘结，同时由于薄膜材质为成品氮化钒，所以不会对产品的品质造成影响。第二是在原料中加入催化剂，促使还原反应迅速进行，从而使物料在很短的时间 通过发生粘结的温度。所用催化剂为FeO、Fe2O3^ Fe3O4, MnO2、锰铁、硅铁及硅锰铁等原料中的一种或几 种。且其加入量小于1 %，反应结束后还原成金属铁、锰和硅，对氮化钒成品质量的影响小于 0.5%，同时这些材料在后序炼钢过程中又为母体(Fe)或合金元素(Mn和Si)，不会对炼钢 的使用过程产生影响。由于产生粘结是在还原过程中产生，所以缩短还原时间也可以减轻粘结现象，加 入催化剂可以使还原反应时间大为降低，使物料在小于Ih的时间内通过还原反应区，从而 起到防止粘结的作用。另外，由于加入催化剂缩短还原反应时间，可以使能量消耗相对减少，节约能源。 (还原反应为吸热反应，需消耗能量，氮化反应为放热反应，不消耗能量)下述(1)_(3)为还 原反应热力学方程式，(4)为氮化反应热力学方程式。V203+5C = 2VC+3C0(1)AG130 = -655500-304. 14T2V203+VC = 5V0+C0(2)AG150 = 270000-170. 21TVO+VC = V2C+C0(3)AG160 = 323800-187. 85TVC+1/2N = VN+C(4)Δ G180 = -112540+72. 85T第三是在原料制球的工序加大原料球的密度，使其在生产过程中降低体积收缩， 同时去除粘结剂，起到防粘结的作用。不加粘结剂可以降低原料球在生产过程中的粘结；加大原料球的密度，可以使氮 化钒生产过程中减小成品体积收缩，降低对第一部分所作的隔离薄膜的破坏，使粘结问题
进一步解决。同时，由于不加粘结剂，可进一步降低原料中的水含量，有利于降低能耗。本发明是通过上述三方面共同作用解决了竖炉生产的粘结问题，由于原料球在下降的过程中消除了粘结问题，从而使氮气流在向上运行的过程中具有了更合理的分布，使 得反应产生的CO及CO2气体更及时地被稀释排出，促使还原反应进行的更快和更合理；同 时氮化更均勻，生产出的氮化钒品质更高。综上所述，本发明可解决困扰竖炉生产的出料粘结问题，具有生产周期短，能量和 气体利用效率高，生产效率高，生产方式灵活，产品品质高，生产成本低的优点。
具体实施例方式实施例1将560kg含钒56 %的钒氧化物和168kg碳粉及0. 8kg的FeO混合，压制成原料球， 再将其表面包裹600目的氮化钒超细粉，将原料加入竖炉中，物料在1500°C区域通过，用时 45min，然后冷却至 150°C时出炉，得到含 78. 6% V、17. 46% Ν、2· 33% C、0. 015% S、0. 007% P的398kg的氮化钒，表观密度3560kg/m3。实施例2将735kg含钒64. 1 %钒氧化物和198kg碳粉及0. 9kg的Fe2O3混合，压制成型， 再将其表面包裹700目的氮化钒超细粉，将原料加入竖炉中，物料在1490°C区域通过用时 55min，然后冷却至 100°C时出炉，得到含 78. 3% V、16. 95% Ν、3· 45% C、0. 017% S、0. 008% P的601kg的氮化钒，表观密度3680kg/m3。实施例3将850kg含钒56%钒氧化物和255kg碳粉及1. Ikg Fe3O4混合，压制成型，再将其 表面包裹800目的氮化钒超细粉，将原料加入竖炉中，物料在1520°C区域通过用时40min， 然后冷却至 90°C 时出炉，得到含 78. 8% V、17. 85% NU. 98% C、0. 009% S,0. 017% P 的 604kg的氮化钒，表观密度3390kg/m3。上述实施例中的氮化钒超细粉为，国标规定VN12或VN16的氮化钒成品，通过球磨 机、雷蒙磨、气流磨等设备进行磨碎。制球过程选用液压制球机，制球压力大于250吨。压制成的原料球密度大于 3000kg/m3。上述原料须经过磨制成200目以下使用。上述竖炉为实施电阻加热炉、中频加热炉，由碳质材料为内衬。所述竖炉内衬碳质材料为石墨。且本发明具有如下明显优点1.物料连续由上部加入炉中，由下部出料器定时出料，炉子在常压工作，没有物料 粘结问题。2.工艺合理，设备紧凑，合理利用氮气和热量，能耗低产品质量稳定。利用本发明的技术方案制备的氮化钒产品含77-81% V，14-18% N，表观密度大于 3000Kg/m3。
权利要求
一种氮化钒的生产方法，其特征在于所述方法是将粉状的钒氧化物、碳粉和催化剂混合后压制成原料球，在原料球表面包裹氮化钒超细粉，再将其连续加入竖炉中，同时向竖炉内通入氮气作反应气，将物料加热至1200 1600℃，物料在该温度区域发生还原和氮化反应，持续时间小于40 60min，物料在保护气氛下冷却至一定温度，然后出炉后即获得氮化钒产品。
2.根据权利要求1所述的一种氮化钒的生产方法，其特征在于所述氮化钒超细粉的 粒径为500目至800目。
3.根据权利要求1所述的一种氮化钒的生产方法，其特征在于所述催化剂为FeO、 Fe203、Fe3O4, MnO2、锰铁、硅铁及硅锰铁等原料中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种氮化钒的生产方法，其特征在于所述钒氧化物为钒酸 铵、V205、VO2、V2O3及VO的一种或是他们的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种氮化钒的生产方法，其特征在于所述压制成的原料球 密度大于3000kg/m3。
6.根据权利要求1所述的一种氮化钒的生产方法，其特征在于所述冷却温度为 90-150°C。
全文摘要
本发明涉及一种氮化钒的生产方法，其特征在于所述方法是将粉状的钒氧化物、碳粉和催化剂混合后压制成原料球，在原料球表面包裹氮化钒超细粉，再将其连续加入竖炉中，同时向竖炉内通入氮气作反应气，将物料加热至1200-1600℃，物料在该温度区域发生还原和氮化反应，持续时间小于40-60min，物料在保护气氛下冷却至一定温度，然后出炉后即获得氮化钒产品。本发明可解决困扰竖炉生产的出料粘结问题，具有生产周期短，能量和气体利用效率高，生产效率高，生产方式灵活，产品品质高，生产成本低的优点。
文档编号C01B21/06GK101948977SQ20101050242
公开日2011年1月19日 申请日期2010年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者刘林清, 刘玮, 李正邦, 梁林宝 申请人:江阴市长兴钒氮新材料有限公司