本发明涉及一种推板窑生产氮化钒的方法，属于钒氮合金生产技术领域。
背景技术：
推板窑是一种生产氮化钒的成熟设备，是目前氮化钒生产的主要设备，国内氮化钒生产企业基本都采用此设备。在推板窑生产氮化钒的过程中，先将原辅材料按一定的比例混匀后压球，将得到的生球放入石墨料罐内，在一定温度及氮气条件下，经过一定时间，使料罐从窑头进料，窑尾出料后，得到氮化钒产品。
目前，由于氮化钒市场竞争激烈，产品售价偏低，因此产品成本及产品质量就成为在市场竞争中生存的首要条件，降低成本的主要方法就是要提高单窑产量，提高产品质量主要是提高产品外观及VN16比例。而单窑产量低、产品外观差、VN16比例低也恰恰是当前氮化钒生产面临的主要问题，如何解决这些难题就显得十分迫切，对推板窑生产氮化钒也具有重要意义。
申请号为01139886.8的专利公布了一种氮化钒的生产方法，该方法是将钒氧化物、石墨、2%聚乙烯醇混合均匀压球后，加入到通有保护及反应气体氮气和/或氨气的推板窑或隧道窑内，在1000-1800℃温度下反应2-6h，冷却到100-250℃后出料。该方法仅公布了氮化钒的原料组成、及较宽泛的反应温度及反应时间，但未对增加产量方法、原料中的添加剂的种类及用量、氮气流量及高温区温度进行说明。
申请号为201110000961.9的专利公布了一种简易的氮化钒生产方法，该方法将V2O5 粉和石墨粉按4:1 的重量比在干混机上充分混合后按100 ：15 的重量比加入含量为4%的聚乙烯醇水溶液，混合、压球、干燥，将干燥后，将混合粉球分层装入料车、入炉、密封炉门，真空条件下通入氮气后，在800℃、1350℃、1600℃分别保持5h、6h、6-10h共20h后，停电冷却至150℃出炉。该技术公布了较为准确的原料配比及反应时间、反应温度，但其采用真空反应，所用设备不是推板窑，也未对原料中的添加剂的种类及用量、氮气流量等进行说明。
虽然目前氮化钒生产方法及手段较多，但采用常规方法生产的氮化钒往往表面质量差，含氮量低，且反应时间长，产量低，造成氮化钒产品的成本居高不下。
技术实现要素：
本发明提供一种推板窑生产氮化钒的方法，通过提高催化剂比例、改变装料方式，并采用窑温、氮气流量及窑压同步耦合控制，有效提高了氮化钒的质量和产量，增加出料速度，缩短反应时间，实现了推板窑生产氮化钒产量及产品质量双提升。
本发明所采取的技术方案是：
一种推板窑生产氮化钒的方法，包括下述步骤：
（1）配料时加入过量铁粉；
（2）装料：将生球装入按比例混合投放在产线上的方料罐与圆料罐中；
（3）还原氮化：料罐入窑后，依次经过窑内各温区，分别控制各温区温度及通入氮气的流量，并对窑头、窑中及窑尾处的窑腔压力进行控制，在氮气条件下进行反应，得到氮化钒产品。
步骤（1）中加入的铁粉量为6-12kg/吨钒氧化物，优选为8-10kg/吨钒氧化物。常规氮化钒生产过程中，每吨钒氧化物配入1-2Kg铁粉作为催化剂，来促进合成反应，本发明在研究氮化钒反应过程及产品成分后，将铁粉加入量提高到6-12Kg/吨钒氧化物，显著改善了原来氮化钒生产中产品密度低，表面有裂纹等表观质量差的问题，本发明的产品外观光洁无裂纹，呈现金属光泽，表观密度到达3.5g/cm3以上，显著提高了其在炼钢中等应用效果。
步骤（2）中方料罐与圆料罐混合投放在产线上的比例为1:1-4:1，优选为方料罐与圆料罐投放比例为2:1或3:1。本发明采用方、圆料罐混合使用的生产方式，将入窑方料罐与圆料罐按比例投放，既增加产量，又增加产品含氮量。采用方圆料罐混用后，由于方料罐的容积大于圆料罐，能够有效增加产量25%以上；且加入方料罐后，使窑内氮气流通由平流变为紊流，从而改善了窑内氮气分布状况，利于产品氮化，使产品含氮量提高0.3%以上。
步骤（3）中温度控制为6温区1000℃-1100℃；7-8温区1100℃-1350℃；9温区1400℃-1500℃；10-17温区1510℃-1540℃。本发明改变传统窑内温度分布情况，将中高温区前移，使6温区达到1000℃以上，至8温区达到1300℃以上，提早并加速还原反应过程；经9温区高温过渡后，将高温温区提前至10区，控制10-17温区温度1510℃以上，强化产品渗氮效果，延长反应时间，有效提高产量。
步骤（3）中各温区通入的氮气流量控制为：1-5温区3500-4000 L/min；6-8温区5000-5800L/min；9温区6000-6500L/min，10温区及以后6500-8000 L/min；优选为各温区通入的氮气流量控制为：1-5温区3600 L/min -3800 L/min； 6-8温区5300-5500 L/min；9温区6300L/min，10温区及以后7000-7500 L/min。根据各段反应需求调整氮气量，1-5温区低氮气流量，仅够保证窑内氮气气氛，易于水分蒸发及废气排放，6-9温区还原过程中，随着窑温升高，逐步增大氮气流量，保证还原效果，10温区以后主要发生氮化钒反应，将氮气流量全部开至7000 L/min以上，增加此区段氮气分压，加快反应速度，缩短反应时间，提高产量。
步骤（3）中窑压控制为：窑头压力1-10Pa，窑中压力5-20Pa，窑尾压力8-20Pa，氮气条件下反应时间为13-15h。优选为，窑头压力4-6Pa，窑中压力10-15Pa，窑尾压力14-16Pa。本发明独创窑压控制技术，通过监测窑压控制窑内反应。在窑头低窑压，利于窑内废气、水汽向窑头流通，便于及时由烟筒排出；窑中还原反应放出的大量废气不利于还原及渗氮反应进行，通过窑压验证窑中废气量多少，通过控制窑压保证废气已正常排出，促进还原及渗氮反应速度，确保提产；窑尾窑压可看作氮气压力，控制窑尾窑压保证炉内氮气分压，增加产品含氮，提高产品质量。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
通过提高催化剂比例、改变装料方式，并采用窑温、氮气流量及窑压同步耦合控制，有效提高了氮化钒的质量和产量，增加出料速度，缩短反应时间，实现了推板窑生产氮化钒产量及产品质量双提升。
本发明通过窑温、氮气流量及窑压同步耦合控制，最大限度缩短反应时间，增加出料速度，有效提高了推板窑产量，且实现了推板窑生产氮化钒产量及产品质量双提升。
本方法生产的氮化钒产品表观无裂纹，呈金属光泽，表观密度到达3.5g/cm3以上，产品全部达到VN16标准，单推板窑单窑日产量可达1.5吨以上，双推板窑单窑日产量可达3.0吨以上，大大提高了产量。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步地说明；
实施例1：
采用以下工艺步骤提高氮化钒产量及产品质量：
（1）配料：将1吨三氧化二钒与280Kg石墨粉混匀并配入铁粉8kg作添加剂；
（2）装料：将生球装入按2:1比例混合投放在产线上的方料罐与圆料罐中；
（3）还原氮化：料罐入窑后，依次经过窑内各温区，分别控制各温区温度，6温区1000℃、7温区1100℃、8温区1300℃、9温区1450℃，10-17温区1520℃；控制通入氮气的流量为1-5温区3600L/min，6-8温区5300L/min，9温区氮气流量为6300L/min，10温区及以后氮气流量为7000 L/min；控制窑头压力4Pa，窑中压力10Pa，窑尾压力14Pa；高温氮气条件下反应14h，得到高产量、高质量氮化钒。产品表观有金属光泽且无裂纹，表观密度3.53g/cm3，单窑日产1.58吨，产品含氮量15.63%，全部达到VN16标准。
实施例2：
采用以下工艺步骤提高氮化钒产量及产品质量：
（1）配料：将1吨三氧化二钒与275Kg石墨粉混匀并配入铁粉10kg作添加剂；
（2）装料：将生球装入按3:1比例混合投放在产线上的方料罐与圆料罐中；
（3）还原氮化：料罐入窑后，依次经过窑内各温区，分别控制各温区温度，6温区1100℃、7温区1200℃、8温区1350℃、9温区1450℃，10-17温区1530℃；控制通入氮气的流量为1-5温区3800L/min，6-8温区5500L/min，9温区氮气流量为6300L/min，10温区及以后氮气流量为7500 L/min；控制窑头压力6Pa，窑中压力15Pa，窑尾压力16Pa；高温氮气条件下反应15h，得到高产量、高质量氮化钒。产品表观有金属光泽且无裂纹，表观密度3.58g/cm3，单窑日产1.63吨，产品含氮量15.42%，全部达到VN16标准。
实施例3：
采用以下工艺步骤提高氮化钒产量及产品质量：
（1）配料：将1吨五氧化二钒与350Kg石墨粉混匀并配入铁粉6kg作添加剂；
（2）装料：将生球装入按1:1比例混合投放在产线上的方料罐与圆料罐中；
（3）还原氮化：料罐入窑后，依次经过窑内各温区，分别控制各温区温度，6温区1000℃、7温区1100℃、8温区1200℃、9温区1400℃，10-17温区1510℃；控制通入氮气的流量为1-5温区3500L/min，6-8温区5000L/min，9温区氮气流量为6000L/min，10温区及以后氮气流量为6500 L/min；控制窑头压力10Pa，窑中压力20Pa，窑尾压力8Pa；高温氮气条件下反应13h，得到高产量、高质量氮化钒。产品表观有金属光泽且无裂纹，表观密度3.5g/cm3，单窑日产1.5吨，产品含氮量14.45%，全部达到VN16标准。
实施例4：
采用以下工艺步骤提高氮化钒产量及产品质量：
（1）配料：将1吨五氧化二钒与355Kg石墨粉混匀并配入铁粉12kg作添加剂；
（2）装料：将生球装入按4:1比例混合投放在产线上的方料罐与圆料罐中；
（3）还原氮化：料罐入窑后，依次经过窑内各温区，分别控制各温区温度，6温区1100℃、7温区1200℃、8温区1350℃、9温区1500℃，10-17温区1540℃；控制通入氮气的流量为1-5温区4000L/min，6-8温区5800L/min，9温区氮气流量为6500L/min，10温区及以后氮气流量为8000 L/min；控制窑头压力1Pa，窑中压力5Pa，窑尾压力20Pa；得到高产量、高质量氮化钒。产品表观有金属光泽且无裂纹，表观密度3.62g/cm3，单窑日产1.72吨，产品含氮量14.12%，全部达到VN16标准。
实施例5
采用以下工艺步骤提高氮化钒产量及产品质量：
（1）配料：将1吨三氧化二钒与280Kg石墨粉混匀并配入铁粉7kg作添加剂；
（2）装料：将生球装入按2:1比例混合投放在产线上的方料罐与圆料罐中；
（3）还原氮化：料罐入窑后，依次经过窑内各温区，分别控制各温区温度，6温区1050℃、7温区1300℃、8温区1350℃、9温区1500℃，10-17温区1520℃；控制通入氮气的流量为1-5温区3800L/min，6-8温区5400L/min，9温区氮气流量为6500L/min，10温区及以后氮气流量为6500 L/min；控制窑头压力5Pa，窑中压力18Pa，窑尾压力10Pa；高温氮气条件下反应15h，得到高产量、高质量氮化钒。产品表观有金属光泽且无裂纹，表观密度3.58g/cm3，单窑日产1.70吨，产品含氮量14.15%，全部达到VN16标准。
实施例6
采用以下工艺步骤提高氮化钒产量及产品质量：
（1）配料：将1吨三氧化二钒与275Kg石墨粉混匀并配入铁粉11kg作添加剂；
（2）装料：将生球装入按3:1比例混合投放在产线上的方料罐与圆料罐中；
（3）还原氮化：料罐入窑后，依次经过窑内各温区，分别控制各温区温度，6温区1080℃、7温区1250℃、8温区1300℃、9温区1450℃，10-17温区1540℃；控制通入氮气的流量为1-5温区4000L/min，6-8温区5600L/min，9温区氮气流量为6400L/min，10温区及以后氮气流量为7800 L/min；控制窑头压力8Pa，窑中压力8Pa，窑尾压力18Pa；高温氮气条件下反应13h，得到高产量、高质量氮化钒。产品表观有金属光泽且无裂纹，表观密度3.61g/cm3，单窑日产1.73吨，产品含氮量14.13%，全部达到VN16标准。
对比例1：
本对比例中除配料加入铁粉量为1kg外，其他料罐投放比例与工艺控制均与实施例1相同，产品表观无金属光泽且有裂纹，表观密度3.42g/cm3，单窑日产1.51吨，产品含氮量15.42%，全部达到VN16标准。
对比例2：
本对比例中除配料加入铁粉量为15kg外，其他料罐投放比例与工艺控制均与实施例1相同，产品表观有金属光泽且无裂纹，表观密度3.7g/cm3，单窑日产可达1.61吨，但产品含钒76.87，低于国标要求，产品不合格。
对比例3：
本对比例中除方料罐与圆料罐投放比例为只投放圆料罐外，配料及其他工艺控制均与实施例1相同，产品表观有金属光泽且无裂纹，表观密度3.51g/cm3，单窑日产1.43吨，产品含氮量14.77%，全部达到VN16标准，产量及含氮量有所降低。
对比例4：
本对比例中除方料罐与圆料罐投放比例为只投放方料罐外，配料及其他工艺控制均与实施例1相同，产品表观有金属光泽且无裂纹，表观密度3.51g/cm3，单窑日产1.69吨，产品含氮量14.06%，全部达到VN16标准，产量大幅提高但产品含氮量大幅降低，产品质量降低较大。
对比例5：
本对比例中除6温区750℃、7温区950℃、8温区1100℃、9温区1200℃、10温区1350℃、11温区1450℃（即高温区从12温区开始）外，配料、料罐投放比例及其它工艺控制均与实施例1相同，产品表观有金属光泽且无裂纹，表观密度3.22g/cm3，单窑日产1.51吨，产品含氮量13.2%，为VN12，产品含氮量及表观密度大幅下降。
对比例6：
本对比例中除1-5温区氮气流量变为5500L/min（即增大低温区氮气流量）外，配料、料罐投放比例及其它工艺控制均与实施例1相同，产品表观有金属光泽且无裂纹，表观密度3.52g/cm3，单窑日产1.51吨，产品含氮量15.01%，全部达到VN16标准，但由于废气排出不及时影响氮化，产品含氮量略有下降。
对比例7：
本对比例中除10温区以后氮气流量变为5500L/min（即降低高温及以后温区氮气流量）外，配料、料罐投放比例及其它工艺控制均与实施例1相同，产品表观有金属光泽且无裂纹，表观密度3.52g/cm3，单窑日产1.51吨，产品含氮量14.23%，全部达到VN16标准，但产品含氮量大幅下降。
对比例8：
本对比例中除控制窑头压力14Pa，窑中压力40Pa，窑尾压力34Pa，其余配料、料罐投放比例及其它工艺控制均与实施例1相同，产品表观有金属光泽且无裂纹，表观密度3.52g/cm3，单窑日产1.51吨，产品含氮量12.53%，产品为VN12，产品含氮量大幅下降，严重影响产品质量。
对比例9：
本对比例中除控制窑头压力1Pa，窑中压力1Pa，窑尾压力1Pa，其余配料、料罐投放比例及其它工艺控制均与实施例1相同，产品表观有金属光泽且无裂纹，但有氧化现象，表观密度3.52g/cm3，单窑日产1.51吨，产品含氮量12.75%，产品为VN12，产品含氮量大幅下降，严重影响产品质量。
综合实施例1-6及对比例1-9结果可以看出，本发明大大提高了推板窑产量，并能够提高氮化钒的含氮量及表观密度，减少产品裂纹并使产品表现出金属光泽，从而提高了氮化钒的质量。
本发明中限定了加入铁粉量至6-12kg/吨钒氧化物，过低能生产出合格产品但表观质量差，过高则易造成产品不合格；限定了方、圆料罐的投放比例为1:1~4:1，不放方料罐或方料罐过多都会因氮气分布不合理造成产品含氮量降低；而将中高温区提前，控制6温区温度1000℃-1100℃；7-8温区控制温度在1100℃-1350℃；9温区控制温度在1400℃-1500℃；10-17温区控制温度在1510℃-1540℃可在出料量不变的情况下使产品含氮由VN12提升至VN16标准；而氮气流量设定为1-5温区氮气流量为3500-4000 L/min；6-8温区氮气流量为5000-5800L/min；9温区氮气流量为6000-6500L/min，10温区及以后氮气流量为6500-8000 L/min，进一步优选为1-5温区氮气流量为3600 L/min -3800 L/min； 6-8温区温区氮气流量：5300-5500 L/min；9温区氮气流量为6300L/min，10温区及以后氮气流量为7000-7500 L/min时，产品含氮量较高，增大或减少氮气流量均会造成产品含氮量降低；而窑压控制窑头压力1-10Pa，窑中压力5-20Pa，窑尾压力8-20Pa进一步优选为：窑头压力4-6Pa，窑中压力10-15Pa，窑尾压力14-16Pa后，产品含氮高，而增大或减小窑压，则会造成产品含氮量下降直至出现VN12产品；
因此采用本技术推板窑生产氮化钒，可有效提高了推板窑产量，单推板窑单窑日产量可达1.5吨以上，双推板窑单窑日产量可达3.0吨以上；且可使产品表观无裂纹，呈金属光泽，表观密度到达3.5g/cm3以上，产品全部为VN16。
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。