1.本发明涉及冶金领域，尤其涉及一种氮氧化钒及其制备方法。
背景技术：
2.钒氮合金是钢铁工业中最重要和应用最广泛的钒合金添加剂，钒氮合金的加入可提供钢材的综合性能。目前，国内外钒氮合金主要采用常压一步法制备，该方法是在钒氧化物中配加碳质还原剂后混匀压球，再在氮气气氛中高温煅烧后获得钒氮合金。该方法中需要需要向反应炉窑内通入大量氮气，其作用一是维持炉窑呈微正压，防止空气进入炉窑内部，作用二是通过大量氮气稀释碳热反应生成的一氧化碳浓度，通过氮气稀释降低炉窑内一氧化碳分压，促进碳热还原氮化反应的进行并降低反应起始温度。采用常压一步法工艺制备钒氮合金，通入炉窑的氮气实际最终进入钒氮合金中的氮利用率仅为5％～10％，存在氮利用率低的问题，尽管氮气稀释可降低炉窑内一氧化碳分压，炉窑温度让需要达到1400～1550℃才能完成还原氮化反应，存在反应温度高、能耗大的问题。
3.因此，现有技术中存在对氮氧化钒及其制备方法改进的需求。
技术实现要素：
4.有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种氮氧化钒及其制备方法，通过脱氨、氨还原制得v 65～76％，n 10％～20％，o 4％～20％的氮氧化钒，以此为原料生产钒氮合金可降低配碳量，且反应温度低、反应时间短，能源消耗小。
5.基于上述目的，本发明实施例的提供了一种氮氧化钒的制备方法，包括以下步骤：
6.a.将钒酸铵盐加入第一回转窑中，加热至330～390℃反应40～70min脱氨以获得热态钒氧化物和混合气体；
7.b.将热态钒氧化物加入第二回转窑中，在保护气氛中进行第一还原反应，升温进行第二还原反应，以获得热态氮氧化钒；
8.c.将热态氮氧化钒加入冷却筒中在保护气氛中降温至20～60℃，以获得氮氧化钒。
9.在一些实施方式中，第一还原反应的条件包括加热温度为470℃～630℃，反应时间为40～80min，第二还原反应的条件包括加热温度为740℃～860℃，反应时间为50～130min。
10.在一些实施方式中，钒酸铵盐为偏钒酸铵、六聚钒酸铵、十聚钒酸铵中的至少一种。
11.在一些实施方式中，以质量百分比计，钒酸铵盐中k2o+na2o≤1.5％、p≤0.12％、s≤0.25％。
12.在一些实施方式中，热态钒氧化物为v2o5、v2o4、v2o3的至少一种。
13.在一些实施方式中，混合气体包括氨气、氢气、氮气。
14.在一些实施方式中，混合气体经干燥除水后作为保护气氛通入第二回转窑中。
15.在一些实施方式中，每1kg的钒氧化物对应的保护气氛的气体通入量为0.8～1.6m3。
16.在一些实施方式中，第一回转窑和第二回转窑均为外热式回转窑。
17.本发明另一方面还提供了一种使用上述方法制备的氮氧化钒，以质量百分比计，氮氧化钒包括v 65～76％，n 10％～20％，o 4％～20％。
18.本发明至少具有以下有益技术效果：
19.本发明提出了一种氮氧化钒及其制备方法，通过脱氨、氨还原制得v65～76％，n 10％～20％，o 4％～20％的氮氧化钒，这种氮氧化钒中氧含量较现钒氮合金所用的五氧化二钒(氧含量约为44％)和三氧化二钒(氧含量为34％～40％)中氧含量大幅降低，以此为原料生产钒氮合金可降低配碳量，进而减少碳排放，且配碳量减少后可降低钒氮合金煅烧炉内的co分压，进而降低反应所需的温度，且氮氧化钒制备过程中氨气可有效利用，采用的钒酸铵、氨气介质均为钒工业体系中的常见原料，反应温度低、反应时间短，在回转窑中即可实现，已此为原料制备钒氮合金可有效克服氮气利用率低、煅烧温度高、碳排放量大等不足。
具体实施方式
20.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明实施例进一步详细说明。
21.本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
22.此外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
23.本发明提供了一种氮氧化钒的制备方法，包括以下步骤：
24.a.将钒酸铵盐加入第一回转窑中，加热至330～390℃反应40～70min脱氨以获得热态钒氧化物和混合气体；
25.b.将热态钒氧化物加入第二回转窑中，在保护气氛中进行第一还原反应，升温进行第二还原反应，以获得热态氮氧化钒；
26.c.将热态氮氧化钒加入冷却筒中在保护气氛中降温至20～60℃，以获得氮氧化钒。
27.进一步地，在步骤a中，钒酸铵盐为偏钒酸铵、六聚钒酸铵、十聚钒酸铵中的至少一种，以质量百分比计，钒酸铵盐中k2o+na2o≤1.5％、p≤0.12％、s≤0.25％。混合气体包括氨气、氢气、氮气，混合气体经干燥除水后作为保护气氛通入第二回转窑中，每1kg的钒氧化物对应的保护气氛的气体通入量为0.8～1.6m3。
28.进一步地，在步骤b中，第一还原反应为预还原反应，其条件包括加热温度为470℃～630℃，反应时间为40～80min，第二还原反应的条件包括加热温度为740℃～860℃，反应
时间为50～130min，在第一还原反应中采用相对较低的加热温度的原因为，热态钒氧化物主要为v2o5，少量被氨气还原为v2o4或v2o3其熔点相对较低，约为650～690℃，因此采用较低的温度防止其熔化，然而随加热反应进行，钒元素价态降低，其熔点逐渐升高，因此，在第二还原反应过程中升温以保障反应的高效进行，且此时的温度仍然不超过反应物的熔点。
29.进一步地，第一回转窑和第二回转窑均为外热式回转窑。
30.本发明另一方面还提供了一种使用上述方法制备的氮氧化钒，以质量百分比计，包括v 65～76％，n 10％～20％，o 4％～20％。相比于现有的钒氮合金所用的五氧化二钒(氧含量约为44％)和三氧化二钒(氧含量为34％～40％)，本发明的氮氧化钒中氧含量大幅降低，以此为原料生产钒氮合金可降低配碳量，进而减少碳排放，且配碳量减少后可降低钒氮合金煅烧炉内的co分压，进而降低反应所需的温度，且氮氧化钒制备过程中氨气可有效利用，采用的钒酸铵、氨气介质均为钒工业体系中的常见原料，反应温度低、反应时间短，在回转窑中即可实现，已此为原料制备钒氮合金可有效克服氮气利用率低、煅烧温度高、碳排放量大等不足。
31.现结合实施例进一步说明本发明的具体技术解决方案。
32.以下实施例中所采用的钒酸铵盐中k2o+na2o≤1.5％、p≤0.12％、s≤0.25％，第一回转窑分解所得混合气体全部进入第二回转窑，当第一回转窑所得氨气不足时采用外购氨气补充，第一回转窑和第二回转窑均为外热式回转窑。
33.实施例1
34.将钒酸铵盐加入第一回转窑中隔绝空气气氛中加热至374℃反应66min进行脱氨得到热态钒氧化物和混合气体。热态氧化物直接进入第二回转窑中在保护气氛中加热至480℃反应57min，再在793℃反应95min后得到热态氮氧化钒。热态氮氧化钒进入外壁水冷式冷却筒在保护气氛下降温至37℃，得到氮氧化钒。第二回转窑保护气氛的气体总通入量为1.55m3/kg钒氧化物。
35.经检测，所得氮氧化钒中v 67.4％、n 14.7％、o 13.6％。
36.实施例2
37.将钒酸铵盐加入第一回转窑中隔绝空气气氛中加热至362℃反应79min进行脱氨得到热态钒氧化物和混合气体。热态钒氧化物直接进入第二回转窑中在保护气氛中加热至540℃反应48min，再在824℃反应67min后得到热态氮氧化钒。热态氮氧化钒进入外壁水冷式冷却筒在保护气氛下降温至48℃，得到氮氧化钒。第二回转窑保护气氛的气体总通入量为0.8m3/kg钒氧化物。
38.经检测，所得氮氧化钒中v 69.3％、n 12.5％、o 17.1％。
39.实施例3
40.将钒酸铵盐加入第一回转窑中隔绝空气气氛中加热至381℃反应56min进行脱氨得到热态热态钒氧化物和混合气体。热态钒氧化物直接进入第二回转窑中在保护气氛中加热至612℃反应72min，再在850℃反应120min后得到热态氮氧化钒。热态氮氧化钒进入外壁水冷式冷却筒在保护气氛下降温至53℃，得到氮氧化钒。第二回转窑保护气氛的气体总通入量为1.1m3/kg钒氧化物。
41.经检测，所得氮氧化钒中v73.7％、n 18.1％、o 5.8％。
42.以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本
发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
43.应当理解的是，在本文中使用的，除非上下文清楚地支持例外情况，单数形式“一个”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，在本文中使用的“和/或”是指包括一个或者一个以上相关联地列出的项目的任意和所有可能组合。
44.上述本发明实施例公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
45.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。