一種氮氧化釩及其製備方法
2024-04-15 03:41:05
1.本發明涉及冶金領域，尤其涉及一種氮氧化釩及其製備方法。
背景技術：
2.釩氮合金是鋼鐵工業中最重要和應用最廣泛的釩合金添加劑，釩氮合金的加入可提供鋼材的綜合性能。目前，國內外釩氮合金主要採用常壓一步法製備，該方法是在釩氧化物中配加碳質還原劑後混勻壓球，再在氮氣氣氛中高溫煅燒後獲得釩氮合金。該方法中需要需要向反應爐窯內通入大量氮氣，其作用一是維持爐窯呈微正壓，防止空氣進入爐窯內部，作用二是通過大量氮氣稀釋碳熱反應生成的一氧化碳濃度，通過氮氣稀釋降低爐窯內一氧化碳分壓，促進碳熱還原氮化反應的進行並降低反應起始溫度。採用常壓一步法工藝製備釩氮合金，通入爐窯的氮氣實際最終進入釩氮合金中的氮利用率僅為5％～10％，存在氮利用率低的問題，儘管氮氣稀釋可降低爐窯內一氧化碳分壓，爐窯溫度讓需要達到1400～1550℃才能完成還原氮化反應，存在反應溫度高、能耗大的問題。
3.因此，現有技術中存在對氮氧化釩及其製備方法改進的需求。
技術實現要素：
4.有鑑於此，本發明實施例的目的在於提出一種氮氧化釩及其製備方法，通過脫氨、氨還原製得v 65～76％，n 10％～20％，o 4％～20％的氮氧化釩，以此為原料生產釩氮合金可降低配碳量，且反應溫度低、反應時間短，能源消耗小。
5.基於上述目的，本發明實施例的提供了一種氮氧化釩的製備方法，包括以下步驟：
6.a.將釩酸銨鹽加入第一迴轉窯中，加熱至330～390℃反應40～70min脫氨以獲得熱態釩氧化物和混合氣體；
7.b.將熱態釩氧化物加入第二迴轉窯中，在保護氣氛中進行第一還原反應，升溫進行第二還原反應，以獲得熱態氮氧化釩；
8.c.將熱態氮氧化釩加入冷卻筒中在保護氣氛中降溫至20～60℃，以獲得氮氧化釩。
9.在一些實施方式中，第一還原反應的條件包括加熱溫度為470℃～630℃，反應時間為40～80min，第二還原反應的條件包括加熱溫度為740℃～860℃，反應時間為50～130min。
10.在一些實施方式中，釩酸銨鹽為偏釩酸銨、六聚釩酸銨、十聚釩酸銨中的至少一種。
11.在一些實施方式中，以質量百分比計，釩酸銨鹽中k2o+na2o≤1.5％、p≤0.12％、s≤0.25％。
12.在一些實施方式中，熱態釩氧化物為v2o5、v2o4、v2o3的至少一種。
13.在一些實施方式中，混合氣體包括氨氣、氫氣、氮氣。
14.在一些實施方式中，混合氣體經乾燥除水後作為保護氣氛通入第二迴轉窯中。
15.在一些實施方式中，每1kg的釩氧化物對應的保護氣氛的氣體通入量為0.8～1.6m3。
16.在一些實施方式中，第一迴轉窯和第二迴轉窯均為外熱式迴轉窯。
17.本發明另一方面還提供了一種使用上述方法製備的氮氧化釩，以質量百分比計，氮氧化釩包括v 65～76％，n 10％～20％，o 4％～20％。
18.本發明至少具有以下有益技術效果：
19.本發明提出了一種氮氧化釩及其製備方法，通過脫氨、氨還原製得v65～76％，n 10％～20％，o 4％～20％的氮氧化釩，這種氮氧化釩中氧含量較現釩氮合金所用的五氧化二釩(氧含量約為44％)和三氧化二釩(氧含量為34％～40％)中氧含量大幅降低，以此為原料生產釩氮合金可降低配碳量，進而減少碳排放，且配碳量減少後可降低釩氮合金煅燒爐內的co分壓，進而降低反應所需的溫度，且氮氧化釩製備過程中氨氣可有效利用，採用的釩酸銨、氨氣介質均為釩工業體系中的常見原料，反應溫度低、反應時間短，在迴轉窯中即可實現，已此為原料製備釩氮合金可有效克服氮氣利用率低、煅燒溫度高、碳排放量大等不足。
具體實施方式
20.為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，對本發明實施例進一步詳細說明。
21.本發明的說明書和權利要求書中的術語「包括」和「具有」以及它們的任何變形，意圖在於覆蓋不排他的包含；本發明的說明書和權利要求書中的術語「第一」、「第二」等是用於區別不同對象，而不是用於描述特定順序。「多個」的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。
22.此外，在本文中提及「實施例」意味著，結合實施例描述的特定特徵、結構或特性可以包含在本發明的至少一個實施例中。在說明書中的各個位置出現該短語並不一定均是指相同的實施例，也不是與其它實施例互斥的獨立的或備選的實施例。本領域技術人員顯式地和隱式地理解的是，本文所描述的實施例可以與其它實施例相結合。
23.本發明提供了一種氮氧化釩的製備方法，包括以下步驟：
24.a.將釩酸銨鹽加入第一迴轉窯中，加熱至330～390℃反應40～70min脫氨以獲得熱態釩氧化物和混合氣體；
25.b.將熱態釩氧化物加入第二迴轉窯中，在保護氣氛中進行第一還原反應，升溫進行第二還原反應，以獲得熱態氮氧化釩；
26.c.將熱態氮氧化釩加入冷卻筒中在保護氣氛中降溫至20～60℃，以獲得氮氧化釩。
27.進一步地，在步驟a中，釩酸銨鹽為偏釩酸銨、六聚釩酸銨、十聚釩酸銨中的至少一種，以質量百分比計，釩酸銨鹽中k2o+na2o≤1.5％、p≤0.12％、s≤0.25％。混合氣體包括氨氣、氫氣、氮氣，混合氣體經乾燥除水後作為保護氣氛通入第二迴轉窯中，每1kg的釩氧化物對應的保護氣氛的氣體通入量為0.8～1.6m3。
28.進一步地，在步驟b中，第一還原反應為預還原反應，其條件包括加熱溫度為470℃～630℃，反應時間為40～80min，第二還原反應的條件包括加熱溫度為740℃～860℃，反應
時間為50～130min，在第一還原反應中採用相對較低的加熱溫度的原因為，熱態釩氧化物主要為v2o5，少量被氨氣還原為v2o4或v2o3其熔點相對較低，約為650～690℃，因此採用較低的溫度防止其熔化，然而隨加熱反應進行，釩元素價態降低，其熔點逐漸升高，因此，在第二還原反應過程中升溫以保障反應的高效進行，且此時的溫度仍然不超過反應物的熔點。
29.進一步地，第一迴轉窯和第二迴轉窯均為外熱式迴轉窯。
30.本發明另一方面還提供了一種使用上述方法製備的氮氧化釩，以質量百分比計，包括v 65～76％，n 10％～20％，o 4％～20％。相比於現有的釩氮合金所用的五氧化二釩(氧含量約為44％)和三氧化二釩(氧含量為34％～40％)，本發明的氮氧化釩中氧含量大幅降低，以此為原料生產釩氮合金可降低配碳量，進而減少碳排放，且配碳量減少後可降低釩氮合金煅燒爐內的co分壓，進而降低反應所需的溫度，且氮氧化釩製備過程中氨氣可有效利用，採用的釩酸銨、氨氣介質均為釩工業體系中的常見原料，反應溫度低、反應時間短，在迴轉窯中即可實現，已此為原料製備釩氮合金可有效克服氮氣利用率低、煅燒溫度高、碳排放量大等不足。
31.現結合實施例進一步說明本發明的具體技術解決方案。
32.以下實施例中所採用的釩酸銨鹽中k2o+na2o≤1.5％、p≤0.12％、s≤0.25％，第一迴轉窯分解所得混合氣體全部進入第二迴轉窯，當第一迴轉窯所得氨氣不足時採用外購氨氣補充，第一迴轉窯和第二迴轉窯均為外熱式迴轉窯。
33.實施例1
34.將釩酸銨鹽加入第一迴轉窯中隔絕空氣氣氛中加熱至374℃反應66min進行脫氨得到熱態釩氧化物和混合氣體。熱態氧化物直接進入第二迴轉窯中在保護氣氛中加熱至480℃反應57min，再在793℃反應95min後得到熱態氮氧化釩。熱態氮氧化釩進入外壁水冷式冷卻筒在保護氣氛下降溫至37℃，得到氮氧化釩。第二迴轉窯保護氣氛的氣體總通入量為1.55m3/kg釩氧化物。
35.經檢測，所得氮氧化釩中v 67.4％、n 14.7％、o 13.6％。
36.實施例2
37.將釩酸銨鹽加入第一迴轉窯中隔絕空氣氣氛中加熱至362℃反應79min進行脫氨得到熱態釩氧化物和混合氣體。熱態釩氧化物直接進入第二迴轉窯中在保護氣氛中加熱至540℃反應48min，再在824℃反應67min後得到熱態氮氧化釩。熱態氮氧化釩進入外壁水冷式冷卻筒在保護氣氛下降溫至48℃，得到氮氧化釩。第二迴轉窯保護氣氛的氣體總通入量為0.8m3/kg釩氧化物。
38.經檢測，所得氮氧化釩中v 69.3％、n 12.5％、o 17.1％。
39.實施例3
40.將釩酸銨鹽加入第一迴轉窯中隔絕空氣氣氛中加熱至381℃反應56min進行脫氨得到熱態熱態釩氧化物和混合氣體。熱態釩氧化物直接進入第二迴轉窯中在保護氣氛中加熱至612℃反應72min，再在850℃反應120min後得到熱態氮氧化釩。熱態氮氧化釩進入外壁水冷式冷卻筒在保護氣氛下降溫至53℃，得到氮氧化釩。第二迴轉窯保護氣氛的氣體總通入量為1.1m3/kg釩氧化物。
41.經檢測，所得氮氧化釩中v73.7％、n 18.1％、o 5.8％。
42.以上是本發明公開的示例性實施例，但是應當注意，在不背離權利要求限定的本
發明實施例公開的範圍的前提下，可以進行多種改變和修改。根據這裡描述的公開實施例的方法權利要求的功能、步驟和/或動作不需以任何特定順序執行。此外，儘管本發明實施例公開的元素可以以個體形式描述或要求，但除非明確限制為單數，也可以理解為多個。
43.應當理解的是，在本文中使用的，除非上下文清楚地支持例外情況，單數形式「一個」旨在也包括複數形式。還應當理解的是，在本文中使用的「和/或」是指包括一個或者一個以上相關聯地列出的項目的任意和所有可能組合。
44.上述本發明實施例公開實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優劣。
45.所屬領域的普通技術人員應當理解：以上任何實施例的討論僅為示例性的，並非旨在暗示本發明實施例公開的範圍(包括權利要求)被限於這些例子；在本發明實施例的思路下，以上實施例或者不同實施例中的技術特徵之間也可以進行組合，並存在如上的本發明實施例的不同方面的許多其它變化，為了簡明它們沒有在細節中提供。因此，凡在本發明實施例的精神和原則之內，所做的任何省略、修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明實施例的保護範圍之內。