低能耗釩氧化物的還原氮化生產工藝的製作方法

2023-09-20 03:12:40

專利名稱：低能耗釩氧化物的還原氮化生產工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及生產鋼鐵用添加劑的技術領域，更具體地說是涉及釩氮合金生產工藝 的技術領域。
背景技術：
近年來，隨著我國經濟的高速發展，一方面，國內對鋼鐵的需求越來越大；另一方 面，由於人們生活水平的日益提高、尖端科技的發展、社會環境的日益惡化等等，鋼鐵用戶 對鋼鐵質量的要求也越來越嚴格。在剛剛出臺的鋼鐵產業振興規劃中，把大力推廣400MPa 以上的鋼筋作為重要任務，提出到2011年400MI^及以上熱軋帶肋鋼筋使用比例達到60% 以上，致力於II級鋼筋向III級鋼筋的升級換代。鋼筋消費結構的升級使鋼鐵產品結構調 整成為我國鋼鐵行業的首要任務，微合金化為我國鋼鐵產品的升級換代提供了一條經濟有 效的途徑，採用氮化釩作為添加劑生產鋼筋，不僅可以提高鋼筋性能，能節省合金，降低成 本，而且工藝簡單，過程好控制，所以它越來越受到廣大生產企業的歡迎，不少企業都因此 摒棄舊工藝，轉用氮化釩生產鋼筋工藝，大有普及應用的趨勢，在不遠的將來，極有可能將 成為鋼筋生產規範之必須的。氮化釩的傳統製備方法是以釩的氧化物V203、V205以及釩的化 合物釩酸氨(NH4VO3)、多釩酸銨等為原料，以碳質、氫氣、氨氣、CO等為還原劑，在高溫或真 空下進行還原，之後再通入氮氣或氨氣進行氮化而製備的，對氮化釩的研製，國內外的冶金 工作者做了很多工作，但大多會出現工藝複雜，產品質量不穩定，能耗較高，爐襯壽命太低， 產品應用於冶金時釩的收得率較低等不同程度的缺陷。

發明內容
本發明的目的就是為了解決上述技術問題而提供一種生產工藝簡單，可實現連續 化生產，產品質量穩定，密度高，爐襯壽命長，產品含碳量低，含氮量高，還原劑碳的配入量 不到碳直接還原釩氧化物的理論化學當量，可節省原料、減少排放、節省能源的低能耗釩氧 化物的還原氮化生產工藝。本發明為了解決上述技術問題而採用的技術解決方案如下低能耗釩氧化物的還原氮化生產工藝，先將80-100重量份的粉狀釩氧化物、 20-40重量份的還原劑和30-50重量份的有機粘合劑混合均勻，經溼混機溼混後，送入壓球 機壓製成型，再將塊狀的成型料送入隧道爐內燒制，並向隧道爐內輸入氮氣，隧道爐內的溫 度範圍控制在400 1700°C，並保持10-50 的微正壓，成型料在氮氣保護下燒結20-30小 時，最後產品在小於150°C環境下出爐即可。所述還原劑是C粉。所述有機粘合劑是玻璃膠或者是2% 6%聚乙烯醇水溶液。混料時加入10-30重量份的密度增強劑，密度增強劑是鐵粉、矽鐵粉、錳鐵粉、鉻 鐵粉或者是鐵礦粉中的其中一種。所述入爐方式是連續推板式。
本發明採用上述技術解決方案所能達到的有益效果是本發明生產工藝簡單， 採用連續推板式隧道爐，電阻加熱，加熱能力強，生產量大，可實現連續化生產，因而產品 質量穩定，物化性能優良，產品化學組成為V77 81%，N12 19%，CO. 5 6.0%，S/ P^O. 005 %，產品密度高，表觀密度> 4000kg/m3,有效提高了氮化釩在鋼中的回收率，產 品含碳量低，含氮量高，還原劑碳粉的配入量不到碳直接還原釩氧化物的理論化學當量，從 而節省了原料、減少了排放、節省了能源，還原劑C粉的使用量少，充分利用了爐內CO的還 原作用，有機粘結劑的加入，可加強成型料的強度，該粘結劑在高溫下完全揮發，無毒性，對 產品無任何不良影響，還能有效延長爐襯的使用壽命長。
具體實施例方式實施例1 低能耗釩氧化物的還原氮化生產工藝，先將SOKg的粉狀釩氧化物、20Kg 的還原劑C粉、30Kg的有機粘合劑玻璃膠和IOKg的密度增強劑混合均勻，該有機粘合劑還 可以是2% 6%聚乙烯醇水溶液，該密度增強劑是鐵粉、矽鐵粉、錳鐵粉、鉻鐵粉或者是鐵 礦粉中的其中一種均可，將上述物料經溼混機溼混20分鐘後，送入150Mpa的壓球機壓製成 型，再將塊狀的成型料送入連續推板式隧道爐內燒制，並向隧道爐內輸入氮氣，隧道爐內的 溫度範圍控制在400 1700°C，並保持10-50 的微正壓，成型料在氮氣保護下燒結20-30 小時，最後產品在小於150°C環境下出爐即可。實施例2 低能耗釩氧化物的還原氮化生產工藝，先將90Kg的粉狀釩氧化物、30Kg 的還原劑C粉、40Kg的有機粘合劑玻璃膠和20Kg的密度增強劑混合均勻，該有機粘合劑還 可以是2% 6%聚乙烯醇水溶液，該密度增強劑是鐵粉、矽鐵粉、錳鐵粉、鉻鐵粉或者是鐵 礦粉中的其中一種均可，將上述物料經溼混機溼混20分鐘後，送入150Mpa的壓球機壓製成 型，再將塊狀的成型料送入連續推板式隧道爐內燒制，並向隧道爐內輸入氮氣，隧道爐內的 溫度範圍控制在400 1700°C，並保持10-50 的微正壓，成型料在氮氣保護下燒結20-30 小時，最後產品在小於150°C環境下出爐即可。實施例3 低能耗釩氧化物的還原氮化生產工藝，先將IOOKg的粉狀釩氧化物、 40Kg的還原劑C粉、50Kg的有機粘合劑玻璃膠和30Kg的密度增強劑混合均勻，該有機粘合 劑還可以是2% 6%聚乙烯醇水溶液，該密度增強劑是鐵粉、矽鐵粉、錳鐵粉、鉻鐵粉或者 是鐵礦粉中的其中一種均可，將上述物料經溼混機溼混20分鐘後，送入150Mpa的壓球機壓 製成型，再將塊狀的成型料送入連續推板式隧道爐內燒制，並向隧道爐內輸入氮氣，隧道爐 內的溫度範圍控制在400 1700°C，並保持10-50Pa的微正壓，成型料在氮氣保護下燒結 20-30小時，最後產品在小於150°C環境下出爐即可。採用本工藝並結合連續推板式隧道爐，可實現一邊進料一邊出料的連續化生產， 爐頭的溫度控制在400°C左右，爐尾的溫度控制在1700°C左右，產品在出爐時採用循環水 冷卻爐殼的方式，將產品溫度降至小於150°C左右時出爐。本發明化學反應原理如下1、降低配碳量V2O5是逐級還原的，V2O4，V2O3，V0，最後還原的是V0，還原反應如下碳直接還原V205+C = V204+C0 (1)V204+C = V203+C0 (2)
V203+C = 2V0+C0 (3)CO間接還原V205+C0 = V204+C02 (4)V204+C0 = V203+C02 (5)V203+C0 = 2V0+C02 (6)以上還原以(1)反應溫度最低，不考慮CO分壓下，理論還原起始溫度為504K，最難 還原的是V0;在配入碳質還原劑下，將發生下列反應V0+2C = VC+C0該反應960°C開始進行，所以配入碳質還原劑下，實際還原產物為VC，而不是金屬釩。在氮氣氣氛下，VC將轉變為VN VC+N2 = VN+C 該轉化溫度為 1272°C另外，由於入爐原料加水混合後內部含有一定水分，包括結晶水，水在一定溫度下 揮發，並可能發生水煤氣反應C+H20 = H2+C0 G = 135540-144. OOTC+H20 = H2+C02 G = 98960-110. 53TC02+H2 = H20+C0 G = 34493-29. 83T水煤氣反應產物中H2、C0均為理想的還原劑，參與釩氧化物的還原，及所謂的間接 還原，充分利用水煤氣反應對氮化釩的生產有好處。810°C以下時，H2的還原能力比CO強， 810°C以上時，CO還原能力比H2強。控制好氣氛有利於提高以上間接還原能力。從而降低 配碳量，重要的是，所獲得產品碳含量較低。2、降低能耗
釩碳化、氮化屬於放熱反應，
V (s) +C (s) = VC (s) AG = -102090+9. 581TJ/mol
V(s)+l/2N2(g) =VN(S) AG = -214639+82. 425TJ/mol
VO+C = V+CO AG = 288787-160. 904TJ/mol
可見V2O5還原到最後，VO的最高還原溫度為1794. 77Κ(1521· 77V )，降低CO分壓
可以有效降低還原溫度，當CO分壓為101325X 10-41 時，溫度降到943°C，
VO (s) +C (s) +1/2N2 (g) = VN (s) +CO (g)G = -64830+7. 36T+RTln(Pco)_l/2RTln(PN2)2V0+2H2+N2 = VN+2H20AG = -74878+116. 45T J/mol以上反應都是放熱反應，在標準狀態下，在V-O-H體系中加入N2時，開始反應溫度 為641，即可大幅度地降低VO氫還原時的溫度。考慮動力學因素，V-O-H-N體系製備VN的 實際溫度為900 1700°C。
權利要求
1.低能耗釩氧化物的還原氮化生產工藝，其特徵在於先將80-100重量份的粉狀釩氧 化物、20-40重量份的還原劑和30-50重量份的有機粘合劑混合均勻，經溼混機溼混後，送 入壓球機壓製成型，再將塊狀的成型料送入隧道爐內燒制，並向隧道爐內輸入氮氣，隧道爐 內的溫度範圍控制在400 1700°C，並保持10-50Pa的微正壓，成型料在氮氣保護下燒結 20-30小時，最後產品在小於150°C環境下出爐即可。
2.根據權利要求1所述的低能耗釩氧化物的還原氮化生產工藝，其特徵在於所述還 原劑是C粉。
3.根據權利要求1所述的低能耗釩氧化物的還原氮化生產工藝，其特徵在於所述有 機粘合劑是玻璃膠或者是2% 6%聚乙烯醇水溶液。
4.根據權利要求1、2或3所述的低能耗釩氧化物的還原氮化生產工藝，其特徵在於 混料時加入10-30重量份的密度增強劑，密度增強劑是鐵粉、矽鐵粉、錳鐵粉、鉻鐵粉或者 是鐵礦粉中的其中一種。
5.根據權利要求1、2或3所述的低能耗釩氧化物的還原氮化生產工藝，其特徵在於 所述入爐方式是連續推板式。
全文摘要
本發明公開了一種低能耗釩氧化物的還原氮化生產工藝，先將80-100重量份的粉狀釩氧化物、20-40重量份的還原劑和30-50重量份的有機粘合劑混合均勻，送入壓球機壓製成型，再將塊狀的成型料送入隧道爐內燒制，隧道爐內的溫度範圍控制在400～1700℃，並保持10-50Pa的微正壓，成型料在氮氣保護下燒結20-30小時，最後產品在小於150℃環境下出爐即可，本發明優點是工藝簡單，可實現連續化生產，質量穩定，物化性能優良，產品密度高，有效提高了氮化釩在鋼中的回收率，還原劑碳粉的配入量不到碳直接還原釩氧化物的理論化學當量。
文檔編號C21C7/00GK102080140SQ20101014093
公開日2011年6月1日 申請日期2010年3月30日 優先權日2010年3月30日
發明者嚴華軍, 王安仁, 魏幫華 申請人:湖北鍾祥華幫科技有限公司