[发明专利]一种制取钒氮合金的加热设备

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁冶金领域的机械设备，具体是指一种在工业上快速制取钒氮合金的加热设备。

技术背景

钒氮合金是优良的炼钢添加剂，可用于结构钢、工具钢、管道钢、钢筋、普通工程钢以及铸铁，能够显著提高钢材的耐磨性、耐腐性、韧性、强度、硬度、延展性以及抗热疲劳性等综合机械性能，并使钢具有良好的可焊接性能，且起到消除夹杂物延伸等作用。钒氮合金技术充分利用了廉价的氮元素，钒钢中氮含量的增加降低了析出相长大与粗化的趋势，析出相颗粒变细，更充分发挥钒的作用。尤其是在高强度低合金钢中，钒氮合金比钒铁具有更有效的沉淀强化和晶粒细化作用，同时在高强度低合金钢中可节约20％～40％的钒，从而降低炼钢生产成本，具有很好的应用价值。为此，国家科技部、建设部联合发文，明确规定国内所有优质钢材的生产必须添加钒氮合金。

目前，在制取钒氮合金现有的技术中，均采用渗氮法制备钒氮合金。美国联合碳化物公司制备钒氮合金的方法有以下三种：(1)将V₂O₃、铁粉及碳粉混匀后压块成型，在真空炉内于1385℃下保温60h后得到碳化钒，再将温度降至1100℃和1000℃时分别渗氮2小时和6小时，制得含78.7％V，7.3％N，10.5％C的钒氮合金。(2)用V₂O₅和碳混合物在真空炉内加热到1100～1500℃，抽真空并通入氮气渗氮，重复这样的过程数次，最后得到含碳、氧均低于2％的钒氮合金。(3)以高价钒氧化物V₂O₅或NH₄VO₃等为原料，以混合气体(N₂+NH₃或N₂+H₂)为还原剂及氮化剂，先在675～700℃下预还原1h，将低熔点的高价钒氧化物还原成高熔点的低价钒氧化物，之后在950℃下同时进行还原和渗氮3～4h，可获得含氧质量分数为3％～20％的氮氧钒产品，再将之与含碳物料混合，在惰性或氮气氛下或真空炉内1400℃高温处理，最后得到钒氮合金的基本组成为：80％V，12％N，7％C，2％O。

1988年北京科技大学王功厚等人在“碳化钒、碳氮化钒生产工艺条件的实验室研究”中，提出了氮化钒的制取方法，即用V₂O₅与活性炭压块成型，在实验条件下进行碳热还原，在1673K和1.333Pa真空下先还原生成VC，随后通入氮气，在101325Pa下渗氮1.5小时，可获得86％V，7％C，9.069～9.577％N，2％O的样品。为了提高氮化钒的强度，在原料中加入3％铁粉。

2008年，刘先松等人在专利“一种高密度钒氮合金的生产方法”(申请号：200810022372.9)中，采用在氮气气氛下外热式回转窑，在氮气保护下预烧到1000℃以下，在出料口收集经氮气保护下冷却至室温的预烧的块状产品。然后推入改进的软磁氮气氛炉窑中，加热到1000～1500℃温度，物料发生碳化和氮化反应，出炉后获得钒氮合金产品。

上述方法存在的主要缺点是：(1)均采取炉膛内渗氮法制备钒氮合金，反应速度慢，生产周期长；(2)需要真空系统，间歇式一炉一炉地生产，生产不连续，生产率低。

在传统的生产过程中，所使用的加热设备没有采用挡板等部件，从而不利于产品的高速转化，尤其是气流与反应物之间的不充分接触，导致反应速度的降低，从而增加了能耗等不利因素。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提出一种可以有效提高反应速度的加热设备，本发明的目的是提出一种在工业上快速生产钒氮合金加热设备的强制氮气对流通道，将含碳V₂O₅球团和氮气以对流的方式进行接触，气-固之间的反应更充分，使得氮化反应速度提高，冶炼时间缩短，氮气消耗量明显减少，从而在相同生产设备情况下，显著提高钒氮合金产品产量，并降低了能耗。

本发明是通过下述技术方案得以实现的：