[发明专利]一种氮化锰的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁冶金领域，特别地，涉及一种氮化锰的制备方法。

背景技术

元素锰在炼钢中起着脱氧、脱硫、合金化等作用，锰的存在能消除或减弱因硫引起的热脆性，从而提高钢的热加工性能；锰与铁形成固熔体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度。因此，随着锰资源的开发以及炼钢技术的发展和特殊需求增多，含锰的中间合金系列也得到了极大的发展推动。

元素氮可与钢中的其他元素交互作用，而赋予该钢种以许多优异的性能，如强度、韧性好，蠕变抗力大，耐腐蚀性好等。氮最初作为奥氏体元素代替镍而用于奥氏体中，以节省元素镍而改善材料性能。

锰、氮两种元素以单质形式加入钢水时，存在如氮的溶解度低、不易加入、氮的添加量不易控制等缺点。然而，以氮锰化合物形式加入时，不仅易于加入，并且锰、氮的利用率也高。氮化锰主要可用于冶炼特殊合金钢、高强度钢、不锈钢、耐热钢等产品，尤其在制备输送天然气的大口径钢管和输送石油以及造船和汽车用高强度钢等方面，展示了良好的应用前景。

固态锰的氮化是个复杂的过程，研究发现，金属锰有4种晶体形式。常温下最稳定，相为液态相。氮分子结构稳定，常温下很难与其他物质发生反应，但高温下，氮分子获得足够的能量，促使其共价链断裂，就可与金属锰粉发生反应。

含锰原料氮化的关键因素除温度外，即为锰粉与氮气作用的吸附面积、反应面积及发生化学吸附原子的内扩散面积。而提高吸附反应及扩散面积的方法为增加金属锰粉的表面积，降低锰粉的粒度；增加锰粉与氮气接触的气固界面浓度。

而在传统条件下降低锰粉的粒度，在氮化时容易发生烧结现象，而不能充分氮化；不能提高这些面积，就需要长时间的渗氮过程。同时氮化锰的形态对气氛中的氧分压有严格的要求，否则生成的氮化锰会被氧化而降低氮的含量。

中国专利CN1122727披露，首先把锰原料装入不锈钢容器中，再把容器置入马弗炉内加热，然后降温。中国专利CN1799991也用类似的方法，首先把原料加入料盘，然后再把料盘加入料筐，再装入炉缸，最后装入电阻炉加热，长时间渗氮。中国专利CN1876870，CN1803585等披露利用间歇炉操作，在真空抽到压力低于几百帕的条件以下，冲入氮气氮化。

以上方法间歇式操作，工艺复杂，反应时间长，无法连续化生产。

美国专利US2860080披露了一种回转窑式方式；中国专利CN1170586披露一种氮化反应器的方式，氮化反应器可以是回转窑、推板窑、立窑。以上方法虽连续化操作，但专利US2860080中所述气氛仅为氮气氛，同时回转窑由于具有回转轴，气密性无法保证，氮含量较低，从而必然影响到最终产品的含氮量。中国专利CN1170586披露其反应时间为0.5-30h，反应时间很长。

中国专利CN1775663披露一种微波制备氮化锰的方法，但此方法其能耗指标较高，同时受微波穿透深度及规模化生产难度的影响，距规模化实施还有距离。

发明内容

本发明目的在于提供一种氮化锰的制备方法，以解决现有技术中的氮化锰制备的效率低、氮含量低等问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种氮化锰的制备方法，包括以下步骤：

a、预热：将最大粒度为0.3mm的含锰原料经过预热器进行预热，预热后的含锰原料为400-750℃；预热器中存在与含锰原料行进方向逆向的高温气流，含锰原料处于悬浮流态化状态；所述高温气流的温度为450-800℃；含锰原料中的锰质量百分比大于等于60%，氧含量小于1%；

b、氮化：含锰原料进入反应器氮化，氮化温度为550-950℃，氮化时间为5-120秒。所述氮化温度比预热后的含锰原料温度高50-250℃；所述含锰原料处于弱还原性氮气氛的悬浮流态化状态下，其中，含锰原料与通入气体的固气比为0.7-1.2kg/Nm³；所述弱还原气氛中氢气的体积百分比是2-10%；

c、分离：含锰原料氮化后经旋风分离器分离，再经隔绝空气的固体粉末冷却器冷却至120℃以下出料。

优选地，所述预热步骤为：

所述预热步骤为：常温含锰原料自上而下依次经过若干级预热器，反应器尾气和/或旋风分离器的尾气自下而上按相反顺序经过所述预热器。

优选地，所述预热器为2-6级，预热时间为20-180s。

优选地，所述一级预热器出口的尾气第一部分在降温和除尘后经排气阀门放散，第二部分通过鼓风机进入氮气加热器加热后，通入反应器。

优选地，所述经排气阀门放散比例为20-40%。