[发明专利]一种制备氮化锰合金的方法

说明书

本发明提供了一种制备氮化锰合金的方法，将含锰的固体原料(或者在其中加入硅、铁、碳源中的一种或多种)加料到电加热回转窑或者立窑中，在氮化气氛下在回转窑中或者立窑中，所述的锰原料依次经过预热、加热、降温过程(统称为加热过程)，然后出料，制备得到氮化锰合金。在所述的加热过程中，通过电源电极对处于所述的加热段中的所述的含锰固体原料和/或其在所述的加热过程中变化所得的物料(以下统称为物料)直接通电，通过物料料堆自身的电阻发热而加热物料，并且所述的物料在所述的电加热回转窑或立窑中经过的最高温度不低于750℃。本发明的优点是热效率高、电耗低、产品一致性好、工艺稳定、生产能力大。

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，涉及氮化锰合金的制备方法。

背景技术

氮化锰合金主要用作炼钢炉料，添加到钢水中起到增氮和锰合金化的作用。传统的锰合金化的方法往往是在钢水中加入锰铁、硅锰等合金材料，这样只是少了同时加入氮元素的方便性。但是氮元素在钢中有着重要的作用，甚至在不锈钢中用以取代部分的镍。所以炼钢过程中一般通过吹氮或者将氮元素与铬、钒、硅等合金化后加入，氮化锰合金也是往钢水中加入氮元素的一种方式。

本发明所述的氮化锰合金，含有氮化锰，另外可能加入硅和/或铁，形成含硅或铁的氮化锰合金，在本发明文件中统称为氮化锰合金。

氮化锰合金的生产，在产品中需要很低的碳含量的情况下，一般采用金属锰、电解锰、硅锰合金、锰铁合金为原料，在900℃左右用氮气和氨气或者氢气氮化。在对产品中碳含量要求不严格的情况下，可以采用二氧化锰、二氧化硅、氧化铁等作金属原料，在原料中配碳，然后在氮化气氛中碳热还原氮化得到氮化锰合金。进行碳热还原氮化的时候，反应温度比较高，一般达到1200℃以上。

现有的生产氮化锰合金的方法可以分为三大类。

第一类为在回转窑中连续生产。都是采用外热回转窑，回转窑回转管为耐高温不锈钢。然而一般耐高温不锈钢，最高长期使用温度也不会超过1000℃。外热热源，无论是电加热还是燃气加热，热量都必须先传递给回转管，再由回转管传递给内部的物料。回转管内部通有氮化气氛，窑内物料一方面要与氮化气氛传热传质，又要与回转管内壁传热，因此物料不能堆积太厚，回转窑内部物料填充率很少超过20%的，即使填充率低，回转管外壁已经达到1000℃的情况下，窑内物料也很难上900℃。因此使用外加热回转窑生产氮化锰合金，产量低、设备寿命短、能耗高，而且一般以金属锰或者锰合金为原料。

第二类为采用渗氮炉对金属锰、锰合金渗氮，或者采用氧化物原料，碳热还原氮化。渗氮炉一般将原料装入金属网或框或罐中，一炉一炉的间歇进行生产。包括有用高热不锈钢罐盛装原料，在不锈钢罐外部电加热或者燃气加热，也是不能连续生产。比之外热式回转窑，热效率更低，而且产量更小，而且操作不便。

第三类为采用氮化气氛下推板窑生产。一般将原料盛装在坩埚里面推入推板窑。推板窑最高温度可以达到1600℃，因此该工艺可以采用金属锰或锰合金氮化进行生产，也可以采用锰氧化物用碳热还原氮化进行生产。推板窑一般以硅碳棒、硅钼棒或者钼丝为电加热发热元件，热力学需要从发热元件传递到物料，热效率低，产量也比较小，装卸物料麻烦、而且有坩埚、硅碳棒硅钼棒等易耗品。

发明人虽然在2007年提交过回转窑氮化锰的生产方法的发明申请(中国专利CN101172586A)，并且在2013年申请了直热式回转窑专利(CN103335513A)，但是数年以来，并没有将这两者相结合生产氮化锰合金的报道。

综上所述，现有氮化锰合金生产过程，能耗高、操作不便、设备寿命短、同一套装置氮化锰合金种类单一、有的生产工艺和装置还限制了采用便宜的金属氧化物作为原料。

发明内容