專利名稱：一種含碳或含氮化合物的連續(xù)化生產(chǎn)方法及其生產(chǎn)設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于化學化工技術領域，涉及一種氮(碳)化釩的制備方法，特別是一種含碳或含氮化合物的連續(xù)化生產(chǎn)方法及其生產(chǎn)裝置。
背景技術：
眾所周知，氮(碳)化釩應用在高強度低合金鋼中，可以有效地強化和細化晶粒。在規(guī)定強度水平下，鋼中增氮可以節(jié)省釩用量，與添加富氮錳鐵、氰氨化鈣、氮化釩鐵或吹氮等方式比較，應用氮化釩有較高的經(jīng)濟效益，已廣泛應用在鋼鐵工業(yè)。
國內(nèi)、外專利文獻US3334992、US3745209、US4040814、US4562057、CN1194888C中，公開了一些制備氮化釩的方法，本發(fā)明人曾針對上述方法所存在的問題研發(fā)出“一種釩氮微合金添加劑及制備方法”(CN1212416C)，它是以釩酸鹽或釩氧化物為原料，加入碳質(zhì)還原劑和密度強化劑，還原的同時進行氮化，最終得到高密度的含碳化釩和氮化釩的釩氮微合金添加劑，該方法雖然為連續(xù)化生產(chǎn)提供了基礎，但因其所用生產(chǎn)設備沒有進行改造，故其生產(chǎn)工藝也滿足不了連續(xù)化生產(chǎn)和在同一設備中使用不同原料，生產(chǎn)不同產(chǎn)品的要求。此后也有氮化釩制備方法相繼問世，如CN1562769A、CN1562770A、CN1644510A、CN1587064A、CN1757606A等。綜觀現(xiàn)有氮化硅、SiAlON及其他過渡族金屬氮化物和碳化物的制備方法，主要是以間歇式生產(chǎn)為主，生產(chǎn)效率較低，同時這些化合物可具有與氮化釩生產(chǎn)相類似的生產(chǎn)原理和生產(chǎn)方式。
目前工業(yè)上生產(chǎn)氮化釩的方法歸納起來主要有以下幾種(1)外國專利文獻US3745209“制備氮(碳)化釩的方法”(Process for thepreparation of vanadium(carbo)nitride)、US4562057“低碳氮化釩的制備”(Preparation oflow-carbon vanadium nitride)中提到的方法，是通過氣體還原劑NH3或天然氣或CO或H2還原V2O5或NH4VO3，進而在氣體氮化劑的存在下對釩的氧化物進行氮化而制備VCN。由于氣體還原劑還原效率不高，使得該工藝生產(chǎn)成本提高，同時使得生產(chǎn)現(xiàn)場的危險性增加。
(2)外國專利文獻US3334992“含釩添加劑及其生產(chǎn)方法”(Vanadiumcontaining addition agent and process for producing same)、US4040814“一種含大量釩和氮的合成物的生產(chǎn)方法”(Method of producing a compositioncontaining a large amount of vanadium and nitrogen)中提到的方法，是通過將V2O3或V2O5與碳及粘結劑混合制成團，在真空爐內(nèi)首先生成碳化釩，再通入氮氣滲氮，最后在真空或惰性氣氛下冷卻。該種工藝對反應設備要求苛刻，設備材料的高溫強度要求高；不能連續(xù)運行，制備流程過長；過長的反應周期導致勞動生產(chǎn)率低，能耗過高，設備損耗大，設備的投資高，生產(chǎn)成本高，產(chǎn)品競爭力較低。
(3)如CN1194888C公開了一種“氮化釩的生產(chǎn)方法”，它以粉末狀的V2O3和石墨為原料，以聚乙烯醇水溶液為粘結劑，混勻后壓塊、成型，再將成型后的物料加入推板窯或隧道窯式的裝置中，同時通入氮氣或氨氣作反應和保護氣體，于1000～1800℃反應2～6小時，制得含釩77～81％、氮1～8％的氮化釩合金。該種工藝非嚴格意義上的連續(xù)生產(chǎn)過程，同時因無法控制由于高溫下原料雜質(zhì)對反應爐的侵蝕而造成的損壞，故導致生產(chǎn)不穩(wěn)定。此外，它因只能使用V2O3而導致原料選擇范圍過窄。同時文獻CN1760120A提到的與之配套使用的推板窯，為解決生產(chǎn)上加熱元件腐蝕而在爐中設立三個獨立的通道分別通入氣體保護，通過控制加熱元件腔與爐膛的壓差來防止不同通道氣體的擴散，由于窯體不同區(qū)域的溫度不同使得壓差的控制難度加大，也使得其結構復雜，從而導致設備投資較大；同時氣幕區(qū)的設立也增加設備運行的成本；影響推廣應用。
(4)如文獻CN1644510A所提到的“一種用工業(yè)微波爐生產(chǎn)氮化釩的方法”中，將釩氧化物、碳素粉末和常用粘結劑按常規(guī)配比混合均勻后壓制成坯塊，放入工業(yè)微波爐中進行微波加熱合成，爐中采用中性或還原性氣體氣氛，且爐內(nèi)氣壓為1atm至1atm+500Pa，爐內(nèi)最高反應溫度為1000～1800℃，在此溫度下反應時間為0.2～6小時，然后物料冷卻至低于300℃，出爐。文獻CN1562770A所提到的“一種氮化釩的生產(chǎn)方法及設備”中，將含釩氧化物與活性炭或石墨粉、粘結劑按比例混勻、壓塊、成型，將成型后物料置入微波加熱爐中，不斷抽氣，保持真空度，預還原，碳化，氮化，自然冷卻后出爐為產(chǎn)品。這些方法實際涉及的仍是非連續(xù)化生產(chǎn)；同時，大功率、工業(yè)化微波爐及微波技術在工業(yè)中應用尚不夠穩(wěn)定，也是影響其實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的原因之一。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種含碳或含氮化合物的連續(xù)化生產(chǎn)方法及其生產(chǎn)設備，該方法實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，在常壓下碳化或碳化氮化，取消真空設備，明顯降低設備投資，簡化工藝流程，縮短制備周期，確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。因采用氣體與物料相對逆流運動，故熱交換效率高，既降低能耗，又循環(huán)利用氣體，達到節(jié)約的效果。所用裝置通過調(diào)整溫度、回轉反應器的轉速、反應器的傾角等工藝參數(shù)，可以實現(xiàn)在同一設備中使用不同原料，生產(chǎn)不同產(chǎn)品，具有多功能、應用范圍廣的優(yōu)點。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的該方法的技術要點是將粒度范圍在50-300目之原料與還原劑或加入粘結劑充分混合處理，其中各料的重量比為原料∶還原劑∶粘結劑＝100∶(20～75)∶(0～25)，混合物料連續(xù)加入到回轉反應器中，在控制溫度的條件下，經(jīng)過預熱區(qū)、預還原區(qū)、主反應區(qū)及產(chǎn)品冷卻區(qū)，與此同時，向回轉反應器內(nèi)沿混合物料運動的逆向通入氣體，氣體流量控制在0.05～1.0m3.h-1.kg-1，預熱區(qū)的溫度控制在100-400℃，預還原區(qū)的溫度控制在400-900℃、主反應區(qū)的溫度控制在900-1800℃，經(jīng)過冷卻區(qū)后溫度降低到200℃以下，由回轉反應器一端進料，另一端出成品，連續(xù)制成含氮化合物或含碳化合物的單一或復合化合物。
所述原料采用偏釩酸銨、多聚釩酸銨、五氧化二釩、二氧化釩、三氧化二釩、五氧化二鉭、五氧化二鈮、二氧化鈮、三氧化二鈮、三氧化二鉻、二氧化硅、三氧化二鋁、高嶺石、高嶺土、粘土中的一種或其組合物。
所述粘結劑采用水玻璃、膨潤土、生石灰、羧甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、淀粉、糊精、改性淀粉、糖漿、聚乙烯醇、聚乙烯醇樹脂、木質(zhì)素磺酸鈣、木質(zhì)素磺酸鎂、造紙廢液的一種或其組合物。
所述混合物料采用含釩化合物的原料、還原劑、粘結劑、或密度強化劑進行混合處理，其中各料的重量比為含釩化合物∶還原劑∶密度強化劑∶粘結劑＝100∶(20～75)∶(0～15)∶(0～25)，所述含釩化合物采用偏釩酸銨、多聚釩酸銨、五氧化二釩、二氧化釩、三氧化二釩中的一種或其組合物，所述還原劑采用石墨、活性炭、碳黑、石墨電極粉、木炭粉、石油焦、焦炭中的一種或其組合物，所用密度強化劑為Cr、Mn、Fe、Co、Ni中的單質(zhì)或其合金或其組合物，所述粘結劑采用水玻璃、膨潤土、生石灰、羧甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、淀粉、糊精、改性淀粉、糖漿、聚乙烯醇、聚乙烯醇樹脂、木質(zhì)素磺酸鈣、木質(zhì)素磺酸鎂、造紙廢液的一種或其組合物。
所述通入氣體采用氮氣、氨氣、氫氣、氬氣、煤氣、甲烷中的一種或其混合氣體。
該含碳或含氮化合物的連續(xù)化生產(chǎn)方法所用的生產(chǎn)裝置，包括回轉爐體和組裝其內(nèi)的帶有回轉機構的回轉反應器及與其封閉連接的物料料倉、成品料倉、供氣罐，其技術要點是回轉爐體的一端支撐有調(diào)節(jié)回轉爐體傾角的升降機構，回轉反應器內(nèi)按反應所需溫度分別順序設置預熱區(qū)、預還原區(qū)、主反應區(qū)、冷卻區(qū)，預熱區(qū)頭部設置進料口和出氣口，出氣口連接尾氣處理裝置，冷卻區(qū)尾部設置進氣口和成品出口，進氣口通過氣體流量控制器連接供氣罐。
由于本發(fā)明采用專用生產(chǎn)裝置，將經(jīng)處理的混合物料連續(xù)加入到所用裝置的回轉反應器內(nèi)，按反應所需的溫度分別順序通過預熱區(qū)、預還原區(qū)、主反應區(qū)、冷卻區(qū)，同時，向回轉反應器內(nèi)沿混合物料運動的逆向通入氣體，常壓條件下碳化或碳化氮化，由于取消真空設備，由反應器一端反應進料，從另一端出成品，所以實現(xiàn)了一步連續(xù)完成生產(chǎn)含碳或含氮化合物，能降低設備投資，簡化工序，縮短制備周期，提高生產(chǎn)產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。利用該回轉反應器進行連續(xù)化生產(chǎn)，充分利用氣體與物料的相對逆流運動，來促進熱交換，這既能降低能耗，又能循環(huán)利用氣體，達到節(jié)能的目的。另外，通過調(diào)整溫度、回轉反應器的轉速、反應器的傾角等工藝參數(shù)，可以實現(xiàn)在同一生產(chǎn)裝置中使用不同原料，生產(chǎn)不同產(chǎn)品，設備功能多，應用范圍廣。該方法與現(xiàn)有技術中生產(chǎn)氮化釩及含碳或含氮化合物的工藝相比，具有連續(xù)、高效、多功能、低成本、短流程等諸多獨特的優(yōu)點。
以下結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。
圖1為本發(fā)明含碳或含氮化合物的連續(xù)化生產(chǎn)裝置的結構示意圖。
圖中序號說明1回轉爐體、2回轉反應器、3加熱機構、4進料口、5物料料倉、6計量機構、7尾氣處理裝置、8出氣口、9預熱區(qū)、10預還原區(qū)、11主反應區(qū)、12冷卻區(qū)、13成品出口、14成品料倉、15回轉機構、16進氣口、17氣體流量控制器、18供氣罐、19升降機構。
具體實施例方式
根據(jù)圖1和實施方式詳細說明本發(fā)明的具體結構和工作過程。該含碳或含氮化合物的連續(xù)化生產(chǎn)方法的操作步驟是1、首先將粒度范圍在100-200目之原料與還原劑充分混合處理，混合物料處理的方式可以將原料與還原劑直接進行混合，或同時加入粘結劑混合，各料的重量比為原料∶還原劑∶粘結劑＝100∶(20～75)∶(0～25)；也可以采用含釩化合物的原料與還原劑、粘結劑、或密度強化劑進行混合處理。當采用含釩化合物時，所用各料的重量比為含釩化合物∶還原劑∶密度強化劑∶粘結劑＝100∶(20～75)∶(0～15)∶(0～25)，所述原料采用偏釩酸銨、多聚釩酸銨、五氧化二釩、二氧化釩、三氧化二釩中的一種或其組合物。所述還原劑采用石墨、活性炭、碳黑、石墨電極粉、木炭粉、石油焦、焦炭中的一種或其組合物，所述密度強化劑為Cr、Mn、Fe、Co、Ni中的單質(zhì)或其合金或其組合物。
上述粘結劑采用水玻璃、膨潤土、生石灰、羧甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、淀粉、糊精、改性淀粉、糖漿、聚乙烯醇、聚乙烯醇樹脂、木質(zhì)素磺酸鈣、木質(zhì)素磺酸鎂、造紙廢液的一種或其組合物。
上述原料可以采用偏釩酸銨、多聚釩酸銨、五氧化二釩、二氧化釩、三氧化二釩、五氧化二鉭、五氧化二鈮、二氧化鈮、三氧化二鈮、三氧化二鉻、二氧化硅、三氧化二鋁、高嶺石、高嶺土、粘土中的一種或其組合物。
2、然后將經(jīng)處理的混合物料烘干后儲存到反應料倉5里，根據(jù)實際生產(chǎn)的要求，通過計量機構6控制料倉5內(nèi)的物料連續(xù)加到連續(xù)化生產(chǎn)裝置的回轉反應器2中的量，以便物料按量逐漸經(jīng)過預熱區(qū)、預還原區(qū)、主反應區(qū)及冷卻區(qū)。這種含碳或含氮化合物的連續(xù)化生產(chǎn)裝置，主要包括回轉爐體1和組裝其內(nèi)的帶有回轉機構15的回轉反應器2，加熱機構3，通過進料口4、成品出口13分別與回轉反應器2封閉連接的物料料倉5、成品料倉14，尾氣處理裝置7、供氣罐18等。其中回轉爐體1的一端支撐有調(diào)節(jié)回轉爐體傾角的升降機構19，其規(guī)格、形狀應根據(jù)實際使用需要進行確定?；剞D反應器2內(nèi)按混合物料反應所需溫度，分別順序設置預熱區(qū)9、預還原區(qū)10、主反應區(qū)11、冷卻區(qū)12。為了保證混合物料與通入的氣體在回轉反應器2內(nèi)始終保持逆流方式運動，該裝置在預熱區(qū)9的頭部設置進料口4和出氣口8；冷卻區(qū)12的尾部設置進氣口16和成品出口13。通氣前，先通過真空泵將回轉反應器2抽真空，排除體系內(nèi)的氧，再通入所需氣體。為控制通入氣體的流量，進氣口可以通過氣體流量控制器17連接供氣罐18。在出氣口8連接尾氣處理裝置7，以便對產(chǎn)生的尾氣回收處理。加熱機構3中的發(fā)熱元件可以根據(jù)選用的原料、生產(chǎn)的產(chǎn)品的實際需要分別采用氧化鋯或氧化釷的一種或組合物、碳化硅、重結晶碳化硅、二硅化鉬、鉻酸鑭、石墨等制成。
該連續(xù)化生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)控制、數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)記錄與存儲及相關工藝參數(shù)，根據(jù)用戶的需要和可能，可以采用常規(guī)控制元件PLC等組成的自動控制裝置完成。回轉反應器2的內(nèi)部壓力可以控制在0.133KPa～266KPa，回轉機構15的調(diào)節(jié)范圍大約在0-20轉/min。為了適應不同生產(chǎn)工藝的需要，回轉爐體1的傾角通過升降機構19的動作，可以在±7°的范圍內(nèi)調(diào)整。自動控制裝置可以根據(jù)原料的不同，調(diào)整物料進入回轉反應器2中的量和停留時間及回轉反應器2不同區(qū)域的溫度，以期達到獲得不同產(chǎn)品的目的。物料在回轉反應器2中的停留時間可通過調(diào)整轉速及傾角控制在0.5～8小時，不同區(qū)域的溫度可通過調(diào)整輸入功率來實現(xiàn)，其中主反應區(qū)溫度控制在1000-1600℃為宜。
3、在控制溫度的條件下，混合物料經(jīng)過預熱區(qū)9、預還原區(qū)10、主反應區(qū)11、冷卻區(qū)12。與此同時，向回轉反應器2內(nèi)沿混合物料運動的逆向通入氣體。上述通入的氣體可以采用氮氣、氨氣、氫氣、氬氣、煤氣、甲烷中的一種或其混合氣體；氣體流量可以通過氣體流量控制器17，根據(jù)實際需要量控制在0.05～1.0m3.h-1.kg-1。預熱區(qū)的溫度控制在100-400℃，預還原區(qū)的溫度控制在400-900℃、主反應區(qū)的溫度控制在900-1800℃，經(jīng)過冷卻區(qū)后溫度降低到200℃以下?；旌衔锪嫌苫剞D反應器2的一端進料，按量逐漸經(jīng)過預熱區(qū)、預還原區(qū)、主反應區(qū)及冷卻區(qū)，同時與沿混合物料運動的逆向通入的氣體經(jīng)過還原氮化反應，從回轉反應器2的另一端出最終的成品，即可連續(xù)制成含氮化合物或含碳化合物的單一或復合化合物。回轉反應器2中的這種混合物料與氣體的逆向運動方式，既可以提高反應體系中產(chǎn)品的冷卻效率，保持主反應區(qū)的溫度，同時提高原料的預還原及預熱效果，達到節(jié)能的目的，又能使離開回轉反應器2的氣體進入尾氣處理裝置7，除去含有的二氧化碳和水后氣體再循環(huán)利用，有效地防止污染環(huán)境。具體步驟參見以下實施方式。
實施方式1以釩酸銨為原料制備氮化釩將烘干研磨后的釩酸銨經(jīng)標準篩篩分后，選擇粒度為120目的釩酸銨配加還原劑。本實施方式選擇單質(zhì)石墨為還原劑，其配入量以下述反應方程式()為依據(jù)，按化學反應計量比配制，并適當調(diào)整配碳量，加入5％密度強化劑Mn后，用5％淀粉，充分混勻后通過造球機造成一定粒度的顆粒，充分烘干后儲存到反應料倉。通過真空泵抽真空排除裝置中的氧含量。原料再通過計量裝置控制進料量進入到回轉爐反應器，同時通入流動氮氣，流量為0.05m3.h-1.kg-1，通過調(diào)整回轉爐的轉速及傾角來控制物料在回轉爐反應器中的運動速度，物料在回轉爐反應器裝置中的平均停留時間為1.5小時。原料逐次經(jīng)過預熱區(qū)、預還原區(qū)、主反應區(qū)，此時主反應區(qū)溫度控制在1300-1450℃，反應后產(chǎn)物在進入冷卻區(qū)冷卻，最后產(chǎn)品氮化釩進入產(chǎn)品料。產(chǎn)品中V量80.45％～81.66％，C量7.01％～9.48％，N量8.82％～12.61％，S量≤0.01％～0.005％，O量≤0.5％。
實施方式2以三氧化二釩為原料制備氮化釩選擇粒度為140目的三氧化二釩配加活性炭還原劑，其配入量以下述反應方程式()為依據(jù)，按化學反應計量比配制，并適當調(diào)整配碳量，加入3％密度強化劑Fe后，用2％粘結劑聚乙烯醇，充分混勻后通過造球機造成一定粒度的顆粒，充分烘干后儲存到反應料倉。通過真空泵抽真空排除裝置中的氧含量。原料再通過計量裝置控制進料量進入到回轉爐反應器，同時通入流動氮氣，流量為0.2m3.h-1.kg-1，通過調(diào)整回轉爐的轉速及傾角來控制物料在回轉爐反應器中的運動速度，物料在回轉爐反應器裝置中的平均停留時間為1.5小時。原料逐次經(jīng)過預熱區(qū)、預還原區(qū)、主反應區(qū)，此時主反應區(qū)溫度控制在1300-1500℃，反應后產(chǎn)物在進入冷卻區(qū)冷卻，最后產(chǎn)品氮化釩進入產(chǎn)品料倉。產(chǎn)品中V量77.45％～78.80％，C量1.12％～3.41％，N量10.85％～14.51％，S量≤0.01％～0.005％，O量≤0.5％。
實施方式3以五氧化二釩為原料制備氮化釩將烘干研磨后的五氧化二釩經(jīng)標準篩篩分后，選擇粒度為120目的五氧化二釩配加還原劑。本實施方式選擇單質(zhì)石墨還原劑，其配入量以下述反應方程式()為依據(jù)，按化學反應計量比配制，并適當調(diào)整配碳量，經(jīng)振動篩充分篩混后，儲存于原料倉。通過真空泵抽真空排除裝置中的氧含量。原料再通過計量裝置控制進料量進入到回轉爐反應器，同時通入流動氮氣，流量為0.15m3.h-1.kg-1，通過調(diào)整回轉爐的轉速及傾角來控制物料在回轉爐反應器中的運動速度，物料在回轉爐反應器裝置中的平均停留時間為3小時。原料逐次經(jīng)過預熱區(qū)、預還原區(qū)、主反應區(qū)，此時主反應區(qū)溫度控制在1300-1550℃，反應后產(chǎn)物在進入冷卻區(qū)冷卻，最后產(chǎn)品氮化釩進入產(chǎn)品料倉。
實施方式4以二氧化釩為原料制備氮化釩將烘干研磨后的二氧化釩經(jīng)標準篩篩分后，選擇粒度為120目的二氧化釩配加還原劑。本實施方式選擇單質(zhì)石墨還原劑，其配入量以下述反應方程式()為依據(jù)，按化學反應計量比配制，并適當調(diào)整配碳量，加入5％密度強化劑Fe后，用5％糊精，充分混勻后通過造球機造成一定粒度的顆粒，充分烘干后儲存到反應料倉。通過真空泵抽真空排除裝置中的氧含量。原料再通過計量裝置控制進料量進入到回轉爐反應器，同時通入流動氮氣，流量為0.2m3.h-1.kg-1，通過調(diào)整回轉爐的轉速及傾角來控制物料在回轉爐反應器中的運動速度，物料在回轉爐反應器裝置中的平均停留時間為0.5小時。原料逐次經(jīng)過預熱區(qū)、預還原區(qū)、主反應區(qū)，此時主反應區(qū)溫度控制在1300-1500℃，反應后產(chǎn)物在進入冷卻區(qū)冷卻，最后產(chǎn)品氮化釩進入產(chǎn)品料倉。
實施方式5以五氧化二鉭為原料制備碳化鉭將烘干研磨后的五氧化二鉭經(jīng)標準篩篩分后，選擇粒度為150目的五氧化二鉭配加還原劑。本實施方式選擇單質(zhì)石墨還原劑，其配入量以下述反應方程式()為依據(jù)，按化學反應計量比配制，并適當調(diào)整配碳量，加入一定量的粘結劑改性淀粉，占反應物總量的3％，經(jīng)振動篩充分篩混后通過造球機造球，儲存于原料倉。通過真空泵抽真空排除裝置中的氧含量。原料再通過計量裝置控制進料量進入到回轉爐反應器，同時通入保護氣氬氣，通過調(diào)整回轉爐的轉速及傾角來控制物料在回轉爐反應器中的運動速度，物料在回轉爐反應器裝置中的平均停留時間為4.5小時。原料逐次經(jīng)過預熱區(qū)、預還原區(qū)、主反應區(qū)，此時主反應區(qū)溫度控制在1200-1800℃，反應后產(chǎn)物在進入冷卻區(qū)冷卻，最后產(chǎn)品碳化鉭進入產(chǎn)品料倉。
實施方式6以五氧化二鈮為原料制備碳化鈮將烘干研磨后的五氧化二鈮經(jīng)標準篩篩分后，選擇粒度為50目的五氧化二鈮配加還原劑。本實施方式選擇活性炭還原劑，其配入量以下述反應方程式()為依據(jù)，按化學反應計量比配制，并適當調(diào)整配碳量，經(jīng)振動篩充分篩混后，儲存于原料倉。通過真空泵抽真空排除裝置中的氧含量。原料再通過計量裝置控制進料量進入到回轉爐反應器，同時通入流動甲烷氣，通過調(diào)整回轉爐的轉速及傾角來控制物料在回轉爐反應器中的運動速度，物料在回轉爐反應器裝置中的平均停留時間為3.5小時。原料逐次經(jīng)過預熱區(qū)、預還原區(qū)、主反應區(qū)，此時主反應區(qū)溫度控制在1200-1800℃，反應后產(chǎn)物在進入冷卻區(qū)冷卻，最后產(chǎn)品碳化鈮進入產(chǎn)品料倉。
實施方式7以二氧化鈮為原料制備碳化鈮選擇粒度為300目的二氧化鈮配加還原劑，本實施方式選擇碳黑為還原劑，其配入量以下述反應方程式()為依據(jù)，按化學反應計量比配制，并適當調(diào)整配碳量，加入占反應物總量6％的糖漿后，經(jīng)振動篩充分篩混后通過造球機造球，儲存于原料倉。通過真空泵抽真空排除裝置中的氧含量。原料再通過計量裝置控制進料量進入到回轉爐反應器，同時通入流動氫氣，通過調(diào)整回轉爐的轉速及傾角來控制物料在回轉爐反應器中的運動速度，物料在回轉爐反應器裝置中的平均停留時間為4小時。原料逐次經(jīng)過預熱區(qū)、預還原區(qū)、主反應區(qū)，此時主反應區(qū)溫度控制在1200-1800℃，反應后產(chǎn)物在進入冷卻區(qū)冷卻，最后產(chǎn)品碳化鈮進入產(chǎn)品料倉。
實施方式8以三氧化二鈮為原料制備碳化鈮將烘干研磨后的三氧化二鈮經(jīng)標準篩篩分后，選擇粒度為140目的三氧化二鈮配加還原劑。本實施方式選擇電極石墨粉為還原劑，其配入量以下述反應方程式()為依據(jù)，按化學反應計量比配制，并適當調(diào)整配碳量，經(jīng)振動篩充分篩混后，儲存于原料倉。通過真空泵抽真空排除裝置中的氧含量。原料再通過計量裝置控制進料量進入到回轉爐反應器，同時通入保護氣氬氣，通過調(diào)整回轉爐的轉速及傾角來控制物料在回轉爐反應器中的運動速度，物料在回轉爐反應器裝置中的平均停留時間為3.5小時。原料逐次經(jīng)過預熱區(qū)、預還原區(qū)、主反應區(qū)，此時主反應區(qū)溫度控制在1200-1800℃，反應后產(chǎn)物在進入冷卻區(qū)冷卻，最后產(chǎn)品碳化鈮進入產(chǎn)品料倉。
實施方式9以三氧化二鉻為原料制備碳化鉻選擇粒度為150目的三氧化二鉻配加還原劑，本實施方式選擇木炭粉為還原劑，其配入量以下述反應方程式()為依據(jù)，按化學反應計量比配制，并適當調(diào)整配碳量，加入2％聚乙烯醇作為粘結劑后，經(jīng)振動篩充分篩混后，儲存于原料倉。通過真空泵抽真空排除裝置中的氧含量。原料再通過計量裝置控制進料量進入到回轉爐反應器，同時通入保護氣氬氣，通過調(diào)整回轉爐的轉速及傾角來控制物料在回轉爐反應器中的運動速度，物料在回轉爐反應器裝置中的平均停留時間為5小時。原料逐次經(jīng)過預熱區(qū)、預還原區(qū)、主反應區(qū)，此時主反應區(qū)溫度控制在1300-1600℃，反應后產(chǎn)物在進入冷卻區(qū)冷卻，最后產(chǎn)品碳化鉻進入產(chǎn)品料倉。
實施方式10以五氧化二釩為原料制備碳化釩將烘干研磨后的五氧化二釩經(jīng)標準篩篩分后，選擇粒度為100目的五氧化二釩配加還原劑。本實施方式選擇石油焦為還原劑，其配入量以下述反應方程式()為依據(jù)，按化學反應計量比配制，并適當調(diào)整配碳量，經(jīng)振動篩充分篩混后，儲存于原料倉。通過真空泵抽真空排除裝置中的氧含量。原料再通過計量裝置控制進料量進入到回轉爐反應器，同時通入保護氣氬氣，通過調(diào)整回轉爐的轉速及傾角來控制物料在回轉爐反應器中的運動速度，物料在回轉爐反應器裝置中的平均停留時間為1.5小時。原料逐次經(jīng)過預熱區(qū)、預還原區(qū)、主反應區(qū)，此時主反應區(qū)溫度控制在900-1500℃，反應后產(chǎn)物在進入冷卻區(qū)冷卻，最后產(chǎn)品碳化釩進入產(chǎn)品料倉。
實施方式11以二氧化釩為原料制備碳化釩將烘干研磨后的二氧化釩經(jīng)標準篩篩分后，選擇粒度為120目的二氧化釩配加還原劑。本實施方式選擇焦炭為還原劑，其配入量以下述反應方程式()為依據(jù)，按化學反應計量比配制，并適當調(diào)整配碳量，經(jīng)振動篩充分篩混后，儲存于原料倉。通過真空泵抽真空排除裝置中的氧含量。原料再通過計量裝置控制進料量進入到回轉爐反應器，同時通入保護氣氫氣，通過調(diào)整回轉爐的轉速及傾角來控制物料在回轉爐反應器中的運動速度，物料在回轉爐反應器裝置中的平均停留時間為2.5小時。原料逐次經(jīng)過預熱區(qū)、預還原區(qū)、主反應區(qū)，此時主反應區(qū)溫度控制在900-1500℃，反應后產(chǎn)物在進入冷卻區(qū)冷卻，最后產(chǎn)品碳化釩進入產(chǎn)品料倉。
實施方式12以三氧化二釩為原料制備碳化釩將烘干研磨后的三氧化二釩經(jīng)標準篩篩分后，選擇粒度為130目的三氧化二釩配加還原劑。本實施方式選擇焦炭為還原劑，其配入量以下述反應方程式()為依據(jù)，按化學反應計量比配制，并適當調(diào)整配碳量，經(jīng)振動篩充分篩混后，儲存于原料倉。通過真空泵抽真空排除裝置中的氧含量。原料再通過計量裝置控制進料量進入到回轉爐反應器，同時通入保護氣氫氣，通過調(diào)整回轉爐的轉速及傾角來控制物料在回轉爐反應器中的運動速度，物料在回轉爐反應器裝置中的平均停留時間為0.5小時。原料逐次經(jīng)過預熱區(qū)、預還原區(qū)、主反應區(qū)，此時主反應區(qū)溫度控制在900-1500℃，反應后產(chǎn)物在進入冷卻區(qū)冷卻，最后產(chǎn)品碳化釩進入產(chǎn)品料倉。
實施方式13以五氧化二鉭為原料制備氮化鉭選擇粒度為150目的五氧化二鉭配加還原劑。本實施方式選擇單質(zhì)石墨還原劑，其配入量以下述反應方程式()為依據(jù)，按化學反應計量比配制，并適當調(diào)整配碳量，加入2％的聚乙烯醇樹脂，經(jīng)振動篩充分篩混后通過造球機造球，烘干后儲存于原料倉。通過真空泵抽真空排除裝置中的氧含量。原料再通過計量裝置控制進料量進入到回轉爐反應器，同時通入氮氣和氫氣的混合氣，流量為1.0m3.h-1.kg-1，通過調(diào)整回轉爐的轉速及傾角來控制物料在回轉爐反應器中的運動速度，物料在回轉爐反應器裝置中的平均停留時間為4.5小時。原料逐次經(jīng)過預熱區(qū)、預還原區(qū)、主反應區(qū)，此時主反應區(qū)溫度控制在1350-1700℃，反應后產(chǎn)物在進入冷卻區(qū)冷卻，最后產(chǎn)品氮化鉭進入產(chǎn)品料倉。
實施方式14以五氧化二鈮為原料制備氮化鈮將烘干研磨后的五氧化二鈮經(jīng)標準篩篩分后，選擇粒度為120目的五氧化二鈮配加還原劑。本實施方式選擇活性炭為還原劑，其配入量以下述反應方程式()為依據(jù)，按化學反應計量比配制，并適當調(diào)整配碳量，經(jīng)振動篩充分篩混后，儲存于原料倉。通過真空泵抽真空排除裝置中的氧含量。原料再通過計量裝置控制進料量進入到回轉爐反應器，同時通入流動氮氣，流量為0.3m3.h-1.kg-1，通過調(diào)整回轉爐的轉速及傾角來控制物料在回轉爐反應器中的運動速度，物料在回轉爐反應器裝置中的平均停留時間為4.5小時。原料逐次經(jīng)過預熱區(qū)、預還原區(qū)、主反應區(qū)，此時主反應區(qū)溫度控制在1200-1650℃，反應后產(chǎn)物在進入冷卻區(qū)冷卻，最后產(chǎn)品氮化鈮進入產(chǎn)品料倉。
實施方式15以二氧化鈮為原料制備氮化鈮選擇粒度為130目的二氧化鈮配加還原劑，本實施方式選擇碳黑為還原劑，其配入量以下述反應方程式()為依據(jù)，按化學反應計量比配制，并適當調(diào)整配碳量，經(jīng)振動篩充分篩混后，儲存于原料倉。通過真空泵抽真空排除裝置中的氧含量。原料再通過計量裝置控制進料量進入到回轉爐反應器，同時通入流動氮氣，流量為0.45m3.h-1.kg-1，通過調(diào)整回轉爐的轉速及傾角來控制物料在回轉爐反應器中的運動速度，物料在回轉爐反應器裝置中的平均停留時間為6小時。原料逐次經(jīng)過預熱區(qū)、預還原區(qū)、主反應區(qū)，此時主反應區(qū)溫度控制在1200-1650℃，反應后產(chǎn)物在進入冷卻區(qū)冷卻，最后產(chǎn)品氮化鈮進入產(chǎn)品料倉。
實施方式16以三氧化二鈮為原料制備氮化鈮選擇粒度為140目的三氧化二鈮配加還原劑，本實施方式選擇電極石墨為還原劑，其配入量以下述反應方程式(()為依據(jù)，按化學反應計量比配制，并適當調(diào)整配碳量，加入2％的羧甲基纖維素作為粘結劑，經(jīng)振動篩充分篩混后經(jīng)造球機造球，干燥后儲存于原料倉。通過真空泵抽真空排除裝置中的氧含量。原料再通過計量裝置控制進料量進入到回轉爐反應器，同時通入流動氮氣，流量為0.3m3.h-1.kg-1，通過調(diào)整回轉爐的轉速及傾角來控制物料在回轉爐反應器中的運動速度，物料在回轉爐反應器裝置中的平均停留時間為1小時。原料逐次經(jīng)過預熱區(qū)、預還原區(qū)、主反應區(qū)，此時主反應區(qū)溫度控制在1200-1650℃，反應后產(chǎn)物在進入冷卻區(qū)冷卻，最后產(chǎn)品氮化鈮進入產(chǎn)品料倉。
實施方式17以三氧化鉻為原料制備氮化鉻將烘干研磨后的三氧化鉻經(jīng)標準篩篩分后，選擇粒度為150目的三氧化鉻配加還原劑。本實施方式選擇木炭粉為還原劑，其配入量以下述反應方程式()為依據(jù)，按化學反應計量比配制，并適當調(diào)整配碳量，經(jīng)振動篩充分篩混后，儲存于原料倉。通過真空泵抽真空排除裝置中的氧含量。原料再通過計量裝置控制進料量進入到回轉爐反應器，同時通入流動氮氣，流量為0.2m3.h-1.kg-1，通過調(diào)整回轉爐的轉速及傾角來控制物料在回轉爐反應器中的運動速度，物料在回轉爐反應器裝置中的平均停留時間為1小時。原料逐次經(jīng)過預熱區(qū)、預還原區(qū)、主反應區(qū)，此時主反應區(qū)溫度控制在1000-1600℃，反應后產(chǎn)物在進入冷卻區(qū)冷卻，最后產(chǎn)品氮化鉻進入產(chǎn)品料倉。
實施方式18以二氧化硅為原料制備氮化硅將烘干研磨后的氧化硅經(jīng)標準篩篩分后，選擇粒度為200目的二氧化硅配加還原劑。本實施方式選擇石油焦為還原劑，其配入量以下述反應方程式()為依據(jù)，按化學反應計量比配制，并適當調(diào)整配碳量，經(jīng)振動篩充分篩混后，儲存于原料倉。通過真空泵抽真空排除裝置中的氧含量。原料再通過計量裝置控制進料量進入到回轉爐反應器，同時通入流動氮氣，流量為0.6m3.h-1.kg-1，通過調(diào)整回轉爐的轉速及傾角來控制物料在回轉爐反應器中的運動速度，物料在回轉爐反應器裝置中的平均停留時間為4小時。原料逐次經(jīng)過預熱區(qū)、預還原區(qū)、主反應區(qū)，此時主反應區(qū)溫度控制在1300-1800℃，反應后產(chǎn)物在進入冷卻區(qū)冷卻，最后產(chǎn)品氮化釩進入產(chǎn)品料倉。
實施方式19以高嶺土為原料制備SiAlON將烘干研磨后的高嶺土經(jīng)標準篩篩分后，選擇粒度為200目的高嶺土配加還原劑。本實施方式選擇石墨為還原劑，將高嶺土與石墨以一定的計量比經(jīng)振動篩充分篩混后，儲存于原料倉。通過真空泵抽真空排除裝置中的氧含量。原料再通過計量裝置控制進料量進入到回轉爐反應器，同時通入流動氮氣，流量為0.25m3.h-1.kg-1，通過調(diào)整回轉爐的轉速及傾角來控制物料在回轉爐反應器中的運動速度，物料在回轉爐反應器裝置中的平均停留時間為8小時。原料逐次經(jīng)過預熱區(qū)、預還原區(qū)、主反應區(qū)，此時主反應區(qū)溫度控制在1200-1700℃，反應后產(chǎn)物在進入冷卻區(qū)冷卻，最后產(chǎn)品SiAlON進入產(chǎn)品料倉。所得SiAlON產(chǎn)品的Z值在0-2.6。
實施方式20以高嶺石為原料制備SiAlON將烘干研磨后的高嶺石經(jīng)標準篩篩分后，選擇粒度為180目的高嶺石配加還原劑。本實施方式選擇活性炭為還原劑，將高嶺石與活性炭以一定的計量比經(jīng)振動篩充分篩混后，儲存于原料倉。通過真空泵抽真空排除裝置中的氧含量。原料再通過計量裝置控制進料量進入到回轉爐反應器，同時通入流動氮氣，流量為0.3m3.h-1.kg-1，通過調(diào)整回轉爐的轉速及傾角來控制物料在回轉爐反應器中的運動速度，物料在回轉爐反應器裝置中的平均停留時間為8小時。原料逐次經(jīng)過預熱區(qū)、預還原區(qū)、主反應區(qū)，此時主反應區(qū)溫度控制在1400-1600℃，反應后產(chǎn)物在進入冷卻區(qū)冷卻，最后產(chǎn)品SiAlON進入產(chǎn)品料倉。所得SiAlON產(chǎn)品的Z值在0-2。
實施方式21以二氧化硅、三氧化二鋁為原料制備SiAlON本實施方式選擇粒度為180目的二氧化硅、三氧化二鋁為原料，選擇活性炭為還原劑，將二氧化硅、三氧化二鋁與活性炭以一定的計量比經(jīng)振動篩充分篩混后，儲存于原料倉。通過真空泵抽真空排除裝置中的氧含量。原料再通過計量裝置控制進料量進入到回轉爐反應器，同時通入流動氮氣和氫氣，流量為0.5m3.h-1.kg-1，通過調(diào)整回轉爐的轉速及傾角來控制物料在回轉爐反應器中的運動速度，物料在回轉爐反應器裝置中的平均停留時間為6小時。原料逐次經(jīng)過預熱區(qū)、預還原區(qū)、主反應區(qū)，此時主反應區(qū)溫度控制在1400-1600℃，反應后產(chǎn)物在進入冷卻區(qū)冷卻，最后產(chǎn)品SiAlON進入產(chǎn)品料倉。所得SiAlON產(chǎn)品的Z值在1-2.5。
實施方式22以粘土為原料制備SiAlON本實施方式選擇粒度為150目的粘土，選擇石墨為還原劑，將粘土與石墨以一定的計量比經(jīng)振動篩充分篩混后，儲存于原料倉。通過真空泵抽真空排除裝置中的氧含量。原料再通過計量裝置控制進料量進入到回轉爐反應器，同時通入流動氮氣，流量為0.4m3.h-1.kg-1，通過調(diào)整回轉爐的轉速及傾角來控制物料在回轉爐反應器中的運動速度，物料在回轉爐反應器裝置中的平均停留時間為5小時。原料逐次經(jīng)過預熱區(qū)、預還原區(qū)、主反應區(qū)，此時主反應區(qū)溫度控制在1400-1700℃，反應后產(chǎn)物在進入冷卻區(qū)冷卻，最后產(chǎn)品SiAlON進入產(chǎn)品料倉。所得SiAlON產(chǎn)品的Z值在0～1.8。
實施方式23以高嶺土為原料制備SiAlON本實施方式選擇粒度為150目的高嶺土，選擇石墨為還原劑，將高嶺土與石墨以一定的計量比經(jīng)振動篩充分篩混后，儲存于原料倉。通過真空泵抽真空排除裝置中的氧含量。原料再通過計量裝置控制進料量進入到回轉爐反應器，同時通入流動氮氣，流量為0.4m3.h-1.kg-1，通過調(diào)整回轉爐的轉速及傾角來控制物料在回轉爐反應器中的運動速度，物料在回轉爐反應器裝置中的平均停留時間為5小時。原料逐次經(jīng)過預熱區(qū)、預還原區(qū)、主反應區(qū)，此時主反應區(qū)溫度控制在1400-1700℃，反應后產(chǎn)物在進入冷卻區(qū)冷卻，最后產(chǎn)品SiAlON進入產(chǎn)品料倉。所得SiAlON產(chǎn)品的Z值在0～2.8。
權利要求
1.一種含碳或含氮化合物的連續(xù)化生產(chǎn)方法，其特征在于將粒度范圍在50-300目之原料與還原劑充分混合處理或加入粘結劑充分混合處理，其中各料的重量比為原料∶還原劑∶粘結劑＝100∶(20～75)∶(0～25)，混合物料連續(xù)加入到回轉反應器中，在控制溫度的條件下，經(jīng)過預熱區(qū)、預還原區(qū)、主反應區(qū)及產(chǎn)品冷卻區(qū)，與此同時，向回轉反應器內(nèi)沿混合物料運動的逆向通入氣體，氣體流量控制在0.05～1.0m3.h-1.kg-1，預熱區(qū)的溫度控制在100-400℃，預還原區(qū)的溫度控制在400-900℃、主反應區(qū)的溫度控制在900-1800℃，經(jīng)過冷卻區(qū)后溫度降低到200℃以下，由回轉反應器一端進料，另一端出成品，連續(xù)制成含氮化合物或含碳化合物的單一或復合化合物。
2.根據(jù)權利要求1所述的含碳或含氮化合物的連續(xù)化生產(chǎn)方法，其特征在于所述原料采用偏釩酸銨、多聚釩酸銨、五氧化二釩、二氧化釩、三氧化二釩、五氧化二鉭、五氧化二鈮、二氧化鈮、三氧化二鈮、三氧化二鉻、二氧化硅、三氧化二鋁、高嶺土、高嶺石、粘土中的一種或其組合物。
3.根據(jù)權利要求1所述的含碳或含氮化合物的連續(xù)化生產(chǎn)方法，其特征在于所述混合物料采用含釩化合物的原料、還原劑、粘結劑、或密度強化劑進行混合處理，其中各料的重量比為含釩化合物∶還原劑∶密度強化劑∶粘結劑＝100∶(20～75)∶(0～15)∶(0～25)，所述含釩化合物采用偏釩酸銨、多聚釩酸銨、五氧化二釩、二氧化釩、三氧化二釩中的一種或其組合物，所用密度強化劑為Cr、Mn、Fe、Co、Ni中的單質(zhì)或其合金或其組合物。
4.根據(jù)權利要求1或3所述的含碳或含氮化合物的連續(xù)化生產(chǎn)方法，其特征在于所述通入氣體采用氮氣、氨氣、氫氣、氬氣、煤氣、甲烷中的一種或其混合氣體。
5.根據(jù)權利要求1或3所述的含碳或含氮化合物的連續(xù)化生產(chǎn)方法，其特征在于所述還原劑采用石墨、活性炭、碳黑、石墨電極粉、木炭粉、石油焦、焦炭中的一種或其組合物。
6.根據(jù)權利要求1或3所述的含碳或含氮化合物的連續(xù)化生產(chǎn)方法，其特征在于所述粘結劑采用水玻璃、膨潤土、生石灰、羧甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、淀粉、糊精、改性淀粉、糖漿、聚乙烯醇、聚乙烯醇樹脂、木質(zhì)素磺酸鈣、木質(zhì)素磺酸鎂、造紙廢液的一種或其組合物。
7.一種含碳或含氮化合物的連續(xù)化生產(chǎn)裝置，包括回轉爐體和組裝其內(nèi)的帶有回轉機構的回轉反應器及與其封閉連接的物料料倉、成品料倉、供氣罐，其特征在于回轉爐體的一端支撐有調(diào)節(jié)回轉爐體傾角的升降機構，回轉反應器內(nèi)按反應所需溫度分別順序設置預熱區(qū)、預還原區(qū)、主反應區(qū)、冷卻區(qū)，預熱區(qū)頭部設置進料口和出氣口，出氣口連接尾氣處理裝置，冷卻區(qū)尾部設置進氣口和成品出口，進氣口通過氣體流量控制器連接供氣罐。
全文摘要
一種含碳或含氮化合物的連續(xù)化生產(chǎn)方法及其生產(chǎn)設備，該方法將混合物料連續(xù)加入到回轉爐中，在控制溫度的條件下，經(jīng)過預熱區(qū)、預還原區(qū)、主反應區(qū)及產(chǎn)品冷卻區(qū)；與此同時，向回轉爐內(nèi)沿混合物料運動的逆向通入氣體，由反應器一端進料，另一端出成品，連續(xù)制成含氮化合物或含碳化合物的單一或復合化合物。所用生產(chǎn)設備取消真空設備，明顯降低設備投資，簡化工藝流程，縮短制備周期，確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，因采用氣體與物料相對逆流運動，熱交換效率高，既降低能耗，又循環(huán)利用氣體，達到節(jié)約的效果，所用裝置通過適當調(diào)整工藝參數(shù)，就能實現(xiàn)在同一設備中使用不同原料，生產(chǎn)不同產(chǎn)品，具有多功能、應用范圍廣的優(yōu)點。
文檔編號C01B31/30GK1944243SQ20061013410
公開日2007年4月11日 申請日期2006年10月31日 優(yōu)先權日2006年10月31日
發(fā)明者隋智通, 付念新, 于三三, 張力 申請人:隋智通