一种制备碳化铬或氮化铬的方法与流程
发布时间：
2021-09-25 22:35
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本发明属于钢铁冶金领域，涉及一种碳化铬或氮化铬的制备方法。碳化铬或氮化铬广泛用作超硬材料、炼钢添加剂、耐磨材料、耐腐蚀材料、催化剂等。氮化铬是一种反铁磁材料，因其硬度高、耐酸碱腐蚀性能好、化学稳定性高、耐磨性好、熔点高，被广泛应用于磁性、电子工业、耐高温结构陶瓷等领域。现有的碳化铬或氮化铬生产工艺流程复杂，设备能力低，传热效率低，能耗高，反应过程容易硬化，导致出料困难。
本发明的目的是提供一种能耗低、设备产能大、产品质量一致性好、工艺稳定的碳化铬或氮化铬生产工艺。反应过程中产生的铬原料和/或碳质还原剂或固体材料(以下简称材料)在直热式回转窑中由电源电极直接通电，根据材料本身的电阻或原料颗粒或块之间的接触电阻，在电流的作用下通过加热对材料进行加热。
本发明的目的是这样实现的：一种制备碳化铬或氮化铬的方法，特别是工业制备方法，包括以下步骤：将铬原料和碳质还原剂混合形成固体原料，然后将固体原料送入反应炉中加热，其中铬原料在还原气氛中进行还原碳氮共渗过程，合成碳化铬或氮化铬；碳化铬反应炉是在炉膛内有加热段的电加热回转窑(以下简称直热回转窑)，其中加热段设有加热电源电极，通过该电极向被加热的物料施加电压，从而向被加热的物料输送电流，被加热的物料通过积聚在加热段内的被加热物料的电阻进行加热；加热过程如下：碳化铬在直热式回转窑的加热段中，固体原料和/或其在加热过程中变化得到的物料(以下简称物料)通过电源电极直接通电，物料在加热段中通过自身电阻或物料颗粒或块之间的接触电阻进行加热；物料在直热式回转窑中依次预热、加热、冷却后出料；通过直热回转窑的物料温度不低于750；固体原料在进入直热式回转窑之前与铬原料和碳质还原剂混合、轧制或挤压、球磨、湿磨和/或压块；碳化铬还原碳氮共渗工艺在小于5mpa的还原气氛下进行。还原气氛为甲醇、氮气、氨、碳氢化合物和其他含碳和/或氮的气态有机物中的一种或其混合物，或还原气氛为含碳还原剂还原含氧铬原料生成；碳质还原剂为石墨、炭黑、活性炭、焦炭、石油焦、沥青、淀粉、纤维素、有机聚合物、三聚氰胺、石蜡和糖中的一种或其混合物；还原碳氮共渗工艺为：在300-1900下，材料在还原气氛中被含碳还原剂和/或含氢和/或碳的还原剂还原碳化和/或被氮元素氮化，材料高温度不低于750；还原碳氮共渗过程中的还原过程、碳化和/或氮化过程通过物料的运动在同一个直热回转窑中完成；碳化铬或氮化铬的成品含有铬、碳和/或氮、少量未反应的氧和原料带来的杂质。
材料直接通电的电压为10-2000伏，电流为10-100000安培。碳化铬预热段布置在反应炉的加热段之前和/或冷却段布置在加热段之后，以预热和/或冷却材料。在还原碳氮共渗过程中，碳质还原剂在原料进入直热回转窑之前与铬原料混合。碳化铬还原碳氮共渗工艺中的碳质还原剂是通过在升温过程中还原气氛和/或碳质还原剂中的有机物的进一步碳化产生的。在固体原料中加入不超过铬重量5倍的铁和氧化铁(以铁计)中的一种或一种以上，形成碳化铬铁或氮化铬铁合金。
与现有技术相比，本发明避免了对耐火材料和炉体材料的乱加热，热利用率高，功耗低。而且避免了碳化铬传热要求带来的薄料堆厚限制，提高了炉膛空间利用率和生产率，也使直热式回转窑装置更小；从而更容易将物料加热到反应温度，反应速度更快，反应时间缩短，产品含氧量低，产品游离碳低，可获得高质量的碳化铬产品；反应过程中的传热传质过程进一步改进，反应时间短，热效率高，碳化铬产品质量均匀稳定，物料可在直热回转窑内连续移动，便于大规模工业化生产，产品一致性好；更重要的是，随着直热回转窑的转动，物料不断翻转，避免了物料在反应过程中的硬化和结块，使生产能够长期连续、可靠、稳定地进行；避免了电弧炉、中频炉和高温自蔓延燃烧合成过程中的间歇操作，避免了批量生产时窑体的加热和冷却过程，节省了大量的能耗和时间，降低了操作的复杂性；可以采用氢氧化碳化铬甚至铬酸铵等铬原料，成本大大降低。
碳化铬
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