一种制备碳化铬或氮化铬的方法技术

本发明专利技术提供了一种制备碳化铬或氮化铬的方法，是将金属铬或含铬和氧的化合物或这些化合物的混合物(以下称为铬原料)与碳质还原剂混合形成原料，然后在中国专利CN103335513A披露的电加热回转窑(下称直热式回转窑)中直接对原料或其化学反应的中间产物或产物自身通电使其发热并逐步升温到750℃以上，还原碳化或氮化生成碳化铬或氮化铬。本发明专利技术的优点是热效率高，电耗低，产品一致性好，工艺稳定，生产能力大。

A Method for Preparing Chromium Carbide or Chromium Nitride

The present invention provides a method for preparing chromium carbide or chromium nitride by mixing metal chromium or compounds containing chromium and oxygen or mixtures of these compounds (hereinafter referred to as chromium raw materials) with carbon reducing agents to form raw materials, and then directly reacting with raw materials or intermediates or products themselves in an electric heating rotary kiln (hereinafter referred to as direct heating rotary kiln) disclosed in Chinese patent CN103335513A. It is heated by electrification and gradually warmed up to above 750 C. and reduced to chromium carbide or chromium nitride by carbonization or nitridation. The invention has the advantages of high thermal efficiency, low power consumption, good product consistency, stable process and large production capacity.

【技术实现步骤摘要】
一种制备碳化铬或氮化铬的方法
本专利技术属于钢铁冶金领域，涉及碳化铬或氮化铬的制备方法。
技术介绍
碳化铬或氮化铬具有熔点高，硬度大，作为超硬材料、炼钢添加剂、耐磨材料、耐腐蚀材料、催化剂等，应用广泛。氮化铬是具有反铁磁性的材料，而且由于其具有如硬度高、耐酸碱腐蚀性好、化学稳定性高、耐磨性能好、高熔点等，使其在磁学、电子工业、耐高温结构陶瓷等方面得到广泛应用。氮化铬的制备方法一般用金属铬、氯化铬或氢氧化铬与氨气或氮气和氢气反应，反应温度一般为1000℃左右。都需要在高温且保护气氛或还原气氛中进行,而且反应时间可能长达10天(氧化铬或氢氧化铬为原料时)。近年来，发展了一种新的制备氮化铬的方法，其以三氧化二铬为原料，以碳粉为还原剂，在氮气气氛下，在立式窑炉或者电弧炉中对用电弧加热碳热还原氮化。该过程需要精确配碳或者第一次反应后，将产物磨粉分析碳和氧含量，再第二次配碳后配铬原料进行高温反应。反应过程中，物料结块或者板结严重，出料困难，无法连续化生产，能耗高，生产效率低。另外比如高能球磨法制备氮化铬，也需要10天左右的球磨时间，能耗高、时间长、产能低。通过铬氧化物或者氢氧化物与氨气氨解反应制备氮化铬，需要在800℃以上长时间加热并且氨气需要大大过量，同样造成成本高、能耗高。实际上，在0.1MPa氮气或者氨气气氛下，氮化铬的分解温度低于800℃，所以在800℃以上，氨解合成氮化铬在热力学上是不利的，但是反应动力学的原因，温度低于800℃反应非常缓慢。所以只能在800℃以上通入大量过量的氨气，且反应很长时间来解决。可以用金属铬或者铬氧化物与活泼金属单质在氮气中自蔓延燃烧合成氮化铬，但是金属铬或活泼金属原料成本高。而且自蔓延燃烧合成一般需要在高温高压下进行，而且只能间歇式反应，操作异常不方便，整个降温出料装料的周期也比较长。碳化铬一般以金属铬粉和石墨粉高温渗碳得到，该法采用金属铬，成本比较高。用氧化铬或者氢氧化铬碳热还原生产碳化铬，热力学上在100~1200℃可以生成Cr7C3、Cr23C6、Cr3C2，在碳充足的情况下以生成Cr3C2为主。碳化铬的应用也以Cr3C2为主，Cr7C3有一些应用。实际生产过程中，为了提高反应速度，往往需要加热到1450℃进行碳热还原。吉林铁合金厂曾经有研究用中频炉，在低温下碳热还原三氧化二铬制备得到Cr7C3和Cr3C2，然后升温到2000℃左右熔融状态下出炉。显然该过程无谓的把物料加热到2000℃，能耗高，而且得到的产品碳含量只有10%左右，主要成分估计是Cr2C，而不是用量大的Cr3C2。从该过程可以看出，为什么不在1400℃左右出炉的原因为:因为碳热还原制备碳化铬的过程，跟制备氮化铬的过程一样，反应过程中，物料会在微小区域内严重软化甚至熔化，造成物料严重板结，没法在1400℃左右出炉。那么不用中频炉，用隧道窑或者推板窑，将原料放入石墨坩埚里面，用硅碳棒、硅钼棒或者钼丝等电阻炉加热，也还是与中频炉和电弧炉一样会遇到物料板结、传质困难因此反应速度慢、反应不彻底(因此需要磨粉二次高温加热处理)、出料困难或者粘接损坏坩埚等问题。用推板窑、隧道窑或者钼丝炉等电阻炉的情况下，还有传热问题，导致电热效率低，电耗高。无论是用电弧炉还是中频炉，对原料里面的含水量(包括氢氧化铬形式携带的水)都有严格要求，含水量较高时，容易产生爆裂。因此一般用三氧化二铬作为原料。而氢氧化铬到三氧化二铬的脱水反应过程也需要在700℃甚至更高的温度长时间加热来实现，能耗高，耗时长。综上所述，现有碳化铬或氮化铬生产过程，流程复杂，设备产能低，传热效率低，能耗高，反应过程易板结导致出料困难等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能耗低、设备产能大、产品质量一致性好、工艺过程稳定的碳化铬或氮化铬生产工艺。通过在直热式回转窑中用电源电极对铬原料和/或碳质还原剂或者其在反应过程中生成的固体物料(以下称为物料)直接通电，依靠物料自身的电阻或者原料颗粒或者块之间的接触电阻在电流的作用下发热而加热物料。本专利技术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，将铬原料和碳质还原剂混合形成固体原料，然后将其进料到反应炉中加热，加热过程中铬原料在还原气氛中经过还原碳氮化过程而合成碳化铬或氮化铬，其特征在于：所述铬原料为：金属铬粉和/或含铬和氧的化合物或者这些化合物的混合物；所述的反应炉为：炉膛具有加热段的电加热回转窑(下称直热式回转窑)，其中加热段设置有加热电源电极，通过该电极在被加热的物料上施加电压从而向被加热的物料馈入电流，利用在加热段堆积的被加热的物料的电阻发热加热被加热的物料；所述的加热过程为：在直热式回转窑加热段中通过电源电极对处于直热式回转窑加热段的所述的固体原料和/或其在所述的加热过程中变化所得的物料(以下称为物料)直接通电，通过处于加热段的物料自身的电阻或者物料颗粒或者块之间的接触电阻发热而加热物料，物料在直热式回转窑中依次经过预热、加热、降温，然后出料；并且所述的物料在直热式回转窑中经过的最高温度不低于750℃；所述的固体原料在进入直热式回转窑之前经过将铬原料和碳质还原剂的原料混合、碾压或挤压、球磨、湿磨、和/或压块；所述的还原碳氮化过程在小于5MPa的还原气氛下进行。进一步的是，所述还原气氛为：甲醇、CO、氮气、氨气、碳氢化合物、其它气态含碳和/或氮的有机物中的一种或者它们的混合物，或者所述的还原气氛为所述的碳质还原剂还原含氧的铬原料生成的CO；所述的碳质还原剂为：石墨、碳黑、活性炭、焦炭、石油焦、沥青、淀粉、纤维素、有机高分子、三聚氰胺、石蜡、糖中的一种或者它们的混合物；所述还原碳氮化过程为：所述物料在300～1900℃之间被所述的碳质还原剂和/或所述的还原气氛中的含氢和/或碳的还原剂还原碳化和/或被所述的还原气氛中的氮元素氮化，并且所述的物料经过的最高温度不低于750℃；所述的还原碳氮化过程中的还原过程、碳化和/或氮化过程通过物料的移动在同一个直热式回转窑内完成；所述碳化铬或氮化铬成品中含有铬、碳和/或氮、少量没有反应完的氧元素以及从原料中带入的杂质。进一步的是，对所述的物料直接通电的电压为10～2000伏特，电流为10～100000安培。进一步的是，所述的反应炉为中国专利CN103335513A披露的电加热回转窑。进一步的是，在所述的反应炉的加热段前设置有预热段和/或在所述的加热段后设置有降温段，对物料进行预热和/或降温。进一步的是，在所述的还原碳氮化过程中的碳质还原剂是在原料进直热式回转窑之前与铬原料混和的。进一步的是，所述的还原碳氮化过程中的碳质还原剂是在升温过程中由所述的还原气氛和/或所述的碳质还原剂中的有机物进一步碳化生成的。进一步的是，在所述的固体原料中加入不超过铬重量5倍（以铁计）的铁、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。与已有技术相比，本专利技术具有如下优点：1)以电极直接向物料中施加直流或者交流电压并通入电流，物料堆积起来本身具有一定的电阻，该电阻在电流作用下发热，省却了热量从发热元件到物料的传热过程，避免了对炉体耐火材料和物料无区别的加热，热量利用率高，电耗低。而且避免了因为传热要求而致使物料堆积厚度较薄的限制，炉膛空间利用率提高，生产率提高，也本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备碳化铬或氮化铬的方法，将铬原料和碳质还原剂混合形成固体原料，然后将其进料到反应炉中加热，加热过程中铬原料在还原气氛中经过还原碳氮化过程而合成碳化铬或氮化铬，其特征在于：所述铬原料为：金属铬粉和/或含铬和氧的化合物或者这些化合物的混合物；所述的反应炉为：炉膛具有加热段的电加热回转窑(下称直热式回转窑)，其中加热段设置有加热电源电极，通过该电极在被加热的物料上施加电压从而向被加热的物料馈入电流，利用在加热段堆积的被加热的物料的电阻发热加热被加热的物料；所述的加热过程为：在直热式回转窑加热段中通过电源电极对处于直热式回转窑加热段的所述的固体原料和/或其在所述的加热过程中变化所得的物料(以下称为物料)直接通电，通过处于加热段的物料自身的电阻或者物料颗粒或者块之间的接触电阻发热而加热物料，物料在直热式回转窑中依次经过预热、加热、降温，然后出料；并且所述的物料在直热式回转窑中经过的最高温度不低于750℃；在需要使用碳质还原剂时，所述的固体原料在进入直热式回转窑之前经过将铬原料和碳质还原剂的原料混合、碾压或挤压、球磨、湿磨、和/或压块；在不需要使用所述的碳质还原剂时，所述的固体原料在进入直热式回转窑之前经过将铬原料碾压或挤压、球磨、湿磨、和/或压块；所述的还原碳氮化过程在小于5MPa的还原气氛下进行。...

【技术特征摘要】
1.一种制备碳化铬或氮化铬的方法，将铬原料和碳质还原剂混合形成固体原料，然后将其进料到反应炉中加热，加热过程中铬原料在还原气氛中经过还原碳氮化过程而合成碳化铬或氮化铬，其特征在于：所述铬原料为：金属铬粉和/或含铬和氧的化合物或者这些化合物的混合物；所述的反应炉为：炉膛具有加热段的电加热回转窑(下称直热式回转窑)，其中加热段设置有加热电源电极，通过该电极在被加热的物料上施加电压从而向被加热的物料馈入电流，利用在加热段堆积的被加热的物料的电阻发热加热被加热的物料；所述的加热过程为：在直热式回转窑加热段中通过电源电极对处于直热式回转窑加热段的所述的固体原料和/或其在所述的加热过程中变化所得的物料(以下称为物料)直接通电，通过处于加热段的物料自身的电阻或者物料颗粒或者块之间的接触电阻发热而加热物料，物料在直热式回转窑中依次经过预热、加热、降温，然后出料；并且所述的物料在直热式回转窑中经过的最高温度不低于750℃；在需要使用碳质还原剂时，所述的固体原料在进入直热式回转窑之前经过将铬原料和碳质还原剂的原料混合、碾压或挤压、球磨、湿磨、和/或压块；在不需要使用所述的碳质还原剂时，所述的固体原料在进入直热式回转窑之前经过将铬原料碾压或挤压、球磨、湿磨、和/或压块；所述的还原碳氮化过程在小于5MPa的还原气氛下进行。2.根据权利要求1所述的制备碳化铬或氮化铬的方法，其特征在于：所述还原气氛为：甲醇、CO、氮气、氨气、碳氢化合物、其它气态含碳和/或氮的有机物中的一种或者它们的混合物，或者所述的还原气氛为所述的碳质还原剂还原含氧的铬原料生成的CO；所述的碳质还原剂为：煤、石墨、碳黑、活性炭、焦炭、石油焦、沥青、生物质材料、有机高分子、三聚氰...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘亚，冯良荣，
申请(专利权)人：冯良荣，
类型：发明
国别省市：四川,51