一种钒氮合金烧结窑炉的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及窑炉技术领域，特别涉及一种钒氮合金烧结窑炉。
【背景技术】
[0002]钒氮合金作为一种新型钢铁添加剂，可替代钒铁用于微合金化钢的生产。它添加于结构钢、工具钢、管道钢、钢筋、普通工程钢以及铸铁中，能够显著提高钢的耐磨性、耐腐性、强度、韧性、硬度、延展性及抗热疲劳性等综合机械性能，并使钢具有良好的可焊性。在实际应用中具有提高建筑物和制品的安全性能、减少钢材用量、节约成本等显著优势，因此钒氮合金已被国内外钢厂普遍使用。
[0003]专利ZL200410083901.8公开了 “连续制取钒氮合金的煅烧设备推板窑的炉膛结构”，该推板窑纵向依次设置有低温段、过渡段、高温段和冷却段。低温段有5个温区，过渡段有4个温区，高温段设7个温区，冷却段分为自然冷却区和强制冷却区；各个温区的侧墙砖相应位置上有加热元件插孔，使加热元件与窑腔隔离。
[0004]该实用新型中的加热元件垂直布置在炉膛两侧，属于左右加热方式，由于受热气休具有向上运动的规律，气体加大对窑体的冲击腐蚀，缩短了整个窑炉的寿命。特别是在窑龄后期，加热腔大部分耐火材料被烧损，受热腐蚀性气体外窜，提高了窑体环境温度，恶化了操作条件。
[0005]专利CN102435066A公开了 “一种高温烧结窑炉”用于制取钒氮合金，该窑炉包括炉体，与炉体的进料口连通的升温段，与升温段连通的高温段，与高温段连通且与炉体的出料口连通的降温段。设置在炉体上，且向炉体内发射微波的多个微波加热装置。一边穿过炉体，且具有盛放钒氮合金坯料的推板的封闭式多边形轨道;物料在微波提供能源进行加热条件下自发热，然后进行还原氮化反应生成钒氮合金。
[0006]该实用新型中的加热源主体是微波，通过被加热物质本身在微波场内摩擦运行而产生热量。因此该窑炉首先要求被加热材料本身具有非常好的微波吸收性能，同时要求窑体具有良好的微波穿透性能，对材料的要求非常高。特别是被加热的材料在高温条件下反生化学反应后生成的废旧固体粘附在窑炉内腔，加大了对窑体腐蚀后，窑炉的微波穿透性能与保温性能大大降低，缩短了窑炉的使用寿命。
[0007]专利CN102853670A公开了 “一种节能环保型窑体及其应用于的钒氮合金高温烧结窑”用于制取钒氮合金，该窑炉包括保温耐火层、煅烧室、石墨坩祸、水平加热室与密封盒，煅烧室的内外分别设置有石墨坩祸与保温耐火层，石墨坩祸的上下两方分别设置有上、下水平加热室上，炉壳后延伸至密封盒内加热体与塞砖之间的缝隙内填充有高温纤维，密封盒上设置有进气接口与铜电极。
[0008]该实用新型中采用的是单通道窑炉，窑炉的内腔空间狭窄，使产品的产量低，能耗高。同时该窑炉只采用了简单统一的内腔结构，由于钒氮合金在不同的温度条件下将发生不同的发反应，特别是在腐蚀性气体剧烈溢出阶段，该种窑炉的结构不能够抗击碱性气体的冲刷与腐蚀。导致窑内腔横梁断裂并掉落，整个窑炉垮塌，严重影响窑炉寿命。
[0009]专利CN103925786A公开了 “一种用于生产钒氮合金的双推板高温烧结窑炉”用于制取钒氮合金，该窑炉本实用新型的一种用于生产钒氮合金的双推板高温烧结窑炉，包括主窑、副窑、窑头推进机构、窑尾推进机构、电加热系统、进气系统、排气系统及控制系统，所述主窑沿纵向设置有一次还原及排水段、二次还原氮化及排K+/Na+段、高温烧成致密段、降温固氮段和冷却段。
[0010]该实用新型中采用了不同的温度段设计，但整个窑腔结构同样单一，该种窑炉的结构不能够抗击碱性气体的冲刷与腐蚀。导致窑内腔横梁断裂并掉落，整个窑炉垮塌，严重影响窑炉寿命。
[0011 ]综上所述，如何提供一种高温烧结窑炉，以实现能够高效，持久地生产钒氮合金，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
【实用新型内容】
[0012]为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种钒氮合金烧结窑炉，以达到延长窑炉使用寿命、提高产品品质、降低产品成本的目的。
[0013]为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下:
[0014]—种钒氮合金烧结窑炉，包括干燥脱水段、预还原段、还原碳化段和高温氮化段四个功能段，所述各功能段由外向里均由壳体、保温腔、耐高温抗蚀腔和反应空腔组成;所述保温腔由外向里依次为纤维保温板、保温砖和耐火砖，所述耐高温抗蚀腔包括下加热室和保温隔热区，所述干燥脱水段、预还原段和高温氮化段的耐高温抗蚀腔还包括上加热室，所述反应空腔均为双孔通道结构;所述干燥脱水段、预还原段和还原碳化段均设有排水排气孔。
[0015]上述方案中，各功能段的耐高温抗蚀腔和反应空腔的材质分别为:所述干燥脱水段为高铝粘土砖耐火材料构成，所述预还原段为刚玉砖耐火材料构成，所述还原碳化段为电熔镁砖耐火材料构成，所述高温渗氮段为高强石墨耐火材料构成。
[0016]进一步的技术方案中，所述壳体两端为侧墙，顶端为顶盖，壳体右侧墙上分布有加热室窗口，所述加热室窗口上端设有气管，下端设有铜接线柱。
[0017]进一步的技术方案中，所述下加热室位于耐高温抗蚀腔的最下端，所述下加热室的侧壁由桥墩砖和下窗口砖构成，下加热室的室顶由位于下窗口砖上方的方形桥板和梯形桥板构成，所述下加热室内部设有电加热元件。
[0018]进一步的技术方案中，所述上加热室位于耐高温抗蚀腔的最上端，所述上加热室的侧壁由横梁和上窗口砖构成，上加热室的室顶由位于横梁上方的盖顶和位于上窗口砖上方的方形桥板和梯形桥板共同构成，所述横梁下端设有横梁挂耳，上加热室的室底为置于横梁挂耳上的承烧板，所述承烧板上放置电加热元件。
[0019]进一步的技术方案中，所述保温隔热区位于上加热室和下加热室之间，由耐火砖和保温砖构成。
[0020]更进一步的技术方案中，所述桥墩砖上方设有条形轨道，相邻的条形轨道之间由间隔条分开并固定;所述条形轨道两侧设有导向砖，用于规范反应空腔内坩祸的移动路径。
[0021]更进一步的技术方案中，所述排水排气孔位于上加热室与上加热室之间的加热室间距内，所述排水排气孔穿过所述反应空腔、耐高温抗蚀腔、保温腔和壳体。
[0022]更进一步的技术方案中，所述反应空腔的两侧是承重侧墙，用于支撑位于承重侧墙上端的横梁，所述横梁横跨于整个反应空腔截面。
[0023]所述的干燥脱水段，该功能段的温度区间设定为100-300°C，由于钒氮合金坯料中含有1-10%的水份，因此加热后水份从坯料中挥发溢来，对窑炉的腔体内壁，腔体横梁产生侵蚀。针对该特征，本实用新型在干燥脱水段主要采取高铝粘土砖耐火材料，腔体横梁采用拼接式切合结构，保证腔体横梁的膨胀空间与承重强度。同时由于高铝粘土砖耐火材料本身的性质，能够在该功能段设定温度条件下抵抗水蒸气的侵蚀。另外该功能段设计有排水排气孔，能够使从坯料中挥发溢出的水气尽快地从反应空腔内排出。
[0024]所述的预还原段，该功能段的温度区间设定为300-600°C，脱去水份的钒氮合金坯料在该功能段主是发生预还原反应，坯料中残留的部分铵会以氨气的形式溢出。针对该特征，本实用新型在预还原段主要采取刚玉砖耐火材料，腔体横梁采用悬挂式组合结构。该功能区也设计有排水排气孔。
[0025]所述的还原碳化段，该功能段的温度区间设定为600-1200°C，经过预还原的钒氮合金坯料在该功能段主是发生还原碳化反应，坯料中的碳将氧化钒中的氧置换出来，生成碳化钒。由于原料氧化钒中含有约1%的氧化钾与氧化钠，在该温度条件下，碱金属元素将通过蒸气的方式发生物相迀移，并随着炉内气流一起向排气方向运动，遇到水或二氧化碳则生成低熔点、高沸点的强碱，比如:K0H、Na0H、K2C03、Na2C03等并附着于炉腔材料上，且不断地对炉腔材料进行腐蚀，严重影响主烧结炉使用寿命。针对该特征，本实用新型在还原段碳化段主要采取电熔镁砖耐火材料，腔体顶端采用半圆形拱顶式组合结构。该功能区也设计有排水排气孔，同时加上半圆形拱顶式组合结构在提高腔体高度的同时，有利反应产生的碱金属腐蚀性气体流动，尽快地排出腔体。
[0026]所述的高温渗氮段，该功能段的温度区间设定为1200-1500°C，已经生成碳化钒的物料在氮气氛围下发生渗氮置换反应，生成最终的钒氮合金产品。由于该功能区的温度较高，因此本实用新型在高温渗氮段主要采取高强石墨耐火材料，腔体横梁采用整块高强石墨砖结构。另外该功能区主要是高温渗氮反应，成生成的废气量极少，因此