一種釩氮合金燒結窯爐的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及窯爐技術領域，特別涉及一種釩氮合金燒結窯爐。
【背景技術】
[0002]釩氮合金作為一種新型鋼鐵添加劑，可替代釩鐵用于微合金化鋼的生產。它添加于結構鋼、工具鋼、管道鋼、鋼筋、普通工程鋼以及鑄鐵中，能夠顯著提高鋼的耐磨性、耐腐性、強度、韌性、硬度、延展性及抗熱疲勞性等綜合機械性能，并使鋼具有良好的可焊性。在實際應用中具有提高建筑物和制品的安全性能、減少鋼材用量、節約成本等顯著優勢，因此釩氮合金已被國內外鋼廠普遍使用。
[0003]專利ZL200410083901.8公開了 “連續制取釩氮合金的煅燒設備推板窯的爐膛結構”，該推板窯縱向依次設置有低溫段、過渡段、高溫段和冷卻段。低溫段有5個溫區，過渡段有4個溫區，高溫段設7個溫區，冷卻段分為自然冷卻區和強制冷卻區；各個溫區的側墻磚相應位置上有加熱元件插孔，使加熱元件與窯腔隔離。
[0004]該實用新型中的加熱元件垂直布置在爐膛兩側，屬于左右加熱方式，由于受熱氣休具有向上運動的規律，氣體加大對窯體的沖擊腐蝕，縮短了整個窯爐的壽命。特別是在窯齡后期，加熱腔大部分耐火材料被燒損，受熱腐蝕性氣體外竄，提高了窯體環境溫度，惡化了操作條件。
[0005]專利CN102435066A公開了 “一種高溫燒結窯爐”用于制取釩氮合金，該窯爐包括爐體，與爐體的進料口連通的升溫段，與升溫段連通的高溫段，與高溫段連通且與爐體的出料口連通的降溫段。設置在爐體上，且向爐體內發射微波的多個微波加熱裝置。一邊穿過爐體，且具有盛放釩氮合金坯料的推板的封閉式多邊形軌道;物料在微波提供能源進行加熱條件下自發熱，然后進行還原氮化反應生成釩氮合金。
[0006]該實用新型中的加熱源主體是微波，通過被加熱物質本身在微波場內摩擦運行而產生熱量。因此該窯爐首先要求被加熱材料本身具有非常好的微波吸收性能，同時要求窯體具有良好的微波穿透性能，對材料的要求非常高。特別是被加熱的材料在高溫條件下反生化學反應后生成的廢舊固體粘附在窯爐內腔，加大了對窯體腐蝕后，窯爐的微波穿透性能與保溫性能大大降低，縮短了窯爐的使用壽命。
[0007]專利CN102853670A公開了 “一種節能環保型窯體及其應用于的釩氮合金高溫燒結窯”用于制取釩氮合金，該窯爐包括保溫耐火層、煅燒室、石墨坩禍、水平加熱室與密封盒，煅燒室的內外分別設置有石墨坩禍與保溫耐火層，石墨坩禍的上下兩方分別設置有上、下水平加熱室上，爐殼后延伸至密封盒內加熱體與塞磚之間的縫隙內填充有高溫纖維，密封盒上設置有進氣接口與銅電極。
[0008]該實用新型中采用的是單通道窯爐，窯爐的內腔空間狹窄，使產品的產量低，能耗高。同時該窯爐只采用了簡單統一的內腔結構，由于釩氮合金在不同的溫度條件下將發生不同的發反應，特別是在腐蝕性氣體劇烈溢出階段，該種窯爐的結構不能夠抗擊堿性氣體的沖刷與腐蝕。導致窯內腔橫梁斷裂并掉落，整個窯爐垮塌，嚴重影響窯爐壽命。
[0009]專利CN103925786A公開了 “一種用于生產釩氮合金的雙推板高溫燒結窯爐”用于制取釩氮合金，該窯爐本實用新型的一種用于生產釩氮合金的雙推板高溫燒結窯爐，包括主窯、副窯、窯頭推進機構、窯尾推進機構、電加熱系統、進氣系統、排氣系統及控制系統，所述主窯沿縱向設置有一次還原及排水段、二次還原氮化及排K+/Na+段、高溫燒成致密段、降溫固氮段和冷卻段。
[0010]該實用新型中采用了不同的溫度段設計，但整個窯腔結構同樣單一，該種窯爐的結構不能夠抗擊堿性氣體的沖刷與腐蝕。導致窯內腔橫梁斷裂并掉落，整個窯爐垮塌，嚴重影響窯爐壽命。
[0011 ]綜上所述，如何提供一種高溫燒結窯爐，以實現能夠高效，持久地生產釩氮合金，是目前本領域技術人員亟待解決的問題。
【實用新型內容】
[0012]為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種釩氮合金燒結窯爐，以達到延長窯爐使用壽命、提高產品品質、降低產品成本的目的。
[0013]為達到上述目的，本實用新型的技術方案如下:
[0014]—種釩氮合金燒結窯爐，包括干燥脫水段、預還原段、還原碳化段和高溫氮化段四個功能段，所述各功能段由外向里均由殼體、保溫腔、耐高溫抗蝕腔和反應空腔組成;所述保溫腔由外向里依次為纖維保溫板、保溫磚和耐火磚，所述耐高溫抗蝕腔包括下加熱室和保溫隔熱區，所述干燥脫水段、預還原段和高溫氮化段的耐高溫抗蝕腔還包括上加熱室，所述反應空腔均為雙孔通道結構;所述干燥脫水段、預還原段和還原碳化段均設有排水排氣孔。
[0015]上述方案中，各功能段的耐高溫抗蝕腔和反應空腔的材質分別為:所述干燥脫水段為高鋁粘土磚耐火材料構成，所述預還原段為剛玉磚耐火材料構成，所述還原碳化段為電熔鎂磚耐火材料構成，所述高溫滲氮段為高強石墨耐火材料構成。
[0016]進一步的技術方案中，所述殼體兩端為側墻，頂端為頂蓋，殼體右側墻上分布有加熱室窗口，所述加熱室窗口上端設有氣管，下端設有銅接線柱。
[0017]進一步的技術方案中，所述下加熱室位于耐高溫抗蝕腔的最下端，所述下加熱室的側壁由橋墩磚和下窗口磚構成，下加熱室的室頂由位于下窗口磚上方的方形橋板和梯形橋板構成，所述下加熱室內部設有電加熱元件。
[0018]進一步的技術方案中，所述上加熱室位于耐高溫抗蝕腔的最上端，所述上加熱室的側壁由橫梁和上窗口磚構成，上加熱室的室頂由位于橫梁上方的蓋頂和位于上窗口磚上方的方形橋板和梯形橋板共同構成，所述橫梁下端設有橫梁掛耳，上加熱室的室底為置于橫梁掛耳上的承燒板，所述承燒板上放置電加熱元件。
[0019]進一步的技術方案中，所述保溫隔熱區位于上加熱室和下加熱室之間，由耐火磚和保溫磚構成。
[0020]更進一步的技術方案中，所述橋墩磚上方設有條形軌道，相鄰的條形軌道之間由間隔條分開并固定;所述條形軌道兩側設有導向磚，用于規范反應空腔內坩禍的移動路徑。
[0021]更進一步的技術方案中，所述排水排氣孔位于上加熱室與上加熱室之間的加熱室間距內，所述排水排氣孔穿過所述反應空腔、耐高溫抗蝕腔、保溫腔和殼體。
[0022]更進一步的技術方案中，所述反應空腔的兩側是承重側墻，用于支撐位于承重側墻上端的橫梁，所述橫梁橫跨于整個反應空腔截面。
[0023]所述的干燥脫水段，該功能段的溫度區間設定為100-300°C，由于釩氮合金坯料中含有1-10%的水份，因此加熱后水份從坯料中揮發溢來，對窯爐的腔體內壁，腔體橫梁產生侵蝕。針對該特征，本實用新型在干燥脫水段主要采取高鋁粘土磚耐火材料，腔體橫梁采用拼接式切合結構，保證腔體橫梁的膨脹空間與承重強度。同時由于高鋁粘土磚耐火材料本身的性質，能夠在該功能段設定溫度條件下抵抗水蒸氣的侵蝕。另外該功能段設計有排水排氣孔，能夠使從坯料中揮發溢出的水氣盡快地從反應空腔內排出。
[0024]所述的預還原段，該功能段的溫度區間設定為300-600°C，脫去水份的釩氮合金坯料在該功能段主是發生預還原反應，坯料中殘留的部分銨會以氨氣的形式溢出。針對該特征，本實用新型在預還原段主要采取剛玉磚耐火材料，腔體橫梁采用懸掛式組合結構。該功能區也設計有排水排氣孔。
[0025]所述的還原碳化段，該功能段的溫度區間設定為600-1200°C，經過預還原的釩氮合金坯料在該功能段主是發生還原碳化反應，坯料中的碳將氧化釩中的氧置換出來，生成碳化釩。由于原料氧化釩中含有約1%的氧化鉀與氧化鈉，在該溫度條件下，堿金屬元素將通過蒸氣的方式發生物相迀移，并隨著爐內氣流一起向排氣方向運動，遇到水或二氧化碳則生成低熔點、高沸點的強堿，比如:K0H、Na0H、K2C03、Na2C03等并附著于爐腔材料上，且不斷地對爐腔材料進行腐蝕，嚴重影響主燒結爐使用壽命。針對該特征，本實用新型在還原段碳化段主要采取電熔鎂磚耐火材料，腔體頂端采用半圓形拱頂式組合結構。該功能區也設計有排水排氣孔，同時加上半圓形拱頂式組合結構在提高腔體高度的同時，有利反應產生的堿金屬腐蝕性氣體流動，盡快地排出腔體。
[0026]所述的高溫滲氮段，該功能段的溫度區間設定為1200-1500°C，已經生成碳化釩的物料在氮氣氛圍下發生滲氮置換反應，生成最終的釩氮合金產品。由于該功能區的溫度較高，因此本實用新型在高溫滲氮段主要采取高強石墨耐火材料，腔體橫梁采用整塊高強石墨磚結構。另外該功能區主要是高溫滲氮反應，成生成的廢氣量極少，因此