钒氧化物是主要的钒产品,大部分用于钢铁工业,钒氮合金作为炼钢添加剂能显著地增强钢材的强度、韧性等性能。近年来我国氮化钒项目发展迅速,钒氮合金工业生产主流工艺包括推板窑和竖式中频炉还原技术,两种工艺在设备、产能、操作、成本、产品质量等方面特点各异,都存在一些亟待解决的技术问题。陕西某公司年产氮化钒1万吨,一期项目采用竖式中频炉还原技术和推板窑还原技术。为保证公司的可持续发展,掌握窑炉的运行状况和使用寿命,确保生产高效,在工业实践基础上,分析评价两种生产工艺的主要技术经济指标,合理安排企业主流生产工艺。通过热工平衡计算分析和计算机辅助进行窑内温度场模拟研究,对窑炉的设计、改造和热工制度进行了科学评价和优化。相关研究工作为企业后续生产工艺选择和技术提升具有重要的参考意义。窑炉是钒氮合金生产的核心装备,也是生产中能耗最大的设备,其能耗占到总能耗的80%以上。为了有效地降低能耗。本研究在文献资料、实地调研、生产数据分析、热平衡计算、温度场模拟的基础上,较为全面的分析对比了两种氮化钒生产工艺的适用性和特点,初步确定了二期项目生产推板窑还原炉的主要设计参数。(1)基于推板窑工艺和竖式中频炉的技术发展水平现状,全面分析了推板窑和竖式中频炉生产氮化钒的实际生产数据,在窑炉构造、维护、烟尘处理、操作、能耗、投资、产品质量和环境保护水平等方面进行定量对比分析,可以发现大规模稳定生产时,推板窑在多方面更加具有优势,竖式中频炉调整产能方便,在小规模生产时优势明显,可以作为推板窑生产系统的补充。(2)针对年产1000t氮化钒推板窑炉和通路建立热平衡测算方案并进行热工平衡计算;分析了影响热平衡的各个因素,找出热工方面存在的问题、提出了推板窑节能技术和途径,在此基础上对新型双推板窑进行了二次优化设计。通过窑炉热工平衡计算找到提高窑炉的能源利用率的节能技术和途径,为窑炉的设计、施工和现场操作做出科学评价和建议;为指导窑炉工艺调整,节能降耗提供依据。(3)建立了钒颗粒氮化反应模型和计算模型,以大型软件ANSYS Workbench Fluent为平台对推板窑的典型工作段进行了计算机数值模拟,模拟了推板窑窑腔内单层加热段和双层加热段的温度场分布情况,并对温度场的均匀性进行了分析。(4)对推板窑氮化还原过程中温度场的数值模拟结果进行了验证,以提高生产率,在原有热工制度不变的基础上对推进间隔时间进行优化,优化后料球通过主窑需25.7h,较优化前缩短1.8h;优化后产量在原工况基础可增加6.45%;优化后的吨耗电量降低为优化前的93.94%。