一种超声波冶炼还原装置及冶炼钒铝合金的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种超声波冶炼还原装置及冶炼钒铝合金的方法，所述装置包括：反应器(1)、超声波发生器(2)以及加热装置(3)，所述超声波发生器(2)设置于反应器(1)底部，所述加热装置(3)环绕设置于反应器(1)外侧壁。所述方法为：将钒源、铝源以及造渣剂进行混料后加入经过预热的反应器中，通电点火进行反应，反应过程中以及反应完成后进行超声处理；自然冷却后，分离渣和合金锭得到钒铝合金产品。本发明专利技术通过对冶炼反应装置加装超声波发生器，使得还原过程中形成均匀的温度场，有利于反应均匀进行，同时实现了合金和渣的彻底分离，最大限度降低了杂质对合金的影响，促进合金元素均匀化及晶粒细化，得到性能优异的合金产品。

Ultrasonic smelting reduction device and method for smelting vanadium aluminum alloy

The invention relates to an ultrasonic smelting reduction device and a method for smelting a vanadium aluminum alloy. The device comprises a reactor (1), an ultrasonic generator (2) and a heating device (3), which are set at the bottom of the reactor (1), and the heating mounting (3) is encircled to the outer wall of the reactor (1). The method is: adding the vanadium source, aluminum source and slag making agent into the preheated reactor and reacting through the electric ignition, the reaction process and the ultrasonic treatment after the reaction is completed; after natural cooling, the separation slag and the alloy ingot are obtained. By adding an ultrasonic generator to the smelting reaction device, the invention makes the homogeneous temperature field formed during the reduction process, which is beneficial to the uniform reaction, and realizes the complete separation of the alloy and slag, reduces the influence of the impurities to the alloy to the maximum limit, and promotes the homogenization of the alloy elements and the grain refinement, and the performance is excellent. Alloy products.

【技术实现步骤摘要】
一种超声波冶炼还原装置及冶炼钒铝合金的方法
本专利技术涉及冶金工程
，具体钒铝合金的化工冶金的生产
，尤其涉及一种超声波冶炼还原装置及冶炼钒铝合金的方法。
技术介绍
钒铝合金是一种广泛用于航空航天领域的高级合金材料，具有很高的硬度、弹性。钒铝合金作为中间合金是生产高强钛合金的重要原料，其能改善合金的耐热性能与冷加工性能，因此被广泛应用于军事、航空航天工业及民用工业。随着科技的进步，钒铝中间合金的消耗量逐年递增，因此需要生产大量高品质钒铝中间合金以满足高性能合金及超高性能合金制备的要求。目前，钒铝合金主要通过氧化钒和铝粒在反应炉内进行点火反应进行制备，此过程是点火后自发的放热反应过程，反应过程中放出大量的热量能够满足生产钒铝合金的需要。例如CN101906546A公开了一种钒铝合金的制备方法，首先采用金属热还原法，以一部分铝作为还原剂还原五氧化二钒制备出一步钒铝合金；再将制备出的一步钒铝合金破碎、烘干后再加入部分铝，在真空中频感应炉进行二步熔炼，得到钒铝合金最终产品。CN102925722B公开了一种电铝热法冶炼钒铝合金的方法，其将氧化钒、还原剂铝以及造渣剂混合均匀后分期加入电弧炉内，依次进行铝热还原反应进行冶炼；冶炼完毕后清渣、精整破碎，即可得到钒铝合金。CN102154569A公开了一种钒铝合金制备方法，以五氧化二钒和金属铝为原料，于反应装置中点火还原制得钒铝合金和炉渣；反应装置进料时采用连续给料的方式，进料速度5-40kg/min。上述方法由于成本低、过程可控性好等特点而被广泛应用于钒铝合金冶炼，但是反应过程中反应炉内的温度达到1800℃以上，钒铝合金在生产过程中处于高温液态的时间较短，导致反应过程中合金液温度不均匀，局部反应不完全，而且合金与反应中生成的Al2O3渣的密度差较小，使得反应完成后渣与合金难以完全分离，由此而造成钒回收率有限，合金成分不均匀，偏析缺陷和杂质含量较多等诸多缺点，所得产品质量稳定性差，回收率低，难以满足制备高性能钒铝合金材料的要求。
技术实现思路
鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种超声波冶炼还原装置及冶炼钒铝合金的方法，使得电铝热还原生产过程中形成均匀的反应温度场，有利于反应均匀进行，同时实现了合金和渣的彻底分离，最大限度降低了杂质对合金的影响，并且促进了合金元素进一步均匀化及晶粒细化，提高钒铝合金性能及A级品率，降低生产成本，提高了综合经济效益。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种超声波冶炼还原装置，所述装置包括：反应器1、超声波发生器2以及加热装置3，所述超声波发生器2设置于反应器1底部，所述加热装置3环绕设置于反应器1外侧壁。根据本专利技术，所述加热装置3外设置有保温层4，保温层4选用本领域常用的保温材料即可，本专利技术对其不做特殊限定。根据本专利技术，所述加热装置3为电磁感应加热装置。根据本专利技术，所述反应器1顶部设置有排气装置5。根据本专利技术，所述排气装置5上设置有排气阀。本专利技术所述反应器1可以和整个装置自由分离，以便后续进行拆炉扒合金锭。本专利技术所述反应器1为可以为本领域冶炼合金时常用的反应容器，例如可以为反应炉、反应坩埚等，但非仅限于此，本专利技术对其种类不做特殊限定。第二方面，本专利技术提供了一种超声波冶炼钒铝合金的方法，利用的超声波冶炼还原装置进行冶炼，所述方法包括以下步骤：(1)将钒源、铝源以及造渣剂进行混料；(2)将步骤(1)得到的混合料加入经过预热的反应器(1)中，通电利用电磁感应加热装置(3)点火进行反应，反应过程中开启超声波发生器(2)进行超声处理，反应完成后继续超声处理，使合金与渣充分分离；(3)自然冷却后，进行拆炉扒合金锭，将反应器(1)取出，合金在反应器(1)底部，渣在反应器(1)上部，除渣后得到钒铝合金。根据本专利技术，步骤(1)所述钒源为V2O5和V2O3，添加三氧化钒的目的是为了防止冶炼过程造成大量的喷溅。根据本专利技术，上述V2O5和V2O3的质量比为(1-3):1，例如可以是1:1、1.5:1、2:1、2.5:1或3:1，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。本专利技术所述铝源优选为铝粒或铝片，将铝源以铝粒或铝片的方式加入能够增大反应物的接触面积，更有利于还原反应进行；反应炉内的表面加入一定量的铝粒，还能够起到连结通电的作用。根据本专利技术，步骤(1)所述造渣剂为氟化钙，氟化钙能降低渣相的熔点和粘度，提高渣-合金的分离效果。根据本专利技术，所述氟化钙的添加量为混合料总质量的3-10％，例如可以是3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。本专利技术对钒源和铝粒的配比不做具体限定，应根据所制备的钒铝合金的组分进行具体选择。根据本专利技术，步骤(2)所述预热的温度为150℃。根据本专利技术，步骤(2)所述点火为加热至260℃以上，通过电磁感应加热进行点火以后，反应开始后停止给电进行自发的放热反应，直到反应完全。根据本专利技术，步骤(2)所述超声处理的功率为500-2000W，例如可以是500W、800W、1000W、1200W、1500W、1800W或2000W，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，步骤(2)所述反应完成后超声处理的时间为10-120min，例如可以是10min、30min、50min、80min、100min或120min，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。作为优选的技术方案，所述超声波冶炼钒铝合金的方法包括以下步骤：(1)将V2O5、V2O3、铝源以及氟化钙进行混料，所述V2O5和V2O3的质量比为(1-3):1，所述氟化钙的添加量为混合料总质量的3-10％；(2)将步骤(1)得到的混合料加入预热至150℃的反应器(1)中，通电利用电磁感应加热装置(3)点火至260℃以上自发进行反应，反应过程中开启超声波发生器(2)进行超声处理，控制功率为500-2000W，反应完成后继续超声处理10-120min，使合金与渣充分分离；(3)自然冷却后，进行拆炉扒合金锭，将反应器(1)取出，合金在反应器(1)底部，渣在反应器(1)上部，除渣后得到钒铝合金。本专利技术制备得到钒铝合金锭后，还需进行后续处理以得到合格产品，所述后续处理的方法为：将所得钒铝合金锭打磨表面处理后，然后进行破碎、筛分，再经过人工挑捡，把表面有氧化和有气孔的挑出来，余下的即为高纯钒铝合金锭。与现有技术方案相比，本专利技术至少具有以下有益效果：(1)本专利技术通过对冶炼反应装置加装超声波发生器，在反应过程中进行超声波处理能够形成均匀的反应温度场，使得反应均匀进行，反应结束后继续进行超声波处理，能够促使合金和渣彻底分离，最大限度降低了杂质对合金的影响。(2)本专利技术通过对合金液进行超声处理，能够减少因凝固过程形成的缩孔和气孔，同时促进合金元素进一步均匀化及晶粒细化，消除了偏析缺陷，提高钒铝合金性能及A级品率，得到性能优异的合金产品。(3)本专利技术利用电磁感应加热装置进行点火，优点是温度场均匀、点火迅速、不会带进杂质。(4)本专利技术通过冶炼反应装置结构进行优化，使得合金锭与渣分离完本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声波冶炼还原装置，其特征在于，所述装置包括：反应器(1)、超声波发生器(2)以及加热装置(3)，所述超声波发生器(2)设置于反应器(1)底部，所述加热装置(3)环绕设置于反应器(1)外侧壁。

【技术特征摘要】
1.一种超声波冶炼还原装置，其特征在于，所述装置包括：反应器(1)、超声波发生器(2)以及加热装置(3)，所述超声波发生器(2)设置于反应器(1)底部，所述加热装置(3)环绕设置于反应器(1)外侧壁。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加热装置(3)外设置有保温层(4)。3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述加热装置(3)为电磁感应加热装置。4.如权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，所述反应器(1)顶部设置有排气装置(5)。5.如权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，所述排气装置(5)上设置有排气阀。6.一种超声波冶炼钒铝合金的方法，其特征在于，使用权利要求1-5任一项所述的超声波冶炼还原装置进行冶炼，所述方法包括以下步骤：(1)将钒源、铝源以及造渣剂进行混料；(2)将步骤(1)得到的混合料加入经过预热的反应器(1)中，通电利用电磁感应加热装置(3)点火进行反应，反应过程中开启超声波发生器(2)进行超声处理，反应完成后继续超声处理，使合金与渣充分分离；(3)自然冷却后，进行拆炉扒合金锭，将反应器(1)取出，合金在反应器(1)底部，渣在反应器(1)上部，除渣后得到钒铝合金。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述钒...

【专利技术属性】
技术研发人员：王娜，吴春亮，陈华，张娜，白瑞国，李九江，董智慧，
申请(专利权)人：河钢股份有限公司承德分公司，
类型：发明
国别省市：河北,13