一步法生产钒铝合金的方法技术

本发明专利技术涉及钒冶金领域领域，公开了一步法生产钒铝合金的方法。该方法包括：(1)提供石墨坩埚冶炼炉；(2)向石墨坩埚冶炼炉炉体底部铺入内衬材料，然后在冶炼炉炉体中部放置铝箔垫圈，接着填充内衬材料得到钒铝合金冶炼炉；(3)将五氧化二钒按照重量平均分为N份，将N份五氧化二钒物料依次与N份铝粒以及N份热量调控剂混匀，获得第1份至第N份混合料；(4)引燃第1份混合料，待第1份混合料开始铝热反应后，依次加入第2份至第N份混合料；(5)反应结束后进行静置、冷却、拆炉、破碎、打磨和挑选得到成品钒铝合金。本发明专利技术实现了钒铝合金的一步法冶炼生产，提高了产品质量，降低了生产成本。降低了生产成本。降低了生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一步法生产钒铝合金的方法


[0001]本专利技术涉及钒冶金领域，具体涉及一步法生产钒铝合金的方法。

技术介绍

[0002]钒铝合金是钛合金的重要添加剂，其可改善钛合金的强度、韧性、成形性、耐腐蚀、耐高温等性能。添加钒铝合金后生产的高性能钛合金可用于生产喷气发动机、高速飞行器骨架、火箭发动机机壳、滑翔机、汽车发动机系统、汽车底盘部件、高尔夫球杆和医疗器材等产品。随着我国经济的迅速发展和人民消费水平的不断提升，我国的国防实力、宇航实力显著增强，应用于民用工业、航空航天等高端领域的高质量钛合金出现了大幅度的增长势头。
[0003]国内钒铝合金主要铝热自蔓延工艺进行生产，冶炼通常采用刚玉干打结炉、镁砂打结炉、石墨坩埚等作为反应容器，将氧化钒、铝粒、添加剂等物料混合后加入炉内，再从上部点火进行反应，反应结束后在空气中冷却后拆炉、破碎、精整得到钒铝合金产品。专利申请CN 201520341731.2“一种铝合金制品冷却装置”该冷却装置可以排走有害烟雾和收集冷却时产生的废水。装置通过冷却水带走热量，操作简单，使用方便，适用于铝合金制品加工过程中的冷却。专利申请CN 201510075546.8“钒铝合金及其制备方法”涉及一种钒铝合金的制备方法，包括以下步骤：以五氧化二钒和铝为原料，点火进行还原反应，即可制得钒铝合金；以整个内壁涂有电熔镁火泥的带孔的盖子的石墨坩埚作为冶炼炉。专利申请CN 201710561632.9“一种钒铝合金的制备方法”涉及一种钒铝合金的制备方法，提供了一种工艺简单、成本低廉、杂质易于控制且含量低的钒铝合金的制备方法，该方法包括以下步骤：取适当氧钒摩尔比的含钒氧化物和铝粉，置于反应炉内，经点火剂点火进行铝热还原反应，得到钒铝合金。专利申请CN 201810228430.7“一种钒铝合金的生产方法”提供了一种提高钒铝合金成品率和质量、降低钒铝合金杂质含量，并扩大其生产规模、降低成本的生产方法，包括：向带有钻孔盖子的石墨坩埚中加入首批五氧化二钒和铝，点火进行铝热还原反应，反应完全后，依次加入后续批次五氧化二钒和铝，分别进行铝热还原反应，直至五氧化二钒和铝全部加入并反应完全，渣金分离，得钒铝合金。专利申请CN 201911144319.0“一种钒铝合金的制备方法以及反应器”提供了一种钒铝合金的制备方法以及反应器，制备方法包括：1)将钒源、铝源和造渣剂混合，得到混合物料；2)对混合物料进行加热，得到反应产物；3)在抽真空或通入保护性气体的条件下，对反应产物进行冷却，得到所述钒铝合金。专利CN110129595B“提高AlV55钒铝合金成品率的方法”提供了一种提高了一种提高钒铝合金成品率的方法以及一种反应器，包括：a.将V2O5、金属Al和AlV55碎合金称量后装入料罐中混合；b.将混好的物料倒入反应器，进行铝热还原冶炼；c.经喷砂破碎处理得到AlV55钒铝合金成品。专利申请CN 201710364271.9“一种钒铝合金成品的除杂质处理方法”提供了一种钒铝合金的处理方法，包括：a、去除钒铝合金锭表面的大块状夹渣；b、对钒铝合金锭喷砂处理；c、将钒铝合金锭破碎；d、将含有氧化膜的合金块和不含氧化膜的合金块分离开来，将完全不含氧化膜的合金块破碎；e、含有氧化膜的合金块进行二次喷砂处理。专利申请CN 2013107420790“一种防止钒铝合金偏析的制备方法”提供了一种钒铝合金的制备方法，包
括：1)将铝钒中间合金进行熔炼；2)每隔20分钟对熔炉中熔体搅拌一次，共搅拌3次以上；3)取样分析熔体的化学成分；4)分析合格后，将熔体边搅拌边导入静置炉，用氮气将粉末精炼剂吹入熔体中作精炼处理；5)精炼后静置，立即铸造。
[0004]采用上述生产钒铝合金存在以下突出问题：1)刚玉或镁砂打结炉保温性好，降温缓慢，且刚玉或镁砂中O向还原性熔体中扩散导致钒铝合金氧化氮化严重；2)由于钒铝合金是无限互溶固熔体，熔体中主要物种V、Al存在密度差异，在重力作用下密度较大的V在合金熔体中沉降速度比密度较小的Al使得钒铝合金锭中呈现“钒上低下高、铝上高下低”的偏析现象，通常重力偏析导致钒铝合金锭中V含量和Al含量上下差异达到2％
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4％，采用现有的冶炼工艺条件下尚不能有效控制重力沉降差异造成的钒铝合金化学成分偏析；3)将物料全部一次加入炉体后再通过上部点火冶炼钒铝合金存在喷溅现象，降低了冶炼收率。
[0005]目前国内钒铝合金行业普遍存在杂质含量高、成分偏析大等问题，而在高端领域对钒铝的成分偏析、杂质含量具有极其严格的要求。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的钒铝合金遍存在杂质含量高、成分偏析大等问题，提供一步法生产钒铝合金的方法，该方法设置了钒铝冶炼专用石墨坩埚、内衬材料，以及通过采用梯度配铝控制偏析、热量调控、连续加料、保护冷却等成套技术方法，实现了高质量钒铝合金的一步法冶炼生产，提高了产品质量，降低了生产成本。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供一种一步法生产钒铝合金的方法，该方法包括以下步骤：
[0008](1)提供石墨坩埚冶炼炉：所述石墨坩埚冶炼炉包括由下至上依次可拆卸连接的石墨坩埚底座、第一石墨坩埚和第二石墨坩埚；所述石墨坩埚底座为凸型圆柱体结构；所述第一石墨坩埚包括两个相同的空心半圆柱体，每个所述空心半圆柱体的两侧边具有台阶型咬合部，且两个所述半圆柱体通过其台阶型咬合部可首尾咬合拼接成一个空心圆柱体结构；所述第二石墨坩埚为空心圆柱体结构；
[0009](2)向步骤(1)的所述石墨坩埚冶炼炉炉体底部铺入内衬材料，并将所述内衬材料振动至平整紧实，然后在所述石墨坩埚冶炼炉炉体中部放置铝箔垫圈，所述铝箔垫圈的直径比所述石墨坩埚冶炼炉炉体的内直径小20
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35mm，接着在所述石墨坩埚冶炼炉炉体与所述铝箔垫圈形成的间隙内填充所述内衬材料，得到钒铝合金冶炼炉；
[0010](3)将五氧化二钒按照重量平均分为N份，按下列要求依次称取N份铝粒，铝粒重量要求包括：第1份铝粒重量为理论值的q倍，第N份铝粒重量为理论值的2
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q倍，第k份铝粒重量为理论值的倍，1＜k＜N，且k为整数，1.14≤q≤1.18；将N份五氧化二钒物料依次与N份铝粒以及N份热量调控剂混匀，获得第1份混合料、第2份混合料、第3份混合料至第N份混合料，并控制第1份混合料、第2份混合料至第份混合料的单位炉料热量为3000
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3200kJ/kg，第份混合料、第份混合料至第份混合料的单位炉料热量为
3200
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3300kJ/kg，第份混合料、第份混合料至第N分混合料的单位炉料热量为3300
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3400kJ/kg；
[0011](4)将步骤(3)得到的第1份混合料铺于步骤(2)得到的钒铝合金冶炼炉炉底，然后点火并引燃第1份混合料，待第1份混合料开始进行铝热反应后，采用连续加料的方式依次加入第2份混合料、第3份混合料至第N份混合料；
[0012](5)铝热反应结束后进行静置，然后推入真空室内，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一步法生产钒铝合金的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)提供石墨坩埚冶炼炉(4)：所述石墨坩埚冶炼炉(4)包括由下至上依次可拆卸连接的石墨坩埚底座(1)、第一石墨坩埚(2)和第二石墨坩埚(3)；所述石墨坩埚底座(1)为凸型圆柱体结构；所述第一石墨坩埚(2)包括两个相同的空心半圆柱体，每个所述空心半圆柱体的两侧边具有台阶型咬合部，且两个所述半圆柱体通过其台阶型咬合部可首尾咬合拼接成一个空心圆柱体结构；所述第二石墨坩埚(3)为空心圆柱体结构；(2)向步骤(1)的所述石墨坩埚冶炼炉(4)炉体底部铺入内衬材料，并将所述内衬材料振动至平整紧实，然后在所述石墨坩埚冶炼炉(4)炉体中部放置铝箔垫圈(5)，所述铝箔垫圈(5)的直径比所述石墨坩埚冶炼炉(4)炉体的内直径小20
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35mm，接着在所述石墨坩埚冶炼炉(4)炉体与所述铝箔垫圈(5)形成的间隙内填充所述内衬材料，得到钒铝合金冶炼炉；(3)将五氧化二钒按照重量平均分为N份，按下列要求依次称取N份铝粒，铝粒重量要求包括：第1份铝粒重量为理论值的q倍，第N份铝粒重量为理论值的2
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q倍，第k份铝粒重量为理论值的倍，1＜k＜N，且k为整数，1.14≤q≤1.18；将N份五氧化二钒物料依次与N份铝粒以及N份热量调控剂混匀，获得第1份混合料、第2份混合料、第3份混合料至第N份混合料，并控制第1份混合料、第2份混合料至第份混合料的单位炉料热量为3000
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3200kJ/kg，第份混合料、第份混合料至第份混合料的单位炉料热量为3200
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3300kJ/kg，第份混合料、第份混合料至第N份混合料的单位炉料热量为3300
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3400kJ/kg；(4)将步骤(3)得到的第1份混合料铺于步骤(2)得到的钒铝合金冶炼炉炉底，然后点火并引燃第1份混合料，待第1份混合料开始进行铝热反应后，采用连续加料的方式依次加入第2份混合料、第3份混合料至第N份混合料；(5)铝热反应结束后进行静置，然后推入真空室内，向真空室内通氩气进行冷却，接着依次进行拆炉、破碎、打磨和挑选得到成品钒铝合金；其中，在步骤(2)中，所述内衬材料含有钒铝合金粉，所述钒铝合金粉的化学组成包括43
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76重量％的V和24
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57重量％的Al；在步骤(3)中，所述热量调控剂为石灰和/或氯酸钾。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，一个侧边的台阶型咬合部具有内侧凹陷部和外侧凸起部，另一个侧边的台阶型咬合部具有内侧凸起部和外侧凹陷部；优选地，所述石墨坩埚底座(1)的顶面半径与所述第一石墨坩埚(2)的内半径和所述第二石墨坩埚(3)的内半径相同，且所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：师启华，陈海军，尹丹凤，高雷章，
申请(专利权)人：攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：