CN102134657A - 一种钒铝合金制备工艺优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钒铝合金制备工艺优化方法，该方法包括以下步骤：首先将五氧化二钒、铝粉、石灰、萤石等物料按照入炉粒度要求进行破碎加工，然后将破碎后的物料进行烘烤，做脱水、排除易挥发物质加工处理，再将烘烤后的物料进行配料，之后将配好的物料全部倒入混料筒内，实施混料，物料充分混匀后，全部投入到反应熔炉中实施冶炼过程，冶炼结束后，进行静置沉淀，然后实施浇铸，最后进行抛丸精整、取样、质检。本发明可有效提高金属回收率、降低成本、减少合金杂质含量、提高合金质量。
Description
技术领域
本发明涉及金属的制备工艺，具体地说是一种钒铝合金制备工艺。
背景技术
随着冶金技术的不断延伸发展，钒的应用也得到了不断扩展，目前除大量生产钒铁、高钒铁和氮化钒，作为钢材的合金剂和微处理剂，提高钢的质量外，还有一些含钒的复合合金产品，如钒硅合金、钒硅钙合金、钒锰合金、钒钛合金等，以及非铁基含钒合金、钒碳合金等，在行业技术领域当中均得到了广泛有效应用。另外，随着航天航空工业的发展，钒也是作为钛合金产品制备的主要原料之一，即：钒铝合金产品。而且，随着钒铝合金中钒含量的提高，其产品性能在该领域当中也得到了不同的应用，如：V 55-Al 45、V 65-Al35、V 85-Al 15不同牌号产品。现在的钒铝合金制备工艺电损大、气体元素含量高、有害杂质过多、反应过程不稳定容易出现喷溅导致损失过大、金属回收率低成本较高。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种钒铝合金制备工艺优化方法，该制备方法可有效提高金属回收率、降低成本、减少合金杂质含量、提高合金质量。
为实现上述目的，本发明的技术方案为一种钒铝合金制备工艺优化方法，包括以下步骤：
(1)将五氧化二钒、铝粉、石灰、及萤石分别进行破碎加工；
(2)将破碎后的物料进行烘烤，做脱水、排除易挥发物质加工处理，烘烤设定温度为350℃±20℃，烘烤时间为24～30小时；
(3)将烘烤后的物料进行配料，其中石灰配入量占铝粉配入量的16～23％，萤石配入量占铝粉配入量的10～15％；
(4)将配好的物料全部倒入混料筒内，实施混料，其中物料带有基础温度，基础温度为150℃以下，混料时间为15分钟以上，直至物料充分混匀；
(5)为了保障合金溶液顺利浇铸和浇铸实施安全，应对其浇铸模具实施烘烤处理，烘烤温度为600℃±20℃，烘烤时间为5～8小时；
(6)将充分混匀的物料投入熔炼炉内并捣实，然后进行冶炼，此时物料基础温度为100℃±20℃；
(7)冶炼结束后，进行静置沉淀，待液态合金与渣液沉淀后，打开浇铸口，使液态合金注入模具中，实施浇铸；
(8)待液态合金注入完成后，自然冷却16～20小时；
(9)待步骤(8)完成后打开模具，将已分层的上部渣锭区分，取出合金毛胚锭，然后将其初整、去除表面残留余渣，然后进行抛丸精整；
(10)将精整过的合金进行取样、质检，最后按照产品粒度要求，将合金进行破碎，包装入库。
所述步骤(7)中渣液冷却后形成炉渣，所述步骤(9)中合金毛胚锭精整后残留有合金沫，所述炉渣和/或合金沫作为反炉料加入所述步骤(1)中，这样可以提高金属的回收利用率、降低生产的成本。
在冶炼反应过程中，五氧化二钒被铝还原，生成钒金属；由于所需生产的产品为钒铝合金产品，产品中含有大量的铝，因此，在配料过程中还需根据所需产品的铝含量要求，配入大量铝进入。配入适当的氧化钙和萤石作为造渣剂，主要是为了与反应生成的Al2O3等化合物形成低熔点、比重轻的渣，便于合金与渣的彻底分离条件和调整炉料反应强度。另外，根据炉料反应强度激烈程度，可配入适当的返炉料，调整反应激烈强度。
在整个工艺中有以下影响因素：
1、原料影响因素
采用铝热还原法冶炼生产钒铝合金产品，原料的质量要求是控制产品质量的关键，生产合格的钒铝合金产品，入炉原料必须选用高纯原料，否则会直接影响到产品的质量达标程度。
因为我们所采用的铝热还原法工艺冶炼生产钒铝合金，属典型金属置换反应的金属热还原法生产工艺。所选择的还原剂为金属铝，氧化钒用铝还原反应可用下列反应方程式表示：
2/5V2O5+4/3Al＝4/5V+2/3Al2O3 ΔG°＝-54007+87.8T
2/3V2O3+4/3Al＝4/3V+2/3Al2O3 ΔG°＝-319453+63.9T
上述反应的ΔG°值均较大，均为强烈放热反应，使得整个金属置换反应能够充分反应进行。但是，由于生产钒铝合金的主要原料是氧化钒，其原料当中存在其它金属氧化物，根据金属氧化物的标准形成自由能情况来看，所有在铝的氧化物Al2O3之上所存在的金属氧化物(见表1所示)在反应过程中将全部被置换还原，并且出现在生成物金属相中。而我们所要生产的产品的质量要求比较高，将部分金属元素视为有害元素，该些金属氧化物的被还原，将对生产产品的质量构成了直接危害，使得产品质量达不到要求。
表1氧化物每克原子氧的生成自由能
| 氧化物 | -ΔH298°(千卡/克原子氧) |
| MoO3 | 54.0 |
| FeO | 58.6 |
| WO3 | 60.8 |
| V2O5 | 68.2 |
| K2O | 76.3 |
| Cr2O3 | 84.1 |
| Nb2O5 | 84.6 |
| Na2O | 89.9 |
| Ta2O5 | 93.3 |
| SiO2 | 98.3 |
| TiO2 | 106.2 |
| ZrO2 | 123.5 |
| Al2O3 | 126.0 |
| MgO | 136.0 |
| BeO | 136.1 |
| Li2O | 139.5 |
| CaO | 143.0 |
因此，我们针对该工艺的特点，对入炉原料的质量提出了相关要求，具体情况如下：
五氧化二钒主要成分要求为：V2O5≥99.5％，P≤0.01％，C≤0.01％，S≤0.02％，Pb≤0.01％，Mo≤0.01％，K≤0.1％，Na≤0.1％，B≤0.001％，W≤0.006％，Fe≤0.01％，Cu≤0.01％，Si≤0.04％，Ni≤0.002％，Mn≤0.02％，Mg≤0.04％，Cr≤0.01％，Y≤0.001％，其它微量元素≤0.1％；
铝粉主要成分要求为：Al≥99.6％，Fe≤0.15％，Si≤0.20％，Cu≤0.02％，P≤0.03％；
萤石主要成分要求为：CaF2≥98.0％，S≤0.02％，C≤0.03％，SiO2≤1.6％，P≤0.03％，H2O＜0.1％，Fe2O3≤0.22％；
石灰主要成分要求为：CaO≥92.0％，SiO2≤2.0％，P≤0.01％，S≤0.05％，C≤0.8％，生烧率+过烧率≤5.2％。
返炉料主要成分要求为：自产炉渣或产品合金沫。
2、炉料单位热效应的影响
为了促使整个冶炼反应能够顺利进行，和得到钒金属的充分还原，炉料必须保障足够的炉料单位热量，才能使合金溶液很好的通过熔渣层沉淀到下部，达到最佳合金溶液和熔渣的分离状态，同时，提高钒金属的回收率。故此在炉料配料过程中，掌握炉料反应单位热量的合理配热，也是十分重要的。炉料单位热量配高会出现反应过激，喷溅损失过大，金属烧损过大，影响金属回收率。反之，炉料单位热量配低，会出现反应不彻底，出现闷炉现象，同样导致金属回收率降低。通过探索得出单位热效应与钒金属的还原率存在着密切关系。如图所示，最佳的炉料单位热效应为3100～3300KJ/Kg，为了更加有效地提高炉料反应收得效率，在炉料烘烤脱水过程中，可相应地提高炉料物料热，一般炉料可带100℃基础温入炉(如图2所示)。
3、炉料粒度的影响
炉料的粒度粗、细控制对反应过程的顺利进行，有着十分重要的作用。适当粒度的炉料配比，在混料过程中物料容易混合均匀，促使炉料反应，使炉料热量可在短时间内瞬间集中放出，充分提高还原剂的利用率，提高回收率。当然，炉料的粒度过细也是不行的，过细的炉料在操作和反应过程中，易造成粉尘飞扬和反应过激出现喷溅现象，造成损失过大，降低金属回收率，反应过于激烈，也会发生突发安全事故，粉尘飞扬也会污染现场环境，恶化生产劳动条件，对操作人员身体造成伤害。相反，如果炉料粒度过粗或粗细比例过大，也会起到反作用，导致混料不均匀，炉料热量消耗过大，不能充分、均匀反应，反应忽强忽弱，也会降低金属回收率。
通过实验证明，入炉原料的粒度控制合适配比，一般情况控制在以下范围内，比较合适，具体情况如下：
五氧化二钒：0.1～3mm≥90％，其中0.5～3mm≥80％，粒度小于0.5mm的量在10％以内，粒度大于3mm的量在10％以内；
铝粉：0.1～3mm≥90％，其中0.5～3mm≥80％，粒度小于0.5mm的量在10％以内，粒度大于3mm的量在10％以内；
石灰：0.1～3mm≥90％，粒度大于3mm的量在5％以内；
萤石：0.1～3mm≥90％，粒度大于3mm的量在5％以内；
返炉料：0.1～3mm≥90％，粒度大于3mm的量在5％以内。
4、石灰、萤石的影响
氧化钒与铝的反应过程中会放出大量的反应热量，为了缓解反应过程中激烈程度，在配料过程中有意识地加入石灰和萤石，石灰和萤石的适当加入，可以起到降低炉渣的熔点，改善炉渣渣性，提高渣液流动性，促使渣中金属合金珠的沉降，提高金属回收率，和达到渣与合金的分离效果。当然，过多地加入也会造成相反作用，给整个还原反应过程带来副作用。如：石灰的过多加入，在一定的条件状态下，CaO与V2O5容易结合生成CaO·V2O5，而降低V2O5的活性，降低了钒金属的还原率；同时，也会吸收大量热量，破坏了炉料热量平衡，降低炉料的反应热量效果，而造成炉渣中碱度降低，炉渣粘稠度过稠，金属合金珠沉降困难，降低金属回收率。同样，萤石的配入，也是为了调稀炉渣，便于合金沉淀。
通过实验证明，石灰和萤石的配入，一般控制在：石灰配入量占铝粉配入量的16～23％，萤石配入量占铝粉配入量的10～15％，比较合适。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、便于钛合金产品的制备。可根据制备钛合金的需求，生产符合其质量的不同牌号的钒铝合金；钒铝合金的熔点比单质金属钒的熔点低(钒铝合金的熔点为V 55-Al 45 1680℃(±50℃)、V 65-Al 35 1750℃(±50℃)，金属钒的熔点为1910℃。)，在制备钛合金生产过程中电流容易控制，减少了电损，成本低；
2、有效控制了合金产品中气体含量，比一般工艺制得的合金产品O↑、N↑含量要低，其O↑低于0.1％以下；
3、产品生产工艺简单、易实行，不需特殊熔炼设备，操作容易，冶炼反应过程平缓，避免了喷溅、减少了金属损耗；
4、产品质量易控制，杜绝了由于生产设备辅助材料所带入有害物质，如：石墨坩埚的C元素的渗入，或是氧化镁制的坩埚、砖炉渗Si元素现象；
5、产品生产成本低，金属回收率高，一般可以达到95％以上。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为炉料单位热量与钒的回收率的关系曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例一：
1、钒铝合金冶炼生产原料
五氧化二钒：V2O599.5％，P0.01％，C0.01％，S0.02％，Pb0.01％，Mo0.01％，K0.1％，Na0.1％，B0.001％，W0.006％，Fe0.01％，Cu0.01％，Si0.04％，Ni0.002％，Mn0.02％，Mg0.04％，Cr0.01％，Y0.001％，其它微量元素0.1％
铝粉：Al99.6％，Fe0.15％，Si0.20％，Cu0.02％，P0.03％
萤石：CaF298.0％，S0.02％，C0.03％，SiO21.6％，P0.03％，H2O0.1％，Fe2O30.22％
石灰：CaO92.0％，SiO22.0％，P0.01％，S0.05％，C0.8％，石灰的生烧率+过烧率5.14％
2、配料预设条件：
预炼制含V58％、Al41％余量为杂质的钒铝合金，五氧化二钒使用量为15kg/炉；参与反应铝粉配入量按5％过量配入，合金中余量Al配入铝粉烧损量为6％；炉料单位放热值为3250KJ/Kg石灰、萤石配入量：石灰配入量占铝粉总量16％，萤石配入量占铝粉总量10％。
3、根据配料设置，进行精确配料计算
(1)15kg五氧化二钒可产出合金量
15×99.5％×95％×0.5604÷58％≈13.70kg
(2)参与反应耗铝粉量
15×99.5％×27÷54.6÷99.6％×105％≈7.781kg
(3)合金中Al含量为41％，应配入铝粉量
13.70×41％÷99.6％×106％≈5.977kg
(4)铝粉配入总量
7.781+5.977≈13.8kg
(5)石灰、萤石配入量
石灰13.8×13％≈1.8kg
萤石13.8×8.7％≈1.2kg
(6)炉料组成
五氧化二钒15kg；铝粉13.7kg；石灰1.8kg；萤石1.2kg；合计：31.7kg。
(7)炉料单位热值
炉料总放热值(15×99.5％+7.781×99.6％)×4542≈102989.29KJ
炉料单位热值102989.29÷31.7≈3248.87KJ/kg
4、冶炼操作步骤：
(1)将五氧化二钒、铝粉、石灰、及萤石分别进行破碎加工至符合入炉粒度要求，入炉粒度要求如下：
五氧化二钒：0.1～3mm＝90％，其中0.5～3mm＝80％，粒度小于0.5mm的量为10％，粒度大于3mm的量为10％；
铝粉：0.1～3mm＝90％，其中0.5～3mm＝80％，粒度小于0.5mm的量为10％，粒度大于3mm的量为10％；
石灰：0.1～3mm＝90％，粒度大于3mm的量为5％，粒度小于0.1mm的量为5％；
萤石：0.1～3mm＝90％，粒度大于3mm的量为5％，粒度小于0.1mm的量为5％。
(2)将破碎后的物料进行烘烤，做脱水、排除易挥发物质加工处理，烘烤设定温度为340℃，烘烤时间为24小时；
(3)将烘烤后的物料进行配料，其中石灰配入量占铝粉配入量的16～23％，萤石配入量占铝粉配入量的10～15％；
(4)将配好的物料全部倒入混料筒内，实施混料，混料时间为15分钟以上，直至物料充分混匀；
(5)为了保障合金溶液顺利浇铸和浇铸实施安全，应对其浇铸模具实施烘烤处理，烘烤设定温度为600℃±5℃，烘烤时间为6小时；
(6)将混合均匀物料(基础温度85℃)投入熔炼炉内并捣实，然后进行冶炼；
(7)冶炼结束后，进行静置沉淀，待液态合金与渣液基本沉淀后，打开浇铸口，使液态合金注入模具中，实施浇铸；
(8)待液态合金注入完成后，自然冷却18小时；
(9)待步骤(8)完成后打开模具，将已分层的上部渣锭区分，取出合金毛胚锭，然后将其初整、去除表面残留余渣，然后进行抛丸精整；
(10)将精整过的合金进行取样、质检，最后按照产品粒度要求，将合金进行破碎，包装入库。
最终产品数据如表2所示：
表2
实施例二：
1、钒铝合金冶炼生产原料
五氧化二钒：V2O599.505％，P0.009％，C0.009％，S0.018％，Pb0.009％，Mo0.01％，K 0.1％，Na0.1％，B0.001％，W0.006％，Fe0.01％，Cu0.01％，Si0.04％，Ni0.002％，Mn0.02％，Mg0.04％，Cr0.01％，Y0.001％，其它微量元素0.1％
铝粉：Al99.68％，Fe0.1％，Si0.17％，Cu0.02％，P0.03％
萤石：CaF298.22％，S0.02％，C0.03％，SiO21.4％，P0.03％，H2O0.1％，Fe2O30.20％
石灰：CaO92.0％，SiO22.0％，P0.01％，S0.04％，C0.75％，石灰的生烧率+过烧率5.2％
反炉料：炉渣。
2、配料预设条件：
预炼制含V65％、Al34％余量为杂质的钒铝合金，五氧化二钒使用量为20kg/炉；参与反应铝粉配入量按6％过量配入，合金中余量Al配入铝粉烧损量为7％；炉料单位放热值为3200KJ/Kg；石灰、萤石配入量：石灰配入量占铝粉配入总量23％，萤石配入量占铝粉配入总量15％，返炉渣配入量占铝粉配入总量4％。
3、根据配料设置，进行精确配料计算
(1)20kg五氧化二钒可产出合金量
20×99.505％×95％×0.5604÷65％≈16.300kg
(2)参与反应耗铝粉量
20×99.68％×27÷54.6÷99.68％×106％≈10.321kg
(3)合金中Al含量为34％，应配入铝粉量
16.300×34％÷99.68％×107％≈5.893kg
(4)铝粉配入总量
10.321+5.893≈16.2kg
(5)石灰、萤石配入量
石灰16.2×23％≈3.7kg
萤石16.2×15％≈2.4kg
返炉渣16.2×4％≈0.65kg
(6)炉料组成
五氧化二钒20kg；铝粉16.3kg；石灰3.7kg；萤石2.4kg；返炉渣0.65kg；合计：43.05kg。
(7)炉料单位热值
炉料总放热值(20×99.505％+10.321×99.68％)×4542≈137118.3KJ
炉料单位热值137118.3÷43.05≈3185.09KJ/kg
4、冶炼操作步骤：
(1)将五氧化二钒、铝粉、石灰、及萤石分别进行破碎加工至符合入炉粒度要求，入炉粒度要求如下：
五氧化二钒：0.1～3mm＝95％，其中0.5～3mm＝86％，粒度小于0.5mm的量为9％，粒度大于3mm的量为5％；
铝粉：0.1～3mm＝93％，其中0.5～3mm＝85％，粒度小于0.5mm的量为8％，粒度大于3mm的量为7％；
石灰：0.1～3mm＝94％，粒度大于3mm的量为3％，粒度小于0.1mm的量为3％；
萤石：0.1～3mm＝92％，粒度大于3mm的量为1％，粒度小于0.1mm的量为7％；
返炉料：0.1～3mm＝90％，粒度大于3mm的量为5％，粒度小于0.1mm的量为5％。
(2)将破碎后的物料进行烘烤，做脱水、排除易挥发物质加工处理，烘烤温度为350℃±10℃，烘烤时间为26小时；
(3)将烘烤后的物料进行配料，其中石灰配入量占铝粉配入量的16～23％，萤石配入量占铝粉配入量的10～15％；
(4)将配好的物料全部倒入混料筒内，实施混料，混料时间为15分钟以上，直至物料充分混匀；
(5)为了保障合金溶液顺利浇铸和浇铸实施安全，应对其浇铸模具实施烘烤处理，烘烤温度为600℃±5℃，烘烤时间为6小时；
(6)将混合均匀物料(基础温度93℃)投入熔炼炉内并捣实，然后进行冶炼；
(7)冶炼结束后，进行静置沉淀，待液态合金与渣液基本沉淀后，打开浇铸口，使液态合金注入模具中，实施浇铸；
(8)待液态合金注入完成后，自然冷却18小时；
(9)待步骤(8)完成后打开模具，将已分层的上部渣锭区分，取出合金毛胚锭，然后将其初整、去除表面残留余渣，然后进行抛丸精整；
(10)将精整过的合金进行取样、质检，最后按照产品粒度要求，将合金进行破碎，包装入库。
最终产品数据如表3所示：
表3
实施例三：
1、钒铝合金冶炼生产原料
五氧化二钒V2O5 99.79％；P 0.01％；C 0.0083％；S 0.02％；Pb 0.01％；Mo0.0015％；K 0.013％；Na 0.018％；B 0.002％；W 0.002％；Fe 0.015％；Cu0.0032％；Si 0.034％；Ni 0.009％；Mn 0.014％；Mg 0.02％；Cr 0.01％；剩余0.02％为其它微量元素
铝粉Al 99.58％；Fe 0.15％；Si 0.205％；Cu 0.015％；P 0.05％；
石灰CaO 92.87％；SiO2 2.0％；P 0.01％；S 0.04％，C 0.75％，生烧率+过烧率4.33％
萤石CaF2 99.13％，S 0.02％，C 0.03％，SiO2 0.808％，P 0.012％。
反炉料：合金沫。
2、配料预设条件：
预炼制含V63.5％Al35.5％余量为杂质的钒铝合金，五氧化二钒使用量为20kg/炉；参与反应铝粉配入量按6％过量配入，合金中余量Al配入铝粉烧损量为6％；炉料单位放热值为3180KJ/Kg；石灰、萤石配入量：石灰配入量占配入铝粉总量21.4％，萤石配入量占配入铝粉总量14.2％，返炉渣配入量占配入铝粉总量3.6％。
3、根据配料设置，进行精确配料计算
(1)20kg五氧化二钒可产出合金量
20×99.79％×95％×0.5604÷63.5％≈16.733kg
(2)参与反应耗铝粉量
20×99.79％×27÷54.6÷99.58％×106％≈10.506kg
(3)合金中Al含量为35.5％，应配入铝粉量
16.733×35.5％÷99.58％×106％≈6.323kg
(4)铝粉配入总量
10.506+6.323≈16.85kg
(5)石灰、萤石配入量
石灰16.85×21.4％≈3.6kg
萤石16.85×14.2％≈2.4kg
返炉渣16.85×3.6％≈0.6kg
(6)炉料组成
五氧化二钒20kg；铝粉16.85kg；石灰3.6kg；萤石2.4kg；返炉渣0.6kg；合计：43.45kg。
(7)炉料单位热值
炉料总放热值(20×99.79％+10.506×99.58％)×4542≈138167.07KJ
炉料单位热值138167.07÷43.45≈3179.91KJ/kg
4、冶炼操作步骤：
(1)将五氧化二钒、铝粉、石灰、及萤石分别进行破碎加工至符合入炉粒度要求，入炉粒度要求如下：
五氧化二钒：0.1～3mm＝96％，其中0.5～3mm＝88％，粒度小于0.5mm的量为8％，粒度大于3mm的量为4％；
铝粉：0.1～3mm＝95％，其中0.5～3mm＝85％，粒度小于0.5mm的量为10％，粒度大于3mm的量为5％；
石灰：0.1～3mm＝96％，粒度大于3mm的量为2％，粒度小于0.1mm的量为2％；
萤石：0.1～3mm＝93％，粒度大于3mm的量为2％，粒度小于0.1mm的量为5％；
返炉料：0.1～3mm＝94％，粒度大于3mm的量为4％，粒度小于0.1mm的量为2％。
(2)将破碎后的物料进行烘烤，做脱水、排除易挥发物质加工处理，烘烤温度为350℃±10℃，烘烤时间为26小时；
(3)将烘烤后的物料进行配料，其中石灰配入量占铝粉配入量的16～23％，萤石配入量占铝粉配入量的10～15％；
(4)将配好的物料全部倒入混料筒内，实施混料，混料时间为15分钟以上，直至物料充分混匀；
(5)为了保障合金溶液顺利浇铸和浇铸实施安全，应对其浇铸模具实施烘烤处理，烘烤温度为600℃±5℃，烘烤时间为6小时；
(6)将混合均匀物料(基础温度105℃)投入熔炼炉内并捣实，然后进行冶炼；
(7)冶炼结束后，进行静置沉淀，待液态合金与渣液基本沉淀后，打开浇铸口，使液态合金注入模具中，实施浇铸；
(8)待液态合金注入完成后，自然冷却18小时；
(9)待步骤(8)完成后打开模具，将已分层的上部渣锭区分，取出合金毛胚锭，然后将其初整、去除表面残留余渣，然后进行抛丸精整；
(10)将精整过的合金进行取样、质检，最后按照产品粒度要求，将合金进行破碎，包装入库。
最终产品数据如表4所示：
表4
实施例四：
1、钒铝合金冶炼生产原料
五氧化二钒V2O599.79％；P 0.01％；C 0.0083％；S 0.02％；Pb 0.01％；Mo0.0015％；K 0.013％；Na 0.018％；B 0.002％；W 0.002％；Fe 0.015％；Cu0.0032％；Si 0.034％；Ni 0.009％；Mn 0.014％；Mg 0.02％；Cr 0.01％；剩余0.02％为其它微量元素
铝粉Al 99.58％；Fe 0.15％；Si 0.205％；Cu 0.015％；P 0.05％；
石灰CaO 92.87％；SiO2 2.0％；P 0.01％；S 0.04％，C 0.75％，生烧率+过烧率4.33％
萤石CaF2 99.13％，S 0.02％，C 0.03％，SiO2 0.808％，P 0.012％。
反炉料：炉渣及合金沫。
2、配料预设条件：
预炼制含V65％、Al34％余量为杂质的钒铝合金，五氧化二钒使用量为20kg/炉；参与反应铝粉配入量按6％过量配入，合金中余量Al配入铝粉烧损量为7％；炉料单位放热值为3200KJ/Kg；石灰、萤石配入量：石灰配入量占铝粉配入总量21.8％，萤石配入量占铝粉配入总量13.9％，返炉渣配入量占铝粉配入总量4％。
3、根据配料设置，进行精确配料计算
(1)20kg五氧化二钒可产出合金量
20×99.79％×95％×0.5604÷65％≈16.347kg
(2)参与反应耗铝粉量
20×99.79％×27÷54.6÷99.58％×106％≈10.506kg
(3)合金中Al含量为34％，应配入铝粉量
16.347×34％÷99.58％×107％≈5.972kg
(4)铝粉配入总量
10.506+5.972≈16.5kg
(5)石灰、萤石配入量
石灰16.5×21.8％≈3.6kg
萤石16.5×13.9％≈2.3kg
返炉渣16.5×4％≈0.65kg
(6)炉料组成
五氧化二钒20kg；铝粉16.5kg；石灰3.6kg；萤石2.3kg；返炉渣0.65kg；合计：43.05kg。
(7)炉料单位热值
炉料总放热值(20×99.79％+10.506×99.58％)×4542≈138167.07KJ
炉料单位热值138167.07÷43.05≈3209.46KJ/kg
4、冶炼操作步骤：
(1)将五氧化二钒、铝粉、石灰、及萤石分别进行破碎加工至符合入炉粒度要求，入炉粒度要求如下：
五氧化二钒：0.1～3mm＝97％，其中0.5～3mm＝89％，粒度小于0.5mm的量为8％，粒度大于3mm的量为3％；
铝粉：0.1～3mm＝96％，其中0.5～3mm＝87％，粒度小于0.5mm的量为9％，粒度大于3mm的量为4％；
石灰：0.1～3mm＝94％，粒度大于3mm的量为3％，粒度小于0.1mm的量为3％；
萤石：0.1～3mm＝92％，粒度大于3mm的量为1％，粒度小于0.1mm的量为7％；
返炉料：0.1～3mm＝97％，粒度大于3mm的量为1％，粒度小于0.1mm的量为2％。
(2)将破碎后的物料进行烘烤，做脱水、排除易挥发物质加工处理，烘烤温度为350℃±10℃，烘烤时间为26小时；
(3)将烘烤后的物料进行配料，其中石灰配入量占铝粉配入量的16～23％，萤石配入量占铝粉配入量的10～15％；
(4)将配好的物料全部倒入混料筒内，实施混料，混料时间为15分钟以上，直至物料充分混匀；
(5)为了保障合金溶液顺利浇铸和浇铸实施安全，应对其浇铸模具实施烘烤处理，烘烤温度为600℃±5℃，烘烤时间为6小时；
(6)将混合均匀物料(基础温度95℃)投入熔炼炉内并捣实，然后进行冶炼；
(7)冶炼结束后，进行静置沉淀，待液态合金与渣液基本沉淀后，打开浇铸口，使液态合金注入模具中，实施浇铸；
(8)待液态合金注入完成后，自然冷却18小时；
(9)待步骤(8)完成后打开模具，将已分层的上部渣锭区分，取出合金毛胚锭，然后将其初整、去除表面残留余渣，然后进行抛丸精整；
(10)将精整过的合金进行取样、质检，最后按照产品粒度要求，将合金进行破碎，包装入库。
最终产品数据如表5所示：
表5
Claims (4)
1.一种钒铝合金制备工艺优化方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将五氧化二钒、铝粉、石灰、及萤石分别进行破碎加工；
(2)将破碎后的物料进行烘烤，做脱水、排除易挥发物质加工处理，烘烤温度为350℃±20℃，烘烤时间为24～30小时；
(3)将烘烤后的物料进行配料，其中石灰配入量占铝粉配入量的16～23％，萤石配入量占铝粉配入量的10～15％；
(4)将配好的物料全部倒入混料筒内，实施混料，其中物料带有基础温度，基础温度为150℃以下，混料时间为15分钟以上，直至物料充分混匀；
(5)然后对浇铸模具实施烘烤处理，烘烤温度为600℃±20℃，烘烤时间为5～8小时；
(6)将充分混匀的物料投入熔炼炉内并捣实，然后进行冶炼，此时物料基础温度为100℃±20℃；
(7)冶炼结束后，进行静置沉淀，待液态合金与渣液沉淀后，打开浇铸口，使液态合金注入模具中，实施浇铸；
(8)待液态合金注入完成后，自然冷却16～20小时；
(9)待步骤(8)完成后打开模具，将已分层的上部渣锭区分，取出合金毛胚锭，然后将其初整、去除表面残留余渣，然后进行抛丸精整；
(10)将精整过的合金进行取样、质检，最后按照产品粒度要求，将合金进行破碎，包装入库。
2.根据权利要求1所述一种钒铝合金制备工艺优化方法，其特征在于：所述步骤(7)中渣液冷却后形成炉渣，所述步骤(9)中合金毛胚锭精整后残留有合金沫，所述炉渣和/或合金沫作为反炉料加入所述步骤(1)中。
3.根据权利要求1所述一种钒铝合金制备工艺优化方法，其特征在于：所述五氧化二钒主要成分要求为：V2O5≥99.5％，P≤0.01％，C≤0.01％，S≤0.02％，Pb≤0.01％，Mo≤0.01％，K≤0.1％，Na≤0.1％，B≤0.001％，W≤0.006％，Fe≤0.01％，Cu≤0.01％，Si≤0.04％，Ni≤0.002％，Mn≤0.02％，Mg≤0.04％，Cr≤0.01％，Y≤0.001％，其它微量元素≤0.1％；所述铝粉主要成分要求为：Al≥99.6％，Fe≤0.15％，Si≤0.20％，Cu≤0.02％，P≤0.03％；所述萤石主要成分要求为：CaF2≥98.0％，S≤0.02％，C≤0.03％，SiO2≤1.6％，P≤0.03％，H2O≤0.1％，Fe2O3≤0.22％；所述石灰主要成分要求为：CaO≥92.0％，SiO2≤2.0％，P≤0.01％，S≤0.05％，C≤0.8％，上述石灰的生烧率+过烧率≤5.2％。
4.根据权利要求2所述一种钒铝合金制备工艺优化方法，其特征在于：所述五氧化二钒及铝粉破碎处理后的粒度范围均为：0.1～3mm≥90％，其中0.5～3mm≥80％，粒度小于0.5mm的量在10％以内，粒度大于3mm的量在10％以内；所述石灰、萤石、返炉料的粒度范围均为：0.1～3mm≥90％，粒度大于3mm的量在5％以内。
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