CN102181640A

CN102181640A - 钒铝合金生产方法

Info

Publication number: CN102181640A
Application number: CN2011100952294A
Authority: CN
Inventors: 陈海军; 孙朝晖; 刘丰强; 王永刚; 李千文; 鲜勇; 周芳; 孟伟巍; 付自碧
Original assignee: Pangang Group Steel Vanadium and Titanium Co Ltd; Pangang Group Research Institute Co Ltd; Pangang Group Panzhihua Steel and Vanadium Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Steel Vanadium and Titanium Co Ltd; Pangang Group Research Institute Co Ltd; Pangang Group Panzhihua Steel and Vanadium Co Ltd
Priority date: 2011-04-15
Filing date: 2011-04-15
Publication date: 2011-09-14

Abstract

本发明属于冶金领域，特别涉及钒铝合金生产方法。本发明所要解决的技术问题是提供钒铝合金生产方法，该方法不用添加消热剂、助热剂，且制得的产品Fe、Si含量在0.30wt％以下。本发明钒铝合金生产方法，原料于反应装置中点火还原制得钒铝合金和炉渣，原料为氧化钒和金属铝，氧化钒由三氧化二钒和五氧化二钒组成，氧化钒中V∶O＝1∶1.70～2.30。最终钒铝合金含V 75～85wt％、Fe≤0.30wt％、Si≤0.30wt％，满足后续进一步加工的需要。其该方法工艺简单，成本低廉，特别适合批量大规模生产，同时调整适当的原料配比，可不用添加消热剂和助热剂，避免了对合金成分的污染。

Description

钒铝合金生产方法

技术领域

本发明属于冶金领域，特别涉及钒铝合金生产方法。

背景技术

钒铝合金是一种用于钛合金的基础原料，当前是继钒在钢中应用之后的第二大应用领域。Ti-6Al-4V(含4wt％V)和Ti-8Al-1Mo-1V，这两种钛合金总共占钛合金市场的50wt％，主要用于生产喷气发动机、高速飞行器骨架和火箭发动机机壳。钛合金生产所用的钒以钒铝合金形式加入。日本、美国、英国等国家还在进一步加大含钒钛合金在民用工业中的应用研究等。

国际上生产钒铝合金的企业主要有德国电冶金公司、美国雷丁(Reading)合金公司、美国战略矿物公司子公司-美国钒公司、俄罗斯上萨尔达冶金生产联合公司。国内生产钒铝合金的企业有宝鸡有色金属加工厂、锦州铁合金厂等几家。这些企业均以五氧化二钒为原料，采用铝热法生产钒铝合金。由于五氧化二钒与金属铝反应放出大量的热量，热量大幅过剩、使反应呈现爆炸性，在绝热的情况下足以使体系的温度升高到3000℃以上。因此，炉料中通常要配入一定量的惰性物资(俗称消热剂)来控制反应速度和反应产物的温升。由于消热剂总是含有一定量的Fe、Si、P和重金属元素，这样就给产品的杂质控制带来更多的麻烦。

现有技术中也有使用三氧化二钒作原料生产钒铝合金，但单纯的使用三氧化二钒，不利于提高合金的纯度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供钒铝合金生产方法，该方法不用添加消热剂、助热剂，且制得的产品Fe、Si含量在0.30wt％以下。

钒铝合金生产方法，原料于反应装置中点火还原制得钒铝合金和炉渣，原料为氧化钒和金属铝，氧化钒由三氧化二钒和五氧化二钒组成，氧化钒中V∶O＝1∶1.60～2.40(原子个数比)。

优选的，氧化钒中V∶O＝1∶1.70～2.30。

优选的，五氧化二钒与金属铝的重量配比为1.68～1.89∶1。金属铝的配入量是理论反应用量的1.05～1.20倍(理论量为五氧化二钒与金属铝恰好完全反应生成金属钒所用的铝量，每1kg五氧化二钒需0.49kg金属铝)。原料采用过量的Al粒，可以在还原反应过程中，通过Al粒与金属钒的熔合形成钒铝合金，在此过程中，不会引入其它杂质，可以获得杂质含量较低的钒铝合金。

优选的，为了进一步减少钒铝合金中杂质的含量，所述氧化钒的纯度≥99.5wt％，所述金属铝的纯度≥99.7wt％。

反应不需要加热。点火所用的点火剂为过氧化钡、氯酸钾，点火剂使用时与铝粉组成混合物。使用时该混合物容易被镁带引燃发生反应，作为副反应产生热量引发主反应。点火剂用量对反应的进行影响不大，与现有技术中的用量近似，通常为原料总重的2～5‰。过氧化钡纯度为分析纯。

为了充分利用反应产生的炉渣，反应装置的炉衬用炉渣制成，可以减少杂质的引入，有利于进一步减少钒铝合金中杂质的含量。炉渣的主要成分为刚玉，即Al₂O₃，以前炉衬通常采用镁砂即MgO进行打结，由于容易带进Si等杂质，所以用自身产生的炉渣作为炉衬材料更能保证合金的纯度。

最终钒铝合金含V 75～85wt％、Fe≤0.30wt％、Si≤0.30wt％，满足后续进一步加工的需要。其该方法工艺简单，成本低廉，特别适合批量大规模生产，同时调整适当的原料配比，可不用添加消热剂和助热剂，避免了对合金成分的污染。

由于三氧化二钒与金属铝反应放出的热量不足维持反应自发进行，需另外加助热剂以提供热量促使反应的进行。以五氧化二钒为原料放出的热量太大造成大量物料喷溅收率降低，需加入消热剂缓解反应的进行，这样两种情况都容易造成污染反应物，影响合金的纯度。因此本发明寻找到了一个足以维持反应自发进行、热量又不大量过剩的平衡点，即使用适当氧钒比例的氧化钒为原料，反应放出的热量介于三氧化二钒和五氧化二钒分别与铝反应的热量之间，同时炉衬又采用自身反应的高Al₂O₃含量的炉渣，这样就不必为消热剂、助热剂和炉衬材料引入杂质而烦恼。该方法工艺简单，成本低廉，可批量大规模生产，产品Fe、Si含量由于无外来杂质污染所以均可以控制在钒铝合金行业标准中要求的0.30wt％以下。

具体实施方式

现结合实施例进一步说明本发明的具体技术解决方案：

实施例1

将三氧化二钒、五氧化二钒配制成100kg原料，原料氧化钒中V∶O＝1∶2，铝粉加入量为理论反应用量的1.30倍，以过氧化钡为引燃物，在铝热还原反应炉中进行铝热还原反应，102秒钟反应结束。铝热反应完成后，得到74kg钒铝合金产品，其中含V 80.2wt％、Al 19.3wt％、Fe 0.24wt％、Si 0.21wt％，余量是杂质。反应时反应炉内温度为1650～1900℃，回收率为98.6％，副产物气体主要为反应物的烟尘包含粉钒的挥发物和铝粒的蒸汽等，使用收尘罩进行布袋收尘。

实施例2

将三氧化二钒、五氧化二钒配制成100kg原料，原料氧化钒中V∶O＝1∶2.3，铝粉加入量为理论反应用量的1.43倍，以过氧化钡为引燃物，在铝热还原反应炉中进行铝热还原反应，炉衬用前几批次自身产生的炉渣制成，90秒钟反应结束。铝热反应完成后，得到71kg钒铝合金产品，其中含V 75.6wt％、Al 24.1wt％、Fe 0.23wt％、Si 0.22wt％，余量是杂质。反应时反应炉内温度为1650～1950℃，回收率为97.7％，副产物气体主要为反应物的烟尘包含粉钒的挥发物和铝粒的蒸汽等，使用收尘罩进行布袋收尘。

实施例3

将三氧化二钒、五氧化二钒配制成100kg原料，原料氧化钒中V∶O＝1∶1.7，铝粉加入量为理论反应用量的1.26倍，以过氧化钡为引燃物，在铝热还原反应炉中进行铝热还原反应，炉衬用前几批次自身产生的炉渣制成，98秒钟反应结束。铝热反应完成后，得到76kg钒铝合金产品，其中含V 83.9wt％、Al 15.3wt％、Fe 0.26wt％、Si 0.23wt％，余量是杂质。反应时反应炉内温度为1650～1850℃，回收率为98.1％，副产物气体主要为反应物的烟尘包含粉钒的挥发物和铝粒的蒸汽等，使用收尘罩进行布袋收尘。

通过以上实施例1～3可知，本发明所获得产品V含量在75～85wt％之间、Fe≤0.3wt％、Si≤0.3wt％均符合下游工序继续加工的需要。该方法具有产品杂质含量低的优点同时具有适合批量生产，工艺简单、生产时间短、生产成本低等优点。

Claims

1.钒铝合金生产方法，原料于反应装置中点火还原制得钒铝合金和炉渣，其特征在于：原料为氧化钒和金属铝，氧化钒由三氧化二钒和五氧化二钒组成，氧化钒中V∶O＝1∶1.60～2.40。

2.根据权利要求1所述的钒铝合金生产方法，其特征在于：氧化钒中V∶O＝1∶1.70～2.30。

3.根据权利要求1所述的钒铝合金生产方法，其特征在于：五氧化二钒与金属铝的重量配比为1.68～1.89∶1。

4.根据权利要求3所述的钒铝合金生产方法，其特征在于：所述五氧化二钒的纯度≥99.5％，所述金属铝的纯度≥99.7％。

5.根据权利要求1所述的钒铝合金生产方法，其特征在于：点火时使用点火剂，点火剂为过氧化钡或氯酸钾。

6.根据权利要求5所述的钒铝合金生产方法，其特征在于：点火剂为过氧化钡。

7.根据权利要求5所述的钒铝合金生产方法，其特征在于：点火剂用量为原料总重的2～5‰。

8.根据权利要求1～7任一项所述的钒铝合金生产方法，其特征在于：所述反应装置的炉衬用炉渣制成。