CN110144507A - 一种控制钒铝合金产生氧化膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种控制钒铝合金产生氧化膜的方法，具体包括以下步骤：（1）在电铝热法冶炼钒铝合金的炉体外层设计一个加热装置，装配在炉体平台上，冶炼时炉体置于其中；（2）将五氧化二钒、铝粒、造渣剂混合均匀后，加入冶炼炉，电极点火开始铝热反应，冶炼结束开启电磁线圈电源，加热炉体，初期温度控制在450～600℃，保持2～3h，中期温度控制在300～450℃，保持1～2h，之后自然冷却；（3）合金自然冷却至30～40℃，冷却结束，得到的合金锭经过精整破碎，得到钒铝合金合格品。本发明钒铝合金成分合格率≥99%，含氧化膜的合金比例降至≤20%，产品平均合格率≥80%。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种控制钒铝合金产生氧化膜的方法。
背景技术
钒铝中间合金作为一种合金添加剂，可作为生产高强钛合金重要原料之一，根据中华人民共和国有色金属行业标准（YS/T 579-2014），规定钒铝中间合金产品表面应洁净，不允许有目视可见的氧化膜、氮化膜及其他金属和非金属夹杂物。
目前，钒铝合金主要采用氧化钒与金属铝进行铝热反应生产的，反应瞬时热量大，但是持续时间短，因此停止冶炼后炉内温度快速下降，在冷却过程中合金锭内部产生裂痕，气体进入裂痕在高温下形成氧化膜，最终影响产品质量。而对于钒铝合金氧化膜的缺陷，挑选过程存在难度大，效率低等问题。
专利申请号为201610876007.9公开了去除钒铝合金表面的氧化膜及合金夹渣的方法。其方法步骤为：将冶炼钒铝得到的合金锭与炉渣进行分离，得到不规则块状钒铝合金，对合金表面进行喷砂打磨，对打磨后的合金进行破碎筛分，得到钒铝合金产品。
专利申请号为201010230131.0公开了一种钒铝合金的制备方法，描述的制备过程是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，在真空炉中进行二步熔炼，得到钒铝合金最终产品。
综上所述，目前提高钒铝合金产品质量、解决钒铝合金氧化膜缺陷的方法主要有：采用物理方法对合金表面进行喷砂打磨和采用真空炉进行二次熔炼的方法。但二者的不足之处在于，喷砂打磨合金表面使合金损耗增加，打磨产生的粉末回收利用效率低；真空炉二次熔炼使生产周期延长，生产成本增加。因此开发一种控制钒铝合金产生氧化膜的方法，解决喷砂打磨和采用真空炉进行二次熔炼存在的问题具有重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种控制钒铝合金产生氧化膜的方法。该发明采取的技术方案通过电磁线圈保温炉体，使合金均匀冷却，控制钒铝合金产生氧化膜，提高产品合格率。
本发明采取的技术方案是：一种控制钒铝合金产生氧化膜的方法，所述方法采用电磁线圈加热，使高温合金均匀冷却，来实现控制钒铝合金产生氧化膜的目的，具体包括以下步骤：
（1）在电铝热法冶炼钒铝合金的炉体外层设计一个加热装置，装配在炉体平台上，冶炼时炉体置于其中，所述加热装置利用电磁线圈对炉体加热；
（2）将五氧化二钒、铝粒、造渣剂混合均匀后，加入冶炼炉，电极点火开始铝热反应，冶炼结束开启电磁线圈电源，加热炉体，初期温度控制在450～600℃，保持2～3h，中期温度控制在300～450℃，保持1～2h，之后自然冷却；
（3）合金自然冷却至30～40℃，冷却结束，得到的合金锭经过精整破碎，得到钒铝合金合格品。
本发明所述步骤（1）加热装置主要包括：线圈支架、磁轭、电磁线圈、底座。
本发明所述步骤（1）加热装置结构为，线圈支架直径2500～4000mm，感应线圈直径为2000～3500mm，功率20～30kw。
本发明所述步骤（2）五氧化二钒、铝粒、造渣剂混合，按质量比为：铝粒:片状五氧化二钒=0.90～0.95:1，造渣剂:片状五氧化二钒=0.080～0.09:1。
本发明所述方法生产的钒铝合金表面成分主要为：V：58.0～59.99%、Fe：0.16～0.23%、Si：0.12～0.18%、C：0.038～0.051%、O：0.02～0.04%、N：0.005～0.020%。
本发明所述步骤（2）电极点火电压130～150V，电流4500～5000A，冶炼周期3～7min。
本发明所述方法单炉合金锭产量为300～650kg。
本发明所述方法钒铝合金成分合格率≥99%，含氧化膜的合金比例降至≤20%，产品平均合格率≥80%。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明通过电磁线圈加热作用，使钒铝合金均匀温降，有效控制了合金凝固过程中的成分偏析和内部裂纹，有利于控制氧化膜的产生，提高了产品合格率。2、本发明钒铝合金成分合格率≥99%，含氧化膜的合金比例由28～35%降至20%以下，产品平均合格率由60.78～64.50%提升至80%以上。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明加热装置示意图；
图2中，1-炉体，2-磁轭，3-线圈支架，4-电磁线圈，5-底座，6-炉体平车。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细地说明。
实施例1
本实施例一种控制钒铝合金产生氧化膜的方法，采用电磁线圈加热，使高温合金均匀冷却，来实现控制钒铝合金产生氧化膜的目的，具体包括以下步骤：
（1）在电铝热法冶炼钒铝合金的炉体外层设计一个加热装置，装配在炉体平台上，冶炼时炉体置于其中，线圈支架直径3000mm，感应线圈直径为2500mm，功率25kw；
（2）将五氧化二钒、铝粒、造渣剂按质量比为：铝粒:片状五氧化二钒=0.92:1、造渣剂:片状五氧化二钒=0.085:1混合均匀后，加入冶炼炉，电极点火开始铝热反应，电极点火电压139V，电流4500A，冶炼周期6.5min；冶炼结束开启电磁线圈电源，加热炉体，初期温度控制在500℃，保持2.5h，中期温度控制在300℃，保持2h，之后自然冷却；
（3）合金自然冷却至32℃，冷却结束，得到的合金锭经过精整破碎，得到钒铝合金合格品。
本实施例单炉合金锭产量为345kg，钒铝合金表面成分主要为：V：59.08%、Fe：0.23%、Si：0.15%、C：0.039%、O：0.029%、N：0.008%。
本实施例钒铝合金成分合格率达到99.2%，含氧化膜的合金比例降至18.5%，产品平均合格率提升至81.5%。
实施例2
本实施例一种控制钒铝合金产生氧化膜的方法，采用电磁线圈加热，使高温合金均匀冷却，来实现控制钒铝合金产生氧化膜的目的，具体包括以下步骤：
（1）在电铝热法冶炼钒铝合金的炉体外层设计一个加热装置，装配在炉体平台上，冶炼时炉体置于其中，线圈支架直径2800mm，感应线圈直径为2200mm，功率23kw；
（2）将五氧化二钒、铝粒、造渣剂按质量比为：铝粒:片状五氧化二钒=0.92:1、造渣剂:片状五氧化二钒=0.085:1混合均匀后，加入冶炼炉，电极点火开始铝热反应，电极点火电压135V，电流4700A，冶炼周期5.5min；冶炼结束开启电磁线圈电源，加热炉体，初期温度控制在550℃，保持2.4h，中期温度控制在320℃，保持1.5h，之后自然冷却；
（3）合金自然冷却至34℃，冷却结束，得到的合金锭经过精整破碎，得到钒铝合金合格品。
本实施例单炉合金锭产量为430kg，钒铝合金表面成分主要为：V：59.74%、Fe：0.23%、Si：0.14%、C：0.038%、O：0.039%、N：0.005%。
本实施例钒铝合金成分合格率达到99.5%，含氧化膜的合金比例降至17.9%，产品平均合格率提升至82.1%。
实施例3
本实施例一种控制钒铝合金产生氧化膜的方法，采用电磁线圈加热，使高温合金均匀冷却，来实现控制钒铝合金产生氧化膜的目的，具体包括以下步骤：
（1）在电铝热法冶炼钒铝合金的炉体外层设计一个加热装置，装配在炉体平台上，冶炼时炉体置于其中，线圈支架直径3200mm，感应线圈直径为2600mm，功率27kw；
（2）将五氧化二钒、铝粒、造渣剂按质量比为：铝粒:片状五氧化二钒=0.94:1、造渣剂:片状五氧化二钒=0.086:1混合均匀后，加入冶炼炉，电极点火开始铝热反应，电极点火电压132V，电流4800A，冶炼周期4.5min；冶炼结束开启电磁线圈电源，加热炉体，初期温度控制在520℃，保持2.7h，中期温度控制在350℃，保持1.7h，之后自然冷却；
（3）合金自然冷却至36℃，冷却结束，得到的合金锭经过精整破碎，得到钒铝合金合格品。
本实施例单炉合金锭产量为512kg，钒铝合金表面成分主要为：V：59.69%、Fe：0.16%、Si：0.12%、C：0.048%、O：0.028%、N：0.005%。
本实施例钒铝合金成分合格率达到99.3%，含氧化膜的合金比例降至16.58%，产品平均合格率提升至83.42%。
实施例4
本实施例一种控制钒铝合金产生氧化膜的方法，采用电磁线圈加热，使高温合金均匀冷却，来实现控制钒铝合金产生氧化膜的目的，具体包括以下步骤：
（1）在电铝热法冶炼钒铝合金的炉体外层设计一个加热装置，装配在炉体平台上，冶炼时炉体置于其中，线圈支架直径3600mm，感应线圈直径为2800mm，功率29kw；
（2）将五氧化二钒、铝粒、造渣剂按质量比为：铝粒:片状五氧化二钒=0.92:1、造渣剂:片状五氧化二钒=0.082:1混合均匀后，加入冶炼炉，电极点火开始铝热反应，电极点火电压142V，电流4900A，冶炼周期3.5min；冶炼结束开启电磁线圈电源，加热炉体，初期温度控制在545℃，保持2.8h，中期温度控制在330℃，保持1.9h，之后自然冷却；
（3）合金自然冷却至38℃，冷却结束，得到的合金锭经过精整破碎，得到钒铝合金合格品。
本实施例单炉合金锭产量为568kg，钒铝合金表面成分主要为：V：58.91%、Fe：0.23%、Si：0.14%、C：0.051%、O：0.021%、N：0.012%。
本实施例钒铝合金成分合格率达到99.4%，含氧化膜的合金比例降至16.50%，产品平均合格率提升至83.5%。
实施例5
本实施例一种控制钒铝合金产生氧化膜的方法，采用电磁线圈加热，使高温合金均匀冷却，来实现控制钒铝合金产生氧化膜的目的，具体包括以下步骤：
（1）在电铝热法冶炼钒铝合金的炉体外层设计一个加热装置，装配在炉体平台上，冶炼时炉体置于其中，线圈支架直径3900mm，感应线圈直径为3100mm，功率28kw；
（2）将五氧化二钒、铝粒、造渣剂按质量比为：铝粒:片状五氧化二钒=0.93:1、造渣剂:片状五氧化二钒=0.082:1混合均匀后，加入冶炼炉，电极点火开始铝热反应，电极点火电压145V，电流4650A，冶炼周期4min；冶炼结束开启电磁线圈电源，加热炉体，初期温度控制在590℃，保持2.4h，中期温度控制在400℃，保持1.2h，之后自然冷却；
（3）合金自然冷却至33℃，冷却结束，得到的合金锭经过精整破碎，得到钒铝合金合格品。
本实施例单炉合金锭产量为620kg，钒铝合金表面成分主要为：V：59.02%、Fe：0.18%、Si：0.15%、C：0.045%、O：0.029%、N：0.013%。
本实施例钒铝合金成分合格率达到99.4%，含氧化膜的合金比例降至16.03%，产品平均合格率提升至83.97%。
实施例6
本实施例一种控制钒铝合金产生氧化膜的方法，采用电磁线圈加热，使高温合金均匀冷却，来实现控制钒铝合金产生氧化膜的目的，具体包括以下步骤：
（1）在电铝热法冶炼钒铝合金的炉体外层设计一个加热装置，装配在炉体平台上，冶炼时炉体置于其中，线圈支架直径2700mm，感应线圈直径为3300mm，功率26kw；
（2）将五氧化二钒、铝粒、造渣剂按质量比为：铝粒:片状五氧化二钒=0.91:1、造渣剂:片状五氧化二钒=0.088:1混合均匀后，加入冶炼炉，电极点火开始铝热反应，电极点火电压147V，电流4750A，冶炼周期6min；冶炼结束开启电磁线圈电源，加热炉体，初期温度控制在580℃，保持2.7h，中期温度控制在390℃，保持1.3h，之后自然冷却；
（3）合金自然冷却至33℃，冷却结束，得到的合金锭经过精整破碎，得到钒铝合金合格品。
本实施例单炉合金锭产量为635kg，钒铝合金表面成分主要为：V：59.10%、Fe：0.22%、Si：0.17%、C：0.048%、O：0.020%、N：0.018%。
本实施例钒铝合金成分合格率达到99.7%，含氧化膜的合金比例降至15.06%，产品平均合格率提升至84.94%。
实施例7
本实施例一种控制钒铝合金产生氧化膜的方法，采用电磁线圈加热，使高温合金均匀冷却，来实现控制钒铝合金产生氧化膜的目的，具体包括以下步骤：
（1）在电铝热法冶炼钒铝合金的炉体外层设计一个加热装置，装配在炉体平台上，冶炼时炉体置于其中，线圈支架直径2500mm，感应线圈直径为3500mm，功率20kw；
（2）将五氧化二钒、铝粒、造渣剂按质量比为：铝粒:片状五氧化二钒=0.90:1、造渣剂:片状五氧化二钒=0.080:1混合均匀后，加入冶炼炉，电极点火开始铝热反应，电极点火电压150V，电流4500A，冶炼周期7min；冶炼结束开启电磁线圈电源，加热炉体，初期温度控制在450℃，保持3h，中期温度控制在300℃，保持2h，之后自然冷却；
（3）合金自然冷却至30℃，冷却结束，得到的合金锭经过精整破碎，得到钒铝合金合格品。
本实施例单炉合金锭产量为650kg，钒铝合金表面成分主要为：V：58.0%、Fe：0.23%、Si：0.12%、C：0.051%、O：0.02%、N：0.020%。
本实施例钒铝合金成分合格率达到99%，含氧化膜的合金比例降至17%，产品平均合格率提升至83%。
实施例8
本实施例一种控制钒铝合金产生氧化膜的方法，采用电磁线圈加热，使高温合金均匀冷却，来实现控制钒铝合金产生氧化膜的目的，具体包括以下步骤：
（1）在电铝热法冶炼钒铝合金的炉体外层设计一个加热装置，装配在炉体平台上，冶炼时炉体置于其中，线圈支架直径4000mm，感应线圈直径为2000mm，功率30kw；
（2）将五氧化二钒、铝粒、造渣剂按质量比为：铝粒:片状五氧化二钒=0.95:1、造渣剂:片状五氧化二钒=0.090:1混合均匀后，加入冶炼炉，电极点火开始铝热反应，电极点火电压130V，电流5000A，冶炼周期3min；冶炼结束开启电磁线圈电源，加热炉体，初期温度控制在600℃，保持2h，中期温度控制在450℃，保持1h，之后自然冷却；
（3）合金自然冷却至40℃，冷却结束，得到的合金锭经过精整破碎，得到钒铝合金合格品。
本实施例单炉合金锭产量为300～650kg，钒铝合金表面成分主要为：V：59.99%、Fe：0.16%、Si：0.18%、C：0.038%、O：0.04%、N：0.005%。
本实施例钒铝合金成分合格率达到99.6%，含氧化膜的合金比例降至12%，产品平均合格率提升至88%。
通过以上实施例可以看出，根据本发明方法可以有效控制钒铝合金冶炼结束后降温过程产生氧化膜，有利于提高钒铝合金产品合格率。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种控制钒铝合金产生氧化膜的方法，其特征在于，所述方法采用电磁线圈加热，使高温合金均匀冷却，来实现控制钒铝合金产生氧化膜的目的，具体包括以下步骤：
（1）在电铝热法冶炼钒铝合金的炉体外层设计一个加热装置，装配在炉体平台上，冶炼时炉体置于其中，所述加热装置利用电磁线圈对炉体加热；
（2）将五氧化二钒、铝粒、造渣剂混合均匀后，加入冶炼炉，电极点火开始铝热反应，冶炼结束开启电磁线圈电源，加热炉体，初期温度控制在450～600℃，保持2～3h，中期温度控制在300～450℃，保持1～2h，之后自然冷却；
（3）合金自然冷却至30～40℃，冷却结束，得到的合金锭经过精整破碎，得到钒铝合金合格品。
2.根据权利要求1所述的一种控制钒铝合金产生氧化膜的方法，其特征在于，所述步骤（1）加热装置主要包括：线圈支架、磁轭、电磁线圈、底座。
3.根据权利要求1所述的一种控制钒铝合金产生氧化膜的方法，其特征在于，所述步骤（1）加热装置结构为，线圈支架直径2500～4000mm，感应线圈直径为2000～3500mm，功率20～30kw。
4.根据权利要求1所述的一种控制钒铝合金产生氧化膜的方法，其特征在于，所述步骤（2）五氧化二钒、铝粒、造渣剂混合，按质量比为：铝粒:片状五氧化二钒=0.90～0.95:1，造渣剂:片状五氧化二钒=0.080～0.09:1。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种控制钒铝合金产生氧化膜的方法，其特征在于，所述方法生产的钒铝合金表面成分主要为：V：58.0～59.99%、Fe：0.16～0.23%、Si：0.12～0.18%、C：0.038～0.051%、O：0.02～0.04%、N：0.005～0.020%。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的一种控制钒铝合金产生氧化膜的方法，其特征在于，所述步骤（2）电极点火电压130～150V，电流4500～5000A，冶炼周期3～7min。
7.根据权利要求1-4任意一项所述的一种控制钒铝合金产生氧化膜的方法，其特征在于，所述方法单炉合金锭产量为300～650kg。
8.根据权利要求1-4任意一项所述的一种控制钒铝合金产生氧化膜的方法，其特征在于，所述方法钒铝合金成分合格率≥99%，含氧化膜的合金比例降至≤20%，产品平均合格率≥80%。
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