CN110157939B - 一种降低钒铝合金内部气孔率的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低钒铝合金内部气孔率的工艺方法，包括以下步骤：（1）电熔镁砂、镁粉、工业氯化镁溶液按比例搅拌混匀，浇筑炉体成为炉体内壁，烘烤后移至冶炼工位；（2）将片状五氧化二钒、铝粒、造渣剂烘干后，混合均匀后作为冶炼物料；（3）将（2）中混匀的冶炼物料分两期加入冶炼炉，一期物料反应熔化后加入二期物料；（4）二期加料结束后继续供电升温，冶炼结束后保持炉体静止冷却60～72h，冷却后得到内部致密的钒铝合金锭。本发明钒铝合金内部气孔率≤23%，钒铝合金平均合格品率≥68.5%，钒回收率≥89.5%，降低了生产成本，对提升钒铝合金的市场竞争力具有重要的意义。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种降低钒铝合金内部气孔的工艺方法。
背景技术
钒铝合金可作为一种重要的合金添加剂，广泛应用于航空级钛合金生产，行业标准规定钒铝中间合金产品表面应洁净，致密。
在电铝热法冶炼钒铝合金过程中，造成合金洁净程度和致密性差的主要因素有以下几方面：1、炉体耐材过于致密，烘干难度大，耐材疏松，造成渗铁，冶炼过程耐材缝隙产生的气体进入合金熔液；2、物料干燥不充分，反应过程产生气体；3、两步法冶炼钒铝合金，第二次加料不均匀，使炉内反应不均。以上环节均会影响合金产品质量，冶炼结束后炉体的轻微波动，会破坏合金锭初生外壳，产生裂痕，空气随之进入，也会影响合金质量。目前，行业内常规生产方法得到钒铝合金内部气孔率为46-53%，有时甚至更高。
基于上述原因，通过对炉衬耐材的选用和配比、物料干燥条件研究，优化分批加料工艺，开发一种降低钒铝合金内部气孔率的工艺方法，从根本上控制合金熔液内部气体的影响，对提高两步法冶炼钒铝合金内部质量至关重要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种降低钒铝合金内部气孔率的工艺方法。该发明方法解决了钒铝合金内部气孔问题，提高了钒铝合金产品合格率及冶炼过程钒收率。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：一种降低钒铝合金内部气孔率的工艺方法，所述工艺方法包括以下步骤：
（1）电熔镁砂与镁粉按质量配比为4～4.5:1混匀，混匀后与工业氯化镁溶液按质量配比为2:1～5:1搅拌混匀，浇筑炉体成为炉体内壁，烘烤64～72h后移至冶炼工位；
（2）将片状五氧化二钒、铝粒、造渣剂烘干后，按质量比，铝粒:片状五氧化二钒=0.90～0.95:1，造渣剂:片状五氧化二钒=0.080～0.090:1，混合均匀后作为冶炼物料备用；
（3）将（2）中混匀的冶炼物料分两期加入冶炼炉，一期加料量为总量的60～70%，一期冶炼电压130～150V，电流4500～5000A，供电时长1～2min，物料剧烈反应熔化后投放二期料，二期加入剩余的全部物料；
（4）二期加料结束后继续供电升温，供电电压130～150V，电流3000～4000A，供电时长5～7min，冶炼结束后保持炉体静止冷却60～72h，冷却后得到内部致密的钒铝合金锭。
本发明所述步骤（1）电熔镁砂为电熔镁砂FM975、粒度：1～5mm，镁粉粒度：-180～+200目；电熔镁砂FM975的成分为：MgO≥97.5%、SiO2≤1.0%、Fe2O3≤0.7%。
本发明所述步骤（1）工业氯化镁溶液的氯化镁质量百分含量≥45%。
本发明所述步骤（1）烘烤温度为250～800℃。
本发明所述步骤（2）片状五氧化二钒、铝粒、造渣剂烘干时间为24～48h，烘干温度300～400℃；利用混料机旋转料罐混匀物料，混匀时间为2～3h。
本发明所述步骤（2）片状五氧化二钒粒度0.5～4mm，成分为：V2O5：98～99%，Si≤0.05%，Fe≤0.05%；铝粒粒度0.5～1.5mm，成分为：Al≥99.85%，Si≤0.080%，Fe≤0.12%；造渣剂粒度1～10mm，成分为：CaF2≥98.5%，SiO2≤1%，Fe2O3≤0.015%。
本发明所述步骤（3）二期料加料时长1～2min。
本发明所述步骤（4）中供电升温温度为1800～2000℃。
本发明所述步骤（4）静止冷却为常温放置。
本发明所述工艺方法得到钒铝合金内部气孔率≤23%，钒铝合金平均合格品率≥68.5%，钒回收率≥89.5%。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明选择最佳的炉体耐材配比，使耐材便于烘干，降低炉体耐材水分对合金质量的影响。2、本发明通过优化原料干燥条件、二期料布料方式，保证冶炼反应均匀进行，有利于保证钒铝合金成分均匀，提高产品质量。3、本发明有效降低了钒铝合金锭内部的气孔率，提高了钒铝合金产品合格率，同时提高钒铝合金冶炼过程的钒回收率，降低了生产成本，工艺方法易于实现工业化生产，对提升钒铝合金的市场竞争力具有重要的意义。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
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
本实施例一种降低钒铝合金内部气孔率的工艺方法包括以下步骤：
（1）电熔镁砂与镁粉按质量比为4.1:1混匀，混匀后与工业氯化镁溶液按质量比为2.5:1进行搅拌，浇筑炉体，成为炉体内壁，在300℃温度下烘烤64h，然后置于冶炼工位；电熔镁砂FM975粒度：2mm，镁粉粒度：-190目，电熔镁砂FM975的成分为：MgO：97.8%、SiO2：0.5%、Fe2O3：0.6%；
（2）将片状五氧化二钒、铝粒、造渣剂，在320℃下烘干24h后，按铝粒: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2h后作为冶炼物料备用；片状五氧化二钒粒度0.8mm，成分为：V2O5：98.5%，Si：0.045%，Fe：0.035%；铝粒粒度1.0mm，成分为：Al：99.88%，Si：0.072%，Fe：0.11%；造渣剂粒度2mm，成分为：CaF2：98.9%，SiO2：0.7%，Fe2O3：0.012%；
（3）冶炼物料分两期加入冶炼炉，一期加料量为总量的60%，一期冶炼电压135V，电流4600A，供电时长1.2min，一期物料剧烈反应熔化后投放二期料，二期加入剩余的全部物料，保证加料均匀性，加料时长1.5min；
（4）二期加料结束后继续供电升温，供电电压139V，电流3000A，供电时长5.2min，升温温度为1910℃，冶炼结束后保持炉体常温静止冷却62h，冷却后得到内部致密的钒铝合金锭。
本实施例钒铝合金内部气孔率22.1%，钒铝合金平均合格品率达到68.9%，钒回收率达到89.8%。
实施例2
本实施例一种降低钒铝合金内部气孔率的工艺方法包括以下步骤：
（1）电熔镁砂与镁粉按质量比为4.2:1混匀，混匀后与工业氯化镁溶液按质量比为3:1进行搅拌，浇筑炉体，成为炉体内壁，在400℃温度下烘烤66h，然后置于冶炼工位；电熔镁砂FM975粒度：3mm，镁粉粒度：-100目，电熔镁砂FM975的成分为：MgO：97.6%、SiO2：0.8%、Fe2O3：0.5%；
（2）将片状五氧化二钒、铝粒、造渣剂，在340℃下烘干28h后，按铝粒: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2.5h后作为冶炼物料备用；片状五氧化二钒粒度1.0mm，成分为：V2O5：98.3%，Si：0.040%，Fe：0.045%；铝粒粒度1.2mm，成分为：Al：99.89%，Si：0.070%，Fe：0.09%；造渣剂粒度5mm，成分为：CaF2：98.7%，SiO2：0.9%，Fe2O3：0.014%；
（3）冶炼物料分两期加入冶炼炉，一期加料量为总量的65.5%，一期冶炼电压138V，电流4700A，供电时长1.4min，一期物料剧烈反应熔化后投放二期料，二期加入剩余的全部物料，保证加料均匀性，加料时长1.2min；
（4）二期加料结束后继续供电升温，供电电压135V，电流3050A，供电时长5.5min，升温温度为1965℃，冶炼结束后保持炉体常温静止冷却65h，冷却后得到内部致密的钒铝合金锭。
本实施例钒铝合金内部气孔率22.5%，钒铝合金平均合格品率达到70.1%，钒回收率达到89.9%。
实施例3
本实施例一种降低钒铝合金内部气孔率的工艺方法包括以下步骤：
（1）电熔镁砂与镁粉按质量比为4.3:1混匀，混匀后与工业氯化镁溶液按质量比为4:1进行搅拌，浇筑炉体，成为炉体内壁，在500℃温度下烘烤68h，然后置于冶炼工位；电熔镁砂FM975粒度：4mm，镁粉粒度：-20目，电熔镁砂FM975的成分为：MgO：98.1%、SiO2：0.7%、Fe2O3：0.4%；
（2）将片状五氧化二钒、铝粒、造渣剂，在360℃下烘干32h后，按铝粒:片状五氧化二钒=0.94:1、造渣剂:片状五氧化二钒=0.088:1，混合2.2h后作为冶炼物料备用；片状五氧化二钒粒度1.5mm，成分为：V2O5：98.1%，Si：0.042%，Fe：0.047%；铝粒粒度0.6mm，成分为：Al：99.91%，Si：0.075%，Fe：0.07%；造渣剂粒度7mm，成分为：CaF2：98.8%，SiO2：0.85%，Fe2O3：0.010%；
（3）冶炼物料分两期加入冶炼炉，一期加料量为总量的62.5%，一期冶炼电压132V，电流4800A，供电时长1.6min，一期物料剧烈反应熔化后投放二期料，二期加入剩余的全部物料，保证加料均匀性，加料时长1.7min；
（4）二期加料结束后继续供电升温，供电电压133V，电流3150A，供电时长6min，升温温度为1930℃，冶炼结束后保持炉体常温静止冷却69h，冷却后得到内部致密的钒铝合金锭。
本实施例钒铝合金内部气孔率21.7%，钒铝合金平均合格品率达到73.88%，钒回收率达到90.63%。
实施例4
本实施例一种降低钒铝合金内部气孔率的工艺方法包括以下步骤：
（1）电熔镁砂与镁粉按质量比为4.4:1混匀，混匀后与工业氯化镁溶液按质量比为2.5:1进行搅拌，浇筑炉体，成为炉体内壁，在600℃温度下烘烤70h，然后置于冶炼工位；电熔镁砂FM975粒度：1.5mm，镁粉粒度：30目，电熔镁砂FM975的成分为：MgO：98.3%、SiO2：0.75%、Fe2O3：0.48%；
（2）将片状五氧化二钒、铝粒、造渣剂，在380℃下烘干36h后，按铝粒:片状五氧化二钒=0.93:1、造渣剂:片状五氧化二钒=0.083:1，混合2.6h后作为冶炼物料备用；片状五氧化二钒粒度2.5mm，成分为：V2O5：98.6%，Si：0.032%，Fe：0.037%；铝粒粒度0.9mm，成分为：Al：99.87%，Si：0.065%，Fe：0.08%；造渣剂粒度9mm，成分为：CaF2：98.9%，SiO2：0.65%，Fe2O3：0.011%；
（3）冶炼物料分两期加入冶炼炉，一期加料量为总量的63.2%，一期冶炼电压142V，电流4900A，供电时长1.8min，一期物料剧烈反应熔化后投放二期料，二期加入剩余的全部物料，保证加料均匀性，加料时长1.3min；
（4）二期加料结束后继续供电升温，供电电压131V，电流3250A，供电时长6.2min，升温温度为1950℃，冶炼结束后保持炉体常温静止冷却70h，冷却后得到内部致密的钒铝合金锭。
本实施例钒铝合金内部气孔率19.2%，钒铝合金平均合格品率达到77.98%，钒回收率达到92.5%。
实施例5
本实施例一种降低钒铝合金内部气孔率的工艺方法包括以下步骤：
（1）电熔镁砂与镁粉按质量比为4.3:1混匀，混匀后与工业氯化镁溶液按质量比为4.5:1进行搅拌，浇筑炉体，成为炉体内壁，在750℃温度下烘烤69h，然后置于冶炼工位；电熔镁砂FM975粒度：3.5mm，镁粉粒度：160目，电熔镁砂FM975的成分为：MgO：98.9%、SiO2：0.87%、Fe2O3：0.63%；
（2）将片状五氧化二钒、铝粒、造渣剂，在350℃下烘干38h后，按铝粒: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2.9h后作为冶炼物料备用；片状五氧化二钒粒度3.2mm，成分为：V2O5：98.4%，Si：0.028%，Fe：0.049%；铝粒粒度1.3mm，成分为：Al：99.87%，Si：0.075%，Fe：0.075%；造渣剂粒度4mm，成分为：CaF2：99.2%，SiO2：0.75%，Fe2O3：0.013%；
（3）冶炼物料分两期加入冶炼炉，一期加料量为总量的65%，一期冶炼电压147V，电流4650A，供电时长1.4min，一期物料剧烈反应熔化后投放二期料，二期加入剩余的全部物料，保证加料均匀性，加料时长2min；
（4）二期加料结束后继续供电升温，供电电压145V，电流3850A，供电时长6.7min，升温温度为1915℃，冶炼结束后保持炉体常温静止冷却65h，冷却后得到内部致密的钒铝合金锭。
本实施例钒铝合金内部气孔率20.5%，钒铝合金平均合格品率达到78.55%，钒回收率达到90.03%。
实施例6
本实施例一种降低钒铝合金内部气孔率的工艺方法包括以下步骤：
（1）电熔镁砂与镁粉按质量比为4.2:1混匀，混匀后与工业氯化镁溶液按质量比为3.5:1进行搅拌，浇筑炉体，成为炉体内壁，在700℃温度下烘烤65h，然后置于冶炼工位；电熔镁砂FM975粒度：2.5mm，镁粉粒度：80目，电熔镁砂FM975的成分为：MgO：98.5%、SiO2：1.0%、Fe2O3：0.43%；
（2）将片状五氧化二钒、铝粒、造渣剂，在330℃下烘干42h后，按铝粒:片状五氧化二钒=0.91:1、造渣剂:片状五氧化二钒=0.083:1，混合2.9h后作为冶炼物料备用；片状五氧化二钒粒度3.5mm，成分为：V2O5：98.3%，Si：0.022%，Fe：0.047%；铝粒粒度1.1mm，成分为：Al：99.86%，Si：0.055%，Fe：0.095%；造渣剂粒度8mm，成分为：CaF2：99%，SiO2：0.95%，Fe2O3：0.014%；
（3）冶炼物料分两期加入冶炼炉，一期加料量为总量的68%，一期冶炼电压145V，电流4950A，供电时长1.1min，一期物料剧烈反应熔化后投放二期料，二期加入剩余的全部物料，保证加料均匀性，加料时长1.6min；
（4）二期加料结束后继续供电升温，供电电压141V，电流3650A，供电时长6.4min，升温温度为1935℃，冶炼结束后保持炉体常温静止冷却71h，冷却后得到内部致密的钒铝合金锭。
本实施例钒铝合金内部气孔率18.3%，钒铝合金平均合格品率达到77.59%，钒回收率达到91.03%。
实施例7
本实施例一种降低钒铝合金内部气孔率的工艺方法包括以下步骤：
（1）电熔镁砂与镁粉按质量比为4:1混匀，混匀后与工业氯化镁溶液按质量比为2:1进行搅拌，浇筑炉体，成为炉体内壁，在250℃温度下烘烤64h，然后置于冶炼工位；电熔镁砂FM975粒度：1mm，镁粉粒度：-180目，电熔镁砂FM975的成分为：MgO：97.5%、SiO2：1.0%、Fe2O3：0.7%；
（2）将片状五氧化二钒、铝粒、造渣剂，在300℃下烘干24h后，按铝粒: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2h后作为冶炼物料备用；片状五氧化二钒粒度0.5mm，成分为：V2O5：98%，Si：0.05%，Fe：0.05%；铝粒粒度0.5mm，成分为：Al：99.85%，Si：0.080%，Fe：0.12%；造渣剂粒度1mm，成分为：CaF2：98.5%，SiO2：1%，Fe2O3：0.015%；
（3）冶炼物料分两期加入冶炼炉，一期加料量为总量的60%，一期冶炼电压130V，电流4500A，供电时长1min，一期物料剧烈反应熔化后投放二期料，二期加入剩余的全部物料，保证加料均匀性，加料时长1min；
（4）二期加料结束后继续供电升温，供电电压130V，电流3000A，供电时长5min，升温温度为1800℃，冶炼结束后保持炉体常温静止冷却60h，冷却后得到内部致密的钒铝合金锭。
本实施例钒铝合金内部气孔率21.8%，钒铝合金平均合格品率达到68.6%，钒回收率达到89.8%。
实施例8
本实施例一种降低钒铝合金内部气孔率的工艺方法包括以下步骤：
（1）电熔镁砂与镁粉按质量比为4.5:1混匀，混匀后与工业氯化镁溶液按质量比为5:1进行搅拌，浇筑炉体，成为炉体内壁，在800℃温度下烘烤72h，然后置于冶炼工位；电熔镁砂FM975粒度：5mm，镁粉粒度：200目，电熔镁砂FM975的成分为：MgO：97.9%、SiO2：0.85%、Fe2O3：0.55%；
（2）将片状五氧化二钒、铝粒、造渣剂，在400℃下烘干48h后，按铝粒: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3h后作为冶炼物料备用；片状五氧化二钒粒度4mm，成分为：V2O5：99%，Si：0.04%，Fe：0.045%；铝粒粒度1.5mm，成分为：Al：99.87%，Si：0.060%，Fe：0.11%；造渣剂粒度10mm，成分为：CaF2：98.9%，SiO2：0.87%，Fe2O3：0.012%；
（3）冶炼物料分两期加入冶炼炉，一期加料量为总量的70%，一期冶炼电压150V，电流5000A，供电时长2min，一期物料剧烈反应熔化后投放二期料，二期加入剩余的全部物料，保证加料均匀性，加料时长2min；
（4）二期加料结束后继续供电升温，供电电压150V，电流4000A，供电时长7min，升温温度为2000℃，冶炼结束后保持炉体常温静止冷却72h，冷却后得到内部致密的钒铝合金锭。
本实施例钒铝合金内部气孔率20.3%，钒铝合金平均合格品率达到78.8%，钒回收率达到92.8%。
由上述实施例可以看出，本实施例工艺方法可以有效降低钒铝合金内部及表面的气孔率，提高钒铝合金产品合格率及产品等级，同时提高钒铝合金冶炼过程的钒回收率，降低钒铝合金生产成本，对提升钒铝合金的市场竞争力具有重要的意义。
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 (10)
1.一种降低钒铝合金内部气孔率的工艺方法，其特征在于，所述工艺方法包括以下步骤：
（1）电熔镁砂与镁粉按质量配比为4～4.5:1混匀，混匀后与工业氯化镁溶液按质量配比为2:1～5:1搅拌混匀，浇筑炉体成为炉体内壁，烘烤64～72h后移至冶炼工位；
（2）将片状五氧化二钒、铝粒、造渣剂烘干后，按质量比，铝粒:片状五氧化二钒=0.90～0.95:1，造渣剂:片状五氧化二钒=0.080～0.090:1，混合均匀后作为冶炼物料备用；
（3）将（2）中混匀的冶炼物料分两期加入冶炼炉，一期加料量为总量的60～70%，一期冶炼电压130～150V，电流4500～5000A，供电时长1～2min，物料剧烈反应熔化后投放二期料，二期加入剩余的全部物料；
（4）二期加料结束后继续供电升温，供电电压130～150V，电流3000～4000A，供电时长5～7min，冶炼结束后保持炉体静止冷却60～72h，冷却后得到内部致密的钒铝合金锭。
2.根据权利要求1所述的一种降低钒铝合金内部气孔率的工艺方法，其特征在于，所述步骤（1）电熔镁砂为电熔镁砂FM975、粒度：1～5mm，镁粉粒度：-180～+200目；电熔镁砂FM975的成分为：MgO≥97.5%、SiO2≤1.0%、Fe2O3≤0.7%。
3.根据权利要求1所述的一种降低钒铝合金内部气孔率的工艺方法，其特征在于，所述步骤（1）工业氯化镁溶液的氯化镁质量百分含量≥45%。
4.根据权利要求1所述的一种降低钒铝合金内部气孔率的工艺方法，其特征在于，所述步骤（1）烘烤温度为250～800℃。
5.根据权利要求1所述的一种降低钒铝合金内部气孔率的工艺方法，其特征在于，所述步骤（2）片状五氧化二钒、铝粒、造渣剂烘干时间为24～48h，烘干温度300～400℃；利用混料机旋转料罐混匀物料，混匀时间为2～3h。
6.根据权利要求1所述的一种降低钒铝合金内部气孔率的工艺方法，其特征在于，所述步骤（2）片状五氧化二钒粒度0.5～4mm，成分为：V2O5：98～99%，Si≤0.05%，Fe≤0.05%；铝粒粒度0.5～1.5mm，成分为：Al≥99.85%，Si≤0.080%，Fe≤0.12%；造渣剂粒度1～10mm，成分为：CaF2≥98.5%，SiO2≤1%，Fe2O3≤0.015%。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种降低钒铝合金内部气孔率的工艺方法，其特征在于，所述步骤（3）二期料加料时长1～2min。
8.根据权利要求1-6任意一项所述的一种降低钒铝合金内部气孔率的工艺方法，其特征在于，所述步骤（4）中供电升温温度为1800～2000℃。
9.根据权利要求1-6任意一项所述的一种降低钒铝合金内部气孔率的工艺方法，其特征在于，所述步骤（4）静止冷却为常温放置。
10.根据权利要求1-6任意一项所述的一种降低钒铝合金内部气孔率的工艺方法，其特征在于，所述工艺方法得到钒铝合金内部气孔率≤23%，钒铝合金平均合格品率≥68.5%，钒回收率≥89.5%。
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