CN112646987A - 工业冶炼钒铝合金的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工业冶炼钒铝合金的制备方法，属于钒合金生产冶炼技术领域。包括步骤：a、混料，将五氧化二钒与铝粒混合；b、反应和准备冷却装置，点火使两者发生铝热反应；准备冷却装置用于反应炉的降温；c、放置反应炉，将反应炉置于空腔中，并组装冷却装置；d、冷却，将冷却盘管(2)的进口(4)与冷却液连通，出口(1)与排水管连通，将进气口(6)与保护气连通；e、开炉取样，制得钒铝合金。本方法能适应现有钒铝合金工艺，也能适应钒铁工艺，能够缩短冷却时间，降低氧化氮化率，提高产品合格率。解决现有自蔓延铝热法生产钒铝合金，冶炼前需要打结耐火层，取合金需要拆炉破坏耐火层，耗时长且成本高的技术问题。

Description

工业冶炼钒铝合金的制备方法

技术领域

本发明涉及一种工业冶炼钒铝合金的制备方法，属于钒合金生产冶炼技术领域。

背景技术

钒铝合金是制备飞机骨架和发动机的钛合金Ti-6Al-4V和Ti-8Al-1Mo-1V的主要中间合金，钛合金中的钒是以钒铝合金的形式加入，我国主要采用钒铝合金制备Ti-6Al-4V。钒铝合金与金属钛重熔制备含钒钛合金，其质量的优劣直接影响航空航天用钛合金的性能。

钒铝合金采用铝热法冶炼以后，在空气中静置冷却，由于冷却的过程缓慢，一方面造成合金冷却缓慢，影响工序生产效率，另一方面空气中大量的氧气、氮气进入合金裂缝，造成钒铝合金氧化氮化严重，产品质量下降。现有制备方法主要有一步法、电铝热法等，冷却过程的冷却装置一般在反应炉体上，通过冷却剂带走热量以达到降温冷却的目地。而对于采用自蔓延铝热法生产钒铝合金，冶炼前需要打结耐火层，取合金需要拆炉破坏耐火层，操作复杂易混入杂质，增加了冶炼成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是解决现有自蔓延铝热法生产钒铝合金，冶炼前需要打结耐火层，取合金需要拆炉破坏耐火层，成本高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：工业冶炼钒铝合金的制备方法，包括如下步骤：

a、混料，将五氧化二钒与铝粒按质量比10:8.8～9.2或10:7.4～7.8混合；

b、反应和准备冷却装置，将步骤a制得的混合物倒入反应炉中，点火使得两者发生铝热反应，将冷却装置的活动侧壁和炉盖从固定侧壁上分离；所述冷却装置为桶状结构，且外壁上设置有冷却盘管，冷却装置的侧壁包括可拆卸连接的固定侧壁和活动侧壁，固定侧壁与底面连成一体，冷却装置的上端设置有炉盖，炉盖上设置有进气口；

c、放置反应炉，将反应后的反应炉置于固定侧壁和底面形成的空腔中，并将活动侧壁和炉盖与固定侧壁连接；

d、冷却，将冷却盘管的进口与冷却液连通，出口与排水管连通，将进气口与保护气连通；

e、开炉取样，当反应炉温度达到目标温度后，关闭冷却液开关和保护气开关，打开炉盖和活动侧壁，取出反应炉制得钒铝合金。

其中，上述装置中所述步骤b、c和e中的反应炉为一次性打结炉子。

其中，上述装置中步骤b中冷却装置的活动侧壁与固定侧壁由可拆卸的铰链连接。

其中，上述装置中步骤b中的冷却盘管的进、出口上下间隔设置，且下端为进口，上端为出口。

其中，上述装置中步骤b中的冷却盘管分别设置在固定侧壁和活动侧壁上，且固定侧壁和活动侧壁上的冷却盘管的进口和出口均位于连接处的同一侧。

其中，上述装置中步骤b中设置在固定侧壁和活动侧壁上的冷却盘管沿连接处对称分布。

其中，上述装置中步骤d中固定侧壁的进口和出口分别直接与冷却液和排水管相连，活动侧壁的进口和出口通过金属软管分别与冷却液和排水管相连。

其中，上述方法中步骤e中炉盖打开前可通过红外测温枪进行测温检测。

本发明的有益效果是：本方法通过冷却剂带走反应容器热量以达到降温冷却的目地，在氩气保护条件下进行冷却，装置符合工厂生产需求，简洁、易维护、操作便捷，能适应现有钒铝合金工艺，也能适应钒铁工艺，能够缩短冷却时间，降低氧化氮化率，提高产品合格率，具有显著的社会效益和经济效益。

附图说明

图1为本发明的冷却装置正视结构示意图；

图2为本发明图1左视结构示意图；

图3为本发明图1俯视结构示意图。

图中标记为：1是出口，2是冷却盘管，3是铰链，4是进口，5是炉盖，6是进气口，7是固定侧壁，8是活动侧壁。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

如图1至图3所示，本发明的工业冶炼钒铝合金的制备方法，包括如下步骤：

a、混料，将五氧化二钒与铝粒按质量比10:8.8～9.2或10:7.4～7.8混合；

b、反应和准备冷却装置，将步骤a制得的混合物倒入反应炉中，点火使得两者发生铝热反应，将冷却装置的活动侧壁8和炉盖5从固定侧壁7上分离；所述冷却装置为桶状结构，且外壁上设置有冷却盘管2，冷却装置的侧壁包括可拆卸连接的固定侧壁7和活动侧壁8，固定侧壁7与底面连成一体，冷却装置的上端设置有炉盖5，炉盖5上设置有进气口6；

c、放置反应炉，将反应后的反应炉置于固定侧壁7和底面形成的空腔中，并将活动侧壁8和炉盖5与固定侧壁7连接；

d、冷却，将冷却盘管2的进口4与冷却液连通，出口1与排水管连通，将进气口6与保护气连通；

e、开炉取样，当反应炉温度达到目标温度后，关闭冷却液开关和保护气开关，打开炉盖5和活动侧壁8，取出反应炉制得钒铝合金。本领域技术人员能够理解的是，本方法的步骤a中五氧化二钒与铝粒的质量比为10:8.8～9.2或10:7.4～7.8两种，其实质是主要用于制作两种不同牌号的得钒铝合金，同时采用上述比例制得得钒铝合金合格率较高。本方法的冷却装置主要用于外冷反应炉，其尺寸应与反应炉适配且形状相似，为了方便反应炉快速放置在冷却装置中，本方法还优选冷却装置为桶状结构，并在其桶状外壁上设置有冷却盘管2，而进一步优选冷却装置的侧壁包括可拆卸连接的固定侧壁7和活动侧壁8，固定侧壁7与冷却装置底面连成一体，冷却装置的上端设置有炉盖5，炉盖5上设置有进气口6，在铝热反应得同时还将活动侧壁8和炉盖5从固定侧壁7上分离，方便反应炉得放置。而炉盖5的主要目地是通入保护气体，防止空气大量氧化氮化产品，用于工业制作时，由于反应炉尺寸大且反应后温度高，故炉盖5只需盖在冷却装置上端即可。

优选的，上述装置中所述步骤b、c和e中的反应炉为一次性打结炉子。本领域技术人员能够理解的是，本方法优选反应炉为一次性打结炉子，耐高温不易损坏，且本方法不存在拆炉，故不会破坏打结层。

优选的，上述装置中步骤b中冷却装置的活动侧壁8与固定侧壁7由可拆卸的铰链3连接。本领域技术人员能够理解的是，为了方便活动侧壁8与固定侧壁7快速拆装，本装置优选冷却装置的活动侧壁8与固定侧壁7由可拆卸的铰链3连接，实际可在活动侧壁8连接端间隔设置倒L形插销，在固定侧壁7得连接端对应设置插管，通过将插销对应插入插管内实现活动侧壁8与固定侧壁7可拆卸的铰链3连接，而另一端则通过铁丝拧紧即可，本方法主要用于工业冷却，故实际密闭并不要求太高。同时由于进气口6持续通入保护气体，故始终保证冷却装置内部为微正压，防止空气大量氧化氮化产品。

优选的，上述装置中步骤b中的冷却盘管2的进、出口1上下间隔设置，且下端为进口4，上端为出口1。本领域技术人员能够理解的是，为了增加换热效率，本方法优选将冷却盘管2的进、出口1上下间隔设置，且下端为进口4，上端为出口1，这种设置可延长换热时间。

优选的，上述装置中步骤b中的冷却盘管2分别设置在固定侧壁7和活动侧壁8上，且固定侧壁7和活动侧壁8上的冷却盘管2的进口4和出口1均位于连接处的同一侧。本领域技术人员能够理解的是，优选将冷却盘管2分别设置在固定侧壁7和活动侧壁8上，便于布管和避免活动侧壁8上得冷却盘管2损坏，延长冷却盘管2使用寿命。为了方便接管本方法还优选固定侧壁7和活动侧壁8上的冷却盘管2的进口4和出口1均位于连接处的同一侧。同时为了增大换热效率，冷却盘管2应尽可能得覆盖固定侧壁7和活动侧壁8的外壁。

优选的，上述装置中步骤b中设置在固定侧壁7和活动侧壁8上的冷却盘管2沿连接处对称分布。本领域技术人员能够理解的是，为了避免拆装活动侧壁8影响冷却盘管2，本方法优选设置在固定侧壁7和活动侧壁8上的冷却盘管2沿连接处对称分布，也即是设置在固定侧壁7和活动侧壁8上的冷却盘管2沿铰链3对称分布。这种冷却盘管2的绕法是两侧壁按铰链3线对称分布，进口4与出口1均在铰链3一侧，这样可以减小开合侧壁对冷却管的影响。

优选的，上述装置中步骤d中固定侧壁7的进口4和出口1分别直接与冷却液和排水管相连，活动侧壁8的进口4和出口1通过金属软管分别与冷却液和排水管相连。本领域技术人员能够理解的是，优选冷却液为冷却水，外接水管通过三通管将水流一分为二，固定侧壁7的进口4直接与水管相连，活动侧壁8的进口4先与金属软管连接再与冷却液相连；固定侧壁7的出口1直接与排水管相连，活动侧壁8的出口1先与金属软管连接再与排水管相连，这种设置避免拆装活动侧壁8时，造成冷却盘管2接口处损坏。

优选的，上述方法中步骤e中炉盖5打开前可通过红外测温枪进行测温检测。本领域技术人员能够理解的是，本方法优选炉盖5打开前可通过红外测温枪进行测温检测，避免操作时误操做影响钒铝合金得质量。

实施例1

以制备AlV55为目标，将五氧化二钒与铝粒质量按10:9比列混合均匀，混合料倒入反应炉内，点火发生铝热反应，等待反应结束；打开冷却装置，通过天车起重机将冶炼结束后的反应炉移到冷却装置中，关闭可活动侧壁8、炉盖5；打开冷却水开关调整水流量为40L/min、打开保护氩气开关，等待反应炉冷却；当反应炉温度达到目标温度后，关闭冷却液开关和保护气开关，打开炉盖5和可移动炉体侧壁，取出反应炉。

经上述操作，冷却后得到的钒铝合金，冷却时间为36h，AlV55合金合格率为53.3％。

实施例2

以制备AlV55为目标，将五氧化二钒与铝粒质量按10:9比列混合均匀，混合料倒入反应炉内，点火发生铝热反应，等待反应结束；打开冷却装置，通过天车起重机将冶炼结束后的反应炉移到冷却装置中，关闭活动侧壁8、炉盖5；打开冷却水开关调整水流量为60L/min、打开保护气氩开关，等待反应炉冷却；当反应炉温度达到目标温度后，关闭冷却液开关和保护气开关，打开炉盖5和可移动炉体侧壁，取出反应炉。

经上述操作，冷却后得到的钒铝合金，冷却时间为32h，AlV55合金合格率为53.1％。

对比例1

以制备AlV55为目标，将五氧化二钒与铝粒质量按10:9比列混合均匀，混合料倒入反应炉内，点火发生铝热反应，等待反应结束；通过天车起重机将冶炼结束后的反应炉移到厂房冷却区，在空气中进行自然冷却。

经上述操作，冷却后得到的钒铝合金，冷却时间为60h，AlV55合金合格率为49.8％。

通过实施例1、2和对比例2可知，经过冷却装置制得AlV55合金合格率明显高于空冷条件下制得的AlV65，且冷却时间更短，生产效率更高。

实施例3

以制备AlV65为目标，将五氧化二钒与铝粒质量按10:7.6比列混合均匀，混合料倒入反应炉内，点火发生铝热反应，等待反应结束；打开冷却装置，通过天车起重机将冶炼结束后的反应炉移到冷却装置中，关闭可移动炉体侧壁、炉盖5；打开冷却水开关调整水流量为40L/min、打开保护气氩开关，等待反应炉冷却；当反应炉温度达到目标温度后，关闭冷却液开关和保护气开关，打开炉盖5和可移动炉体侧壁，取出反应炉。

经上述操作，冷却后得到的钒铝合金，冷却时间为36h，AlV65合金合格率为62.9％。

对比例2

以制备AlV65为目标，将五氧化二钒与铝粒质量按10:7.6比列混合均匀，混合料倒入反应炉内，点火发生铝热反应，等待反应结束；通过天车起重机将冶炼结束后的反应炉移到厂房冷却区，在空气中进行自然冷却。

经上述操作，冷却后得到的钒铝合金，冷却时间为60h，AlV65合金合格率为61.2％。

通过实施例3和对比例2可知，经过冷却装置制得AlV65合金合格率明显高于空冷条件下制得的AlV65，且冷却时间更短，生产效率更高。

Claims (8)

1.工业冶炼钒铝合金的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

a、混料，将五氧化二钒与铝粒按质量比10:8.8～9.2或10:7.4～7.8混合；

b、反应和准备冷却装置，将步骤a制得的混合物倒入反应炉中，点火使得两者发生铝热反应，将冷却装置的活动侧壁(8)和炉盖(5)从固定侧壁(7)上分离；所述冷却装置为桶状结构，且外壁上设置有冷却盘管(2)，冷却装置的侧壁包括可拆卸连接的固定侧壁(7)和活动侧壁(8)，固定侧壁(7)与底面连成一体，冷却装置的上端设置有炉盖(5)，炉盖(5)上设置有进气口(6)；

c、放置反应炉，将反应后的反应炉置于固定侧壁(7)和底面形成的空腔中，并将活动侧壁(8)和炉盖(5)与固定侧壁(7)连接；

d、冷却，将冷却盘管(2)的进口(4)与冷却液连通，出口(1)与排水管连通，将进气口(6)与保护气连通；

e、开炉取样，当反应炉温度达到目标温度后，关闭冷却液开关和保护气开关，打开炉盖(5)和活动侧壁(8)，取出反应炉制得钒铝合金。

2.根据权利要求1所述的工业冶炼钒铝合金的制备方法，其特征在于：所述步骤b、c和e中的反应炉为一次性打结炉子。

3.根据权利要求1所述的权利要求所述的工业冶炼钒铝合金的制备方法，其特征在于：步骤b中冷却装置的活动侧壁(8)与固定侧壁(7)由可拆卸的铰链(3)连接。

4.根据权利要求1所述的工业冶炼钒铝合金的制备方法，其特征在于：步骤b中的冷却盘管(2)的进、出口上下间隔设置，且下端为进口(4)，上端为出口(1)。

5.根据权利要求1所述的工业冶炼钒铝合金的制备方法，其特征在于：步骤b中的冷却盘管(2)分别设置在固定侧壁(7)和活动侧壁(8)上，且固定侧壁(7)和活动侧壁(8)上的冷却盘管(2)的进口(4)和出口(1)均位于连接处的同一侧。

6.根据权利要求1所述的工业冶炼钒铝合金的制备方法，其特征在于：步骤b中设置在固定侧壁(7)和活动侧壁(8)上的冷却盘管(2)沿连接处对称分布。

7.根据权利要求1所述的工业冶炼钒铝合金的制备方法，其特征在于：步骤d中固定侧壁(7)的进口(4)和出口(1)分别直接与冷却液和排水管相连，活动侧壁(8)的进口(4)和出口(1)通过金属软管分别与冷却液和排水管相连。

8.根据权利要求1所述的工业冶炼钒铝合金的制备方法，其特征在于：步骤e中炉盖(5)打开前可通过红外测温枪进行测温检测。

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