CN113999998B - 一种控制钒铝合金冶炼过程的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及冶金技术领域，公开了一种控制钒铝合金冶炼过程的方法。该方法包括以下步骤：(1)将物料C、物料B和物料A按照从下到上的顺序依次加入反应器炉体铺平，物料A、物料B和物料C中均含有氧化钒、铝粒、刚玉渣和氯酸钾，并且物料A、物料B和物料C中氧化钒和铝粒的用量均相同，物料A的单位炉料热量为3300～3400kJ/kg，物料B的单位炉料热量为3200～3300kJ/kg，物料C的单位炉料热量为3000～3200kJ/kg；(2)将反应器置于冶炼台上进行反应；(3)反应结束后，向反应器内通入保护气进行吹扫；(4)待钒铝合金冷却后拆炉，然后进行喷砂破碎处理。本发明所述方法能够提高钒铝合金的成品率。

Description

一种控制钒铝合金冶炼过程的方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种控制钒铝合金冶炼过程的方法。
背景技术
钒铝合金作为钛合金的一种重要添加剂，常用来改善钛合金性能，使之在强度、韧性、成形性、耐腐蚀、耐高温等方面更具优势，是制造水上飞机、滑翔机、汽车发动机系统、汽车底盘部件、高尔夫球杆和医疗器材的重要材料。
随着我国经济的迅速发展和人民消费水平的不断提升，我国的国防实力、宇航实力显著增强，应用于民用工业和航空航天领域的钛合金出现了大幅度增长势头。我国主要采用AlV55合金制备Ti-6Al-4V合金，AlV55合金市场需求量很大。目前常采用一步法制备AlV55合金，但采用一步法制备的AlV55合金成品率却普遍不高，仅有论文“铝热还原法制备AlV55合金的研究”发现了这个问题，但也只是建议从提高V含量入手，没有其它更具体的技术细节。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的采用一步法制备AlV55合金成品率普遍不高的问题，提供一种控制钒铝合金冶炼过程的方法，该方法能够提高钒铝合金的成品率。
为了实现上述目的，本发明提供了一种控制钒铝合金冶炼过程的方法，该方法包括以下步骤：
(1)将物料C、物料B和物料A按照从下到上的顺序依次加入反应器炉体铺平，其中，物料A、物料B和物料C中均含有氧化钒、铝粒、刚玉渣和氯酸钾，并且物料A、物料B和物料C中氧化钒和铝粒的用量均相同，物料A的单位炉料热量为3300～3400kJ/kg，物料B的单位炉料热量为3200～3300kJ/kg，物料C的单位炉料热量为3000～3200kJ/kg；
(2)将反应器置于冶炼台上进行反应，得到钒铝合金和炉渣；
(3)反应结束后，向反应器内通入保护气进行吹扫；
(4)待钒铝合金冷却后拆炉，然后进行喷砂破碎处理，得到钒铝合金成品。
优选地，物料A、物料B和物料C中，氧化钒的粒度≤5mm。
优选地，物料A、物料B和物料C中，铝粒的粒度≤1mm。
优选地，物料A、物料B和物料C中，刚玉渣的粒度≤3mm。
优选地，物料A中埋有镁带。
优选地，物料A、物料B和物料C的重量比为1～1.5：2～2.5：3～3.5。
优选地，所述保护气为氮气、氦气、氖气或氩气中的至少一种。
优选地，在步骤(3)中，通入保护气的时间为9～10h。
优选地，在步骤(4)中，反应结束后，钒铝合金冷却72～120h后拆炉。
更优选地，在步骤(4)中，反应结束后，钒铝合金冷却80～100h后拆炉。
采用本发明所述的方法制备钒铝合金，冶炼过程平和稳定，无明显的喷溅现象、渣金分离清晰，成分满足YS-T579-2014钒铝中间合金标准要求，具有广阔的市场应用前景。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种控制钒铝合金冶炼过程的方法，该方法包括以下步骤：
(1)将物料C、物料B和物料A按照从下到上的顺序依次加入反应器炉体铺平，其中，物料A、物料B和物料C中均含有氧化钒、铝粒、刚玉渣和氯酸钾，并且物料A、物料B和物料C中氧化钒和铝粒的用量均相同，物料A的单位炉料热量为3300～3400kJ/kg，物料B的单位炉料热量为3200～3300kJ/kg，物料C的单位炉料热量为3000～3200kJ/kg；
(2)将反应器置于冶炼台上进行反应，得到钒铝合金和炉渣；
(3)反应结束后，向反应器内通入保护气进行吹扫；
(4)待钒铝合金冷却后拆炉，然后进行喷砂破碎处理，得到钒铝合金成品。
在本发明所述的方法中，以氧化钒和铝粒为原料，以刚玉渣(本渣)和氯酸钾为热量调控剂，按照单位炉料热量不同称取三份物料(即物料C、物料B和物料A)，每份物料混合均匀，其中，三份物料中氧化钒的用量相同，三份物料中铝粒的用量相同，并通过调整刚玉渣(本渣)和氯酸钾的用量将三份物料的单位炉料热量控制在特定范围内，按照从下到上的顺序将三份物料依次加入反应器炉体铺平，然后进行反应，反应结束后，先通入保护气进行吹扫，然后继续冷却拆炉，喷砂破碎处理，得到钒铝合金成品。
在本发明所述的方法中，原料氧化钒可以为片状或粉状，为了保证物料混合均匀、反应充分进行，需要控制物料A、物料B和物料C中氧化钒的粒度。
在一种优选实施方式中，物料A、物料B和物料C中，控制氧化钒的粒度≤5mm。
同样地，为了保证物料混合均匀、反应充分进行，需要控制物料A、物料B和物料C中铝粒和刚玉渣的粒度。
在一种优选实施方式中，控制物料A、物料B和物料C中铝粒的粒度≤1mm。
在另一种优选实施方式中，控制物料A、物料B和物料C中刚玉渣的粒度≤3mm。
在具体实施方式中，物料A、物料B和物料C中的氯酸钾可以为分析纯。
在具体实施方式中，可以在原料A中埋入镁带，用于引燃镁带触发反应。
在优选实施方式中，为了使反应更加平稳可控，需要合理控制物料A、物料B和物料C的重量比。
在具体实施方式中，物料A、物料B和物料C的重量比可以为1～1.5：2～2.5：3～3.5，例如1：2：3、2：2：3、1：2.3：3.3、1.3：2.3：3.3、1.5：2.5：3.5。
在本发明所述的方法中，为了确保反应制得的合金不被空气污染造成氧化和氮化，反应结束后，需要向反应器内通入一段时间的保护气吹扫空气。
在具体实施方式中，所述保护气为氮气、氦气、氖气或氩气中的至少一种，优选为氩气。
在具体实施方式中，在步骤(3)中，通入保护气的时间可以为9～10h，例如9h、9.5h或10h。
在本发明所述的方法中，反应结束后，为了防止合金未完全冷却，易被空气氧化氮化，需要将钒铝合金冷却足够长的时间再拆炉。
在具体实施方式中，在步骤(4)中，反应结束后，钒铝合金冷却72～120h后拆炉。
在优选实施方式中，在步骤(4)中，反应结束后，钒铝合金冷却80～100h后拆炉。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1
(1)以片状氧化钒和铝粒为原料，刚玉渣和氯酸钾为热量调控剂(氧化钒的粒度为5mm，铝粒的粒度为1mm，刚玉渣的粒度为3mm，氯酸钾为分析纯)，然后按单位炉料热量分别称取三份物料，并将每份物料中的原料氧化钒和铝粒与热量调控剂刚玉渣和氯酸钾混合均匀，然后按顺序倒入反应器炉体铺平，先倒入下层物料再中层物料最后上层物料，其中，上层物料热量为3300kJ/kg，中层物料热量为3200J/kg，下层物料热量为3000kJ/kg，上层、中层、下层物料重量比范围为：1：2：3；
(2)将反应器放置在冶炼台上，引燃埋在上层物料中的镁带触发反应，反应过程平稳可控；
(3)反应结束后，向反应器内充入保护气体氩气进行吹扫，氩气吹入时间为9h，防止空气进入引起合金氧化和氮化；
(4)以反应结束起算，冷却75h后拆炉，然后喷砂破碎处理，得到质量较高的钒铝合金成品。
实施例2
(1)以片状氧化钒和铝粒为原料，刚玉渣和氯酸钾为热量调控剂(氧化钒的粒度为3mm，铝粒的粒度为0.5mm，刚玉渣的粒度为1.5mm，氯酸钾为分析纯)，然后按单位炉料热量分别称取三份物料，并将每份物料中的原料氧化钒和铝粒与热量调控剂刚玉渣和氯酸钾混合均匀，然后按顺序倒入反应器炉体铺平，先倒入下层物料再中层物料最后上层物料，其中，上层物料热量为3350kJ/kg，中层物料热量为3250J/kg，下层物料热量为3050kJ/kg，上层、中层、下层物料重量比范围为：1.3：2.3：3.3；
(2)将反应器放置在冶炼台上，引燃埋在上层物料中的镁带触发反应，反应过程平稳可控；
(3)反应结束后，向反应器内充入保护气体氩气进行吹扫，氩气吹入时间为9.5h，防止空气进入引起合金氧化和氮化；
(4)以反应结束起算，冷却100h后拆炉，然后喷砂破碎处理，得到质量较高的钒铝合金成品。
实施例3
(1)以片状氧化钒和铝粒为原料，刚玉渣和氯酸钾为热量调控剂(氧化钒的粒度为2mm，铝粒的粒度为0.3mm，刚玉渣的粒度为1mm，氯酸钾为分析纯)，然后按单位炉料热量分别称取三份物料，并将每份物料中的原料氧化钒和铝粒与热量调控剂刚玉渣和氯酸钾混合均匀，然后按顺序倒入反应器炉体铺平，先倒入下层物料再中层物料最后上层物料，其中，上层物料热量为3400kJ/kg，中层物料热量为3300J/kg，下层物料热量为3200kJ/kg，上层、中层、下层物料重量比范围为：1.5：2.5：3.5；
(2)将反应器放置在冶炼台上，引燃埋在上层物料中的镁带触发反应，反应过程平稳可控；
(3)反应结束后，向反应器内充入保护气体氩气进行吹扫，氩气吹入时间为10h，防止空气进入引起合金氧化和氮化；
(4)以反应结束起算，冷却90h后拆炉，然后喷砂破碎处理，得到质量较高的钒铝合金成品。
对比例1
按照实施例1的方法实施，不同的是，上层物料的热量为3200kJ/kg。
对比例2
按照实施例2的方法实施，不同的是，上层物料的热量为3000kJ/kg。
对比例3
按照实施例2的方法实施，不同的是，下层物料的热量为3300kJ/kg。
测试例
测量实施例1-3和对比例1-3中得到的钒铝合金成品的成分组成以及成品率等，测试结果如表1所示。
表1
Figure BDA0003277814090000071
从表1中的结果可以看出，按照本发明所述的方法制备钒铝合金，得到的产品杂质含量更低，尤其是O、N含量更低，并且成品率更高。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种控制钒铝合金冶炼过程的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将物料C、物料B和物料A按照从下到上的顺序依次加入反应器炉体铺平，其中，物料A、物料B和物料C中均含有氧化钒、铝粒、刚玉渣和氯酸钾，并且物料A、物料B和物料C中氧化钒和铝粒的用量均相同，物料A的单位炉料热量为3300～3400kJ/kg，物料B的单位炉料热量为3200～3300kJ/kg，物料C的单位炉料热量为3000～3200kJ/kg，物料A、物料B和物料C的重量比为1～1.5：2～2.5：3～3.5；
(2)将反应器置于冶炼台上进行反应，得到钒铝合金和炉渣；
(3)反应结束后，向反应器内通入保护气进行吹扫；
(4)待钒铝合金冷却后拆炉，然后进行喷砂破碎处理，得到钒铝合金成品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，物料A、物料B和物料C中，氧化钒的粒度≤5mm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，物料A、物料B和物料C中，铝粒的粒度≤1mm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，物料A、物料B和物料C中，刚玉渣的粒度≤3mm。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其特征在于，物料A中埋有镁带。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保护气为氮气、氦气、氖气或氩气中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，通入保护气的时间为9～10h。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，反应结束后，钒铝合金冷却72～120h后拆炉。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，反应结束后，钒铝合金冷却80～100h后拆炉。
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