CN116182557A - 一种超高纯片剂五氧化二钒生产设备 - Google Patents

一种超高纯片剂五氧化二钒生产设备 Download PDF

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李鹏飞
熊健
刘秋生
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Abstract

本发明公开了一种超高纯片剂五氧化二钒生产设备，包括熔化炉炉体，所述熔化炉炉体的炉膛内设有预热区和高温区，所述预热区和所述高温区均包括多个温区，相邻的所述温区之间通过隔温部件分隔。本发明公开的超高纯片剂五氧化二钒生产设备，炉膛内分为预热区和高温区，且预热区和高温区均设置多个隔温部件，采用阶梯控温，利用温差控制五氧化二钒熔化速度，确保粉剂五氧化二钒充分熔化，避免成品中混入粉剂五氧化二钒。

Description

一种超高纯片剂五氧化二钒生产设备
技术领域
本发明涉及钒铝合金熔炼设备领域，尤其涉及一种超高纯片剂五氧化二钒生产设备。
背景技术
以Ti-6Al-4V(牌号TC4)为代表的钛合金具有优异的性能，在航空航天等领域具有重要的战略意义。钒铝合金作为生产钛合金的必备原料，其质量是决定TC4钛合金质量的关键因素。目前，全球只有少数几个国家掌握航空航天级钒铝合金熔炼技术，我国生产钒铝合金的原料五氧化二钒是通过将超高纯五氧化二钒粉剂转化成片剂后再使用，由于五氧化二钒粉剂是通过化工方法提纯得到，过程中杂质含量相对容易控制。然而在后续超高纯五氧化二钒粉剂转化成片剂过程是通过火法冶金实现，其杂质含量难以控制，我国超高纯片剂五氧化二钒存在杂质含量偏高的难题，尤其是其中硅、铁、碳含量极易超标，不能满足制备高品质钒铝合金(V2O5≥99.5％、其它单项杂质元素≤0.05％)的要求，因此研制出一种制备超高纯片剂五氧化二钒的设备显得尤为迫切。
申请号为201711348672.1的中国专利文献公开了一种宇航级片剂五氧化二钒的制备方法，介绍了快速熔化炉采用多点短距平焰加热、水冷炉底、拱形炉顶；申请号为201110082422.4的中国专利文献公开了一种熔化炉，通过设置喷射煤油和氧气的烧嘴进行加热，制备片剂五氧化二钒。两种方案中熔化炉设备都是采用燃油或燃气加热方式，这一类型的传统熔化炉设备在五氧化二钒相变过程中，存在以下问题：
(1)燃料燃烧过程中，造成产品含碳量偏高；
(2)燃料进入炉膛过程中产生扬尘，导致钒回收率降低；
(3)燃烧过程中，烧嘴四周温度高、远处温度低，炉膛内温度不均匀，熔融五氧化二钒易板结，熔化不充分，成品中易混入粉剂五氧化二钒；
(4)炉膛采用耐火砖砌筑，极易引入杂质(例如硅、铁等)；
(5)燃料不完全燃烧将产生一氧化碳，一氧化碳是还原剂，将部分五氧化二钒还原成四氧化二钒或三氧化二钒，导致产品混入低价钒。
综上所述，传统熔化炉设备存在钒回收率低、熔融五氧化二钒易板结、碳含量高、极易混入低价四氧化二钒或三氧化二钒等问题，严重制约我国超高纯片剂五氧化二钒的生产，无法满足航空级高品位钒铝合金的生产要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种有利于控制熔化速度，确保粉剂五氧化二钒充分熔化，避免成品中混入粉剂五氧化二钒的超高纯片剂五氧化二钒生产设备。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种超高纯片剂五氧化二钒生产设备，包括熔化炉炉体，所述熔化炉炉体的炉膛内设有预热区和高温区，所述预热区和所述高温区均包括多个温区，相邻的所述温区之间通过隔温部件分隔。
作为上述技术方案的进一步改进：所述预热区的温度为500～700℃，所述炉膛底部与所述预热区对应处的斜率为10～15°。
作为上述技术方案的进一步改进：所述高温区的温度为700～1000℃，所述炉膛底部与所述高温区对应处的斜率为5～10°。
作为上述技术方案的进一步改进：所述熔化炉炉体上设有多个进气口，各所述进气口与各所述温区一一对应布置。
作为上述技术方案的进一步改进：所述炉膛底部设有陶瓷内胆。
作为上述技术方案的进一步改进：所述炉膛内设有电阻加热装置。
作为上述技术方案的进一步改进：所述熔化炉炉体一侧设有进料装置，所述进料装置包括轨道台车及设于轨道台车上的储料仓和螺旋送料机，所述螺旋送料机与所述储料仓对接，所述储料仓内壁和所述螺旋送料机的输送管内壁均设有碳化钨涂层，所述出料仓还配设有振动器。
作为上述技术方案的进一步改进：所述轨道台车上还设有除尘器。
作为上述技术方案的进一步改进：所述隔温部件为无压烧结碳化硅方梁。
作为上述技术方案的进一步改进：所述熔化炉炉体另一侧设有出口加热装置和出料滑板，所述出料滑板对接有出料装置，所述出口加热装置的加热温度为500～800℃，所述出料滑板的斜率为5～10°。
作为上述技术方案的进一步改进：所述出口加热装置包括合金电阻丝及设于合金电阻丝外侧的多晶莫来石纤维材料保温层，所述出料滑板内壁设有碳化钨涂层。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明公开的超高纯片剂五氧化二钒生产设备，炉膛内分为预热区和高温区，且预热区和高温区均设置多个隔温部件，采用阶梯控温，利用温差控制五氧化二钒熔化速度，确保粉剂五氧化二钒充分熔化，避免成品中混入粉剂五氧化二钒。
附图说明
图1是本发明超高纯片剂五氧化二钒生产设备的结构示意图。
图中各标号表示：1、熔化炉炉体；10、炉膛；11、预热区；12、高温区；13、进气口；14、排气口；15、隔温部件；2、电阻加热装置；3、进料装置；30、轨道台车；31、储料仓；32、螺旋送料机；33、除尘器；4、出口加热装置；5、出料滑板；6、出料装置。
具体实施方式
如本部分和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。本部分中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
图1示出了本发明超高纯片剂五氧化二钒生产设备的一种实施例，利用本实施例的超高纯片剂五氧化二钒生产设备制备超高纯片剂五氧化二钒的工艺过程如下：
将超高纯粉剂五氧化二钒(纯度≥99.5％)，通过进料装置3输送至熔化炉炉体1，粉剂五氧化二钒经过高温熔化后，以熔融状态流出至出料装置6进行冷却收集。
其中，进料装置3包括储料仓31、螺旋送料机32、轨道台车30和除尘器33，储料仓31、螺旋送料机32和除尘器33均设于轨道台车30上，方便整体移动与熔化炉炉体1对接或分离，储料仓31和螺旋送料机32都采用304不锈钢材料制作，储料仓31内壁和输送管道内壁喷涂碳化钨涂层(图中未示出)，并在储料仓31侧壁上设置振动器(可以市场购买，图中未示出)，可以有效的防止物料粘壁造成进料不畅；除尘器33可以及时去除进料装置3工作时产生的粉尘(例如振动器的振动、螺旋送料机32的输送等)，保证设备所处环境的洁净度。
粉剂五氧化二钒在熔化炉炉体1内依次经过多级加热，最终以熔融状态从出料滑板5流出。炉膛10从右到左分为预热区11和高温区12两部分，预热区11和高温区12由多个温区组成，相邻温区之间通过隔温部件15(例如无压烧结碳化硅方梁等)分隔。炉膛10设置多个隔温锁口，采用阶梯控温，利用温差控制五氧化二钒熔化速度，确保粉剂五氧化二钒充分熔化，避免成品中混入粉剂五氧化二钒。炉膛10底部采用高纯陶瓷内胆，避免杂质污染五氧化二钒。其中，预热区11作用在于使粉剂五氧化二钒堆积和底层熔化，设定温度：500～700℃，通过改变预热区11各个温区温度，可以有效控制粉剂五氧化二钒的熔化速度，此外炉膛10底部对应预热区11的部位的斜率：10～15°，其斜率匹配熔融五氧化二钒粘滞系数，避免底部熔融五氧化二钒在炉膛10内部堆积；其中，高温区12的作用是使粉剂五氧化二钒充分熔化，设定温度：700～1000℃，炉膛10底部对应高温区12的部位的斜率：5～10°，高温区12的设定温度高于预热区11，炉膛10底部斜率低于预热区11，不仅可以延长物料停留时间，保证五氧化二钒的熔化完全，而且方便控制熔融五氧化二钒的出料速度。炉膛10内采用电阻加热装置2加热，温度均匀，控温精度高，有利于避免传统熔化炉设备的钒回收率低、易板结、碳含量高等问题。熔化炉炉体1上设置多个进气口13，每个温区对应一个进气口13，由于设置有多个进气口，进气口13通入充足氧气，保持炉膛10氧化气氛，确保炉膛10内部五氧化二钒纯度，避免产品混入低价钒。出口加热装置4的作用在于辅助加热，优选采用外热式合金电阻丝进行加热，合金电阻丝外侧采用优质多晶莫来石纤维材料作为保温层，保温效果优异，多晶莫来石纤维固定在不锈钢外壳内壁，出口加热装置4设定温度：500～800℃，可以有效防止熔融状态五氧化二钒在出料口遇冷堆积；出料滑板5采用316L不锈钢材料制作，表面同样喷涂碳化钨涂层，设定斜率：5～10°，其斜率同熔化炉炉体1的高温区12底部斜率一致，配合内壁的碳化钨涂层，可以保证熔融状态的五氧化二钒流动顺畅。
出料装置6的作用是熔融状态的五氧化二钒水冷成型。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种超高纯片剂五氧化二钒生产设备，包括熔化炉炉体(1)，其特征在于：所述熔化炉炉体(1)的炉膛(10)内设有预热区(11)和高温区(12)，所述预热区(11)和所述高温区(12)均包括多个温区，相邻的所述温区之间通过隔温部件(15)分隔。
2.根据权利要求1所述的超高纯片剂五氧化二钒生产设备，其特征在于：所述预热区(11)的温度为500～700℃，所述炉膛(10)底部与所述预热区(11)对应处的斜率为10～15°。
3.根据权利要求1所述的超高纯片剂五氧化二钒生产设备，其特征在于：所述高温区(12)的温度为700～1000℃，所述炉膛(10)底部与所述高温区(12)对应处的斜率为5～10°。
4.根据权利要求1所述的超高纯片剂五氧化二钒生产设备，其特征在于：所述熔化炉炉体(1)上设有多个进气口(13)，各所述进气口(13)与各所述温区一一对应布置。
5.根据权利要求1所述的超高纯片剂五氧化二钒生产设备，其特征在于：所述炉膛(10)底部设有陶瓷内胆。
6.根据权利要求1所述的超高纯片剂五氧化二钒生产设备，其特征在于：所述炉膛(10)内设有电阻加热装置(2)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的超高纯片剂五氧化二钒生产设备，其特征在于：所述熔化炉炉体(1)一侧设有进料装置(3)，所述进料装置(3)包括轨道台车(30)及设于轨道台车(30)上的储料仓(31)和螺旋送料机(32)，所述螺旋送料机(32)与所述出料仓(31)对接，所述储料仓(31)内壁和所述螺旋送料机(32)的输送管内壁均设有碳化钨涂层，所述储料仓(31)还配设有振动器。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的所述的超高纯片剂五氧化二钒生产设备，其特征在于：所述隔温部件(15)为无压烧结碳化硅方梁。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的超高纯片剂五氧化二钒生产设备，其特征在于：所述熔化炉炉体(1)另一侧设有出口加热装置(4)和出料滑板(5)，所述出料滑板(5)对接有出料装置(6)，所述出口加热装置(4)的加热温度为500～800℃，所述出料滑板(5)的斜率为5～10°。
10.根据权利要求9所述的超高纯片剂五氧化二钒生产设备，其特征在于：所述出口加热装置(4)包括合金电阻丝及设于合金电阻丝外侧的多晶莫来石纤维材料保温层，所述出料滑板(5)内壁设有碳化钨涂层。
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