专利名称：一种高纯金属钒的生产方法
技术领域：
本发明属于金属冶炼领域，特别涉及一种高纯金属钒的生产方法。
背景技术：
高纯金属钒被称为金属“维生素”，具有熔点高、塑性好、良好的延展性、耐腐蚀等特点，用途十分广泛。金属钒是一种优异的合金添加剂，添加在合金钢中，能细化钢晶粒，从而增加钢的强度、韧性和耐磨性。此外，金属钒还具有良好的核物理性能，可以用作核燃料的包裹材料。目前，熔盐电解法是生产高纯金属钒的主要方法，该方法是利用含钒粗金属作为可溶性阳极，通过电化学精炼在阴极制取高纯金属钒。但熔盐电解法生产高纯金属钒生产能力小，人工耗费量大，以Φ200的熔盐电解炉为例，功率为15KW下，金属钒的产量只有
O.7kg/天；整个电解过程中需要大量的电能，能耗高，生产成本较高，制约了金属钒的应用领域；并且电解过程中产生K、Ca、Li三种废盐，对环境会造成污染，需要进行处理。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种生产能力大、生产成本低、节能环保的高纯金属f凡的生产方法。本发明的技术解决方案是
一种高纯金属钒的生产方法，其具体步骤是
1、钥；招合金的制备
以五氧化二钒为原料，以Al粉为还原剂，所述五氧化二钒与Al粉的质量比为100:44 100:50，采用炉外法冶炼，得钒铝合金锭；
2、钒铝合金锭的表面处理
将钒铝合金锭表面清理干净，切成形状均一的钒铝合金条，将钒铝合金条用氩弧焊焊接成与电子束熔炼炉进料尺寸相匹配的钒铝合金棒；
3、精炼
将钒铝合金棒送入电子束熔炼炉内，电子束熔炼炉抽真空至3 X 10_3Pa 6 X 10_2Pa，对电子束熔炼炉内水冷坩埚进行水冷，温度维持在20°C 60°C，设置高压为9kV 10kV，采用IOOOmA 1500mA的电子束流轰击钒铝合金棒，使其熔化流入水冷坩埚内，在3000°C 3400°C下，在水冷坩埚熔区内熔炼20min 30min，关闭电子束流，水冷坩埚内的金属钒液冷却凝固成金属钥;锭。所述钒铝合金锭的钒含量为92% 95%。所述f凡招合金棒长度为600mm 800mm。钒铝合金锭表面清理时，采用砂轮打磨。本发明的有益效果是钒铝合金棒进入电子束熔炼炉过程中，电子束轰击到钒铝合金棒上，使钒铝合金棒熔化，熔化过程中，低沸点杂质(铝、铁、铬等杂质)挥发掉，钒合金形成液滴流入水冷坩埚，电子束继续对水冷坩埚内钒合金加热，使水冷坩埚熔区内杂质进一步挥发，从而提高了产品纯度，生产过程中不引入其它杂质，产品纯度可达99. 5% 99. 9%，该方法生产周期短，生产能力大，对环境污染小，并能节约能源，生产成本大幅度地降低，适合工业化生产。
图I是本发明的钒铝合金棒示意图。
具体实施例方式实施例I
1、钥i招合金的制备 取20kg五氧化二钒原料，8. 8kg铝粉还原剂，加入铝热还原反应炉中，以镁削为点火齐[J，在2200°C下，进行炉外法冶炼，反应结束，得10. Ikg钒含量为95%的钒铝合金块；
2、钒铝合金块的表面处理
采用砂轮打磨将钒铝合金块表面清理干净，切成规格为400mmX 60mmX 30mm的钒铝合金条，将f凡招合金条用IS弧焊焊接成规格为600mmX 60mmX 60mm的f凡招合金棒，如图I所示；
3、精炼
将7. 2kg规格为600mmX60mmX60mm的钒铝合金棒送入电子束熔炼炉内，将电子束熔炼炉抽真空至6X10_2Pa，对电子束熔炼炉内水冷坩埚进行水冷，水温度维持在20°C，设置高压为10kV，采用1500mA的电子束流轰击钒铝合金棒使其熔化流入水冷坩埚内，熔化后，在3000°C下熔炼30min，关闭电子束流，冷水坩埚内的金属钒液冷却凝固成Φ60的金属钒锭6. 6kg，经检测，金属钒锭的钒含量为99. 5%。实施例2
1、钥；招合金的制备
取20kg五氧化二钒原料，IOkg铝粉还原剂，加入铝热还原反应炉中，以镁削为点火剂，在2200°C下，进行炉外法冶炼，反应结束，得10. 6kg钒含量为92%的钒铝合金块；
2、钒铝合金块的表面处理
采用砂轮打磨将钒铝合金块表面清理干净，切成规格为400mmX 60mmX 30mm的钒铝合金条，将f凡招合金条用IS弧焊焊接成规格为800mmX 60mmX 60mm的f凡招合金棒,如图I所示；
3、精炼
将9. 6kg规格为800mmX60mmX60mm的钒铝合金棒送入电子束熔炼炉内，将电子束熔炼炉抽真空至3X 10_3Pa，对电子束熔炼炉内水冷坩埚进行水冷，水温度维持在60°C，设置高压为9kV，采用1200mA的电子束流轰击钒铝合金棒使其熔化流入水冷坩埚内，熔化后，在3400°C下熔炼20min，关闭电子束流，冷水坩埚内的金属钒液冷却凝固成Φ60的金属钒锭
8.7kg，经检测，金属钒锭的钒含量为99. 9%。实施例3
I、钥；招合金的制备取20kg五氧化二钒原料，9. 5kg铝粉还原剂，加入铝热还原反应炉中，以镁削为点火齐[J，在2200°C下，进行炉外法冶炼，反应结束，得10. 3kg钒含量为93%的钒铝合金块；
2、钒铝合金块的表面处理
采用砂轮打磨将钒铝合金块表面清理干净，切成规格为400mmX 60mmX 30mm的钒铝合金条，将f凡招合金条用IS弧焊焊接成规格为800mmX 60mmX 60mm的f凡招合金棒，如图I所示；
3、精炼
将9. 3kg规格为800mmX60mmX60mm的钒铝合金棒送入电子束熔炼炉内，将电子束熔炼炉抽真空至I X IO-2Pa,对电子束熔炼炉内水冷坩埚进行水冷，水温度维持在40°C，设置高压为10kV，采用IOOOmA的电子束流轰击钒铝合金棒使其熔化流入水冷坩埚内，熔化后，在3200°C下熔炼25min，关闭电子束流，冷水坩埚内的金属钒液冷却凝固成Φ60的金属钒 锭8. 3kg，经检测，金属钒锭的钒含量为99. 7%。
权利要求
1. 一种高纯金属钒的生产方法，其特征在于具体步骤是 I. I、f凡招合金的制备 以五氧化二钒为原料，以Al粉为还原剂，所述五氧化二钒与Al粉的质量比为.100:44 100:50，采用炉外法冶炼，得钒铝合金锭； I. 2、钒铝合金锭的表面处理 将钒铝合金锭表面清理干净，切成形状均一的钒铝合金条，将钒铝合金条用氩弧焊焊接成与电子束熔炼炉进料尺寸相匹配的钒铝合金棒； .1.3、精炼 将钒铝合金棒送入电子束熔炼炉内，电子束熔炼炉抽真空至3 X 10_3Pa 6 X W2Pa,对电子束熔炼炉内水冷坩埚进行水冷，温度维持在20°C 60°C，设置高压为9kV 10kV，采用IOOOmA 1500mA的电子束流轰击钒铝合金棒，使其熔化流入水冷坩埚内，在3000°C 3400°C下，在水冷坩埚熔区内熔炼20min 30min，关闭电子束流，水冷坩埚内的金属钒液冷却凝固成金属钥;锭。
2.根据权利要求I所述的高纯金属钒的生产方法，其特征在于所述钒铝合金锭的钒含量为92% 95%。
3.根据权利要求I所述的高纯金属钒的生产方法，其特征在于所述钒铝合金棒长度为 600mm 800mm。
4.根据权利要求I所述的高纯金属钒的生产方法，其特征在于钒铝合金锭表面清理时，采用砂轮打磨。
全文摘要
一种高纯金属钒的生产方法，以五氧化二钒为原料，以Al粉为还原剂，采用炉外法冶炼，得钒铝合金锭；将钒铝合金锭表面清理干净，切成形状均一的钒铝合金条，将钒铝合金条用氩弧焊焊接成与电子束熔炼炉进料尺寸相匹配的钒铝合金棒；将钒铝合金棒送入电子束熔炼炉内，抽真空，采用电子束流轰击钒铝合金棒，使其熔化流入水冷坩埚内，在水冷坩埚熔区内熔炼，水冷坩埚内的金属钒液冷却凝固成金属钒锭。该方法生产周期短，生产能力大，对环境污染小，并能节约能源，生产成本大幅度地降低，生产过程中不引入其它杂质，产品纯度可达99.5%～99.9%，适合工业化生产。
文档编号C22B34/22GK102899510SQ201210426629
公开日2013年1月30日 申请日期2012年10月31日 优先权日2012年10月31日
发明者石政君 申请人:石政君