一种钒铝合金的制备方法与流程

1.本发明属于钒合金冶炼技术领域，特别涉及到一种钒铝合金的制备方法。


背景技术：

2.钒铝合金是生产钛合金的重要原料。随着国家高质量发展和高端材料自主可控战略的实施，国内高质量、高性能钛合金材料的生产和消费量成几何级数增长。我国钛合金材料近年均增长率超过20％，随着钛合金应用日益广泛，钒铝合金也将迎来巨大的市场需求。
3.钒铝合金的冶炼过程是钒铝合金制备技术中最重要的一个工艺环节。国内外比较普遍的钒铝合金冶炼是将过氧化钡和铝粉(或氯酸钾和铝粉、或镁粉)按一定比例混合，放置在钒铝反应物料中通过引燃物料使反应进行来制备钒铝合金。在该技术中使用的过氧化钡、氯酸钾是具有强氧化、有毒、有腐蚀性的物质，铝粉和镁粉是易燃易爆物质，使用和储存存在很大的安全风险。
4.因此，亟需研发一种高效、安全无毒、无害的钒铝合金制备方法。


技术实现要素：

5.为了解决现有的技术问题，本发明提出了一种钒铝合金的制备方法，该方法能高效、安全无毒、无害地制备钒铝合金。
6.根据本发明的一个方面，提供一种钒铝合金的制备方法，该方法包含以下步骤：
7.按预定配比配制钒铝合金冶炼炉料；
8.将配制完成的钒铝合金冶炼炉料加入冶炼炉内，将炉内物料耙平；
9.将预定量的钛粉平铺在炉料的上表面上方；
10.用燃烧火苗引燃钛粉以使炉内炉料进行铝热反应；
11.在铝热反应之后拆开冶炼炉的炉体，将制得的合金和炉渣分离，获得钒铝合金。
12.根据本发明的一个实施例，钛粉的粒度不超过200目，纯度不低于99％。
13.根据本发明的一个实施例，按预定配比配制钒铝合金冶炼炉料包括称取预定配比的铝粉和五氧化二钒并将两者混合均匀。
14.根据本发明的一个实施例，铝粉和五氧化二钒的重量比为25～35：50～65。
15.根据本发明的一个实施例，钛粉在炉料上方的平铺面积不低于50mm。
16.根据本发明的一个实施例，燃烧火苗包括火把或煤气火焰。
17.根据本发明的一个实施例，该方法进一步包括在铝热反应之后待炉体冷却48小时后且炉内温度低于150℃时再拆开炉体。
18.根据本发明的一个实施例，利用风冷和/或水冷冷却炉体。
19.根据本发明的一个实施例，该方法进一步包括将分离后的合金表面的附渣去除，精整去除结晶缺陷部分，喷砂去除表面氧化膜，再利用破碎系统破碎至所需尺寸。
20.根据本发明的一个实施例，该方法进一步包括将破碎后的合金颗粒进行分筛，再通过人工或机器分选，将残留带有氧化膜的合金颗粒剔除，得到钒铝合金产品。
21.由于采用以上技术方案，本发明具有如下有益效果：
22.(1)通过综合优化炉料和钛粉的铺设方式，使得铝热反应进行地更充分完全；
23.(2)采用钛粉代替现有技术中的过氧化钡等强氧化、有毒、有腐蚀性的物质，制备工艺更加安全、无毒、无害；
24.(3)钛粉具有高密度、高燃烧焓、燃烧快等优点，使铝热反应更加高效且残留量低，避免在制备的钒铝合金中引入杂质。
附图说明
25.图1为根据本发明的钒铝合金的制备方法的流程图。
具体实施方式
26.以下结合附图对本公开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公开，并不用于限制本公开。
27.本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
28.此外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
29.本发明提供了一种钒铝合金的制备方法。该方法能有效的缩短工艺流程，减少杂质带入。本发明的钒铝合金的制备方法安全、无毒、无害。
30.图1示出了根据本发明的钒铝合金的制备方法的流程图。
31.如图所示，在步骤s1中，按预定配比配制钒铝合金冶炼炉料。具体地，称取预定配比的铝粉和五氧化二钒并将两者混合均匀。例如，可以称取重量比为25～35：50～65的铝粉和五氧化二钒，将两者放入球磨机中球磨混合约10小时。其中铝粉可以为纯度高于99.5％的高纯铝粉，粒度在5mm以下。五氧化二钒可以选用纯度高于99％的五氧化二钒，粒度在200目以下。
32.在步骤s2中，将配制完成的钒铝合金冶炼炉料加入冶炼炉内，将炉内物料耙平。炉料层高度可以为500～700mm，堆放直径可以为900～1100mm。当所制备的钒铝合金是alv55时，冶炼炉可以采用石墨坩埚、刚玉坩埚以及湿法打结炉。当所制备的钒铝合金是alv65和alv85时，由于alv65和alv85的熔点和硬度较高，无法用散热较快的石墨坩埚冶炼，需要使用保温性能良好的耐火材料炉体，例如湿法打结炉或者干法打结炉。
33.在步骤s3中，将预定量的钛粉平铺在炉料的上表面上方。其中，钛粉的粒度不超过200目，纯度不低于99％。铺设区域直径可以为50mm～500mm区域。但本发明并不限于此范围，铺设面积可以根据炉膛面积而变化。炉膛内径越大，相应的钛粉用量和铺平面积也增大，这样有利于炉料迅速充分反应。
34.在步骤s4中，用燃烧火苗引燃钛粉以使炉内炉料进行铝热反应。燃烧火苗可以是
如火把、煤气火焰等。炉料在钛粉引燃后迅速剧烈反应。全部炉料一般在60秒内反应完毕，冶炼反应产生的熔渣和合金液在炉膛内自动实现分离，合金液沉集在炉体内底部，炉渣聚在合金上面。
35.可选地，在步骤s5中，将炉体冷却48小时，待炉内温度低于150℃后，拆开炉体，将合金和炉渣分离，清理合金表面的附渣。其中，为加快炉体合金和炉渣的冷却，可对炉体强制风冷和水冷。
36.可选地，在步骤s6中，将分离清理后的合金进行精整去除结晶缺陷部分，然后喷砂去除表面氧化膜，进入破碎、筛分系统，得到用户要求粒度的合金颗粒，再通过人工或机器分选，将残留带有氧化膜的合金颗粒剔除，得到钒铝合金产品。
37.以下为依据本发明的钒铝合金的制备方法的具体实施例。
38.实施例1
39.按铝粉和五氧化二钒的重量比为25：50称取铝粉和五氧化二钒，放入混料罐中混合10小时，配制成钒铝合金冶炼炉料。称取1500kg配制好的炉料放入冶炼炉内耙平。取纯度为99％的钛粉(粒度小于200目)300g，铺平在炉料上面。炉料层高度700mm，堆放直径1100mm，钛粉铺平为直径约200mm的区域。将冶炼炉运入冶炼反应室，用煤气燃烧火苗引燃钛粉，炉料自热反应迅速进行，冶炼反应进行约52秒完成。静置约48小时，自然冷却至150℃以下后，拆开炉体，分离其中的炉渣和合金，得到750kg结晶完好、光亮、无气孔、无夹渣、易破碎的钒铝合金。合金成分符合相应标准，每吨钒铝合金单耗钛粉0.4kg。
40.实施例2
41.按铝粉和五氧化二钒的重量比为30：65称取铝粉和五氧化二钒，放入混料罐中混合11小时，配制成钒铝合金冶炼炉料。称取2000kg配制好的炉料放入冶炼炉内耙平。取纯度为99.2％的钛粉(粒度小于220目)500g，铺平在炉料上面。炉料层高度800mm，堆放直径1200mm，钛粉铺平为直径约300mm的区域。将冶炼炉运入冶炼反应室，用煤气燃烧火苗引燃钛粉，炉料自热反应迅速进行，冶炼反应进行约48秒完成。静置约50小时，自然冷却至150℃以下后，拆开炉体，分离其中的炉渣和合金，得到1000kg结晶完好、光亮、无气孔、无夹渣、易破碎的钒铝合金。合金成分符合相应标准，每吨钒铝合金单耗钛粉0.5kg。
42.实施例3
43.按铝粉和五氧化二钒的重量比为35：60称取铝粉和五氧化二钒，放入混料罐中混合12小时，配制成钒铝合金冶炼炉料。称取1000kg配制好的炉料放入冶炼炉内耙平。取纯度为99.5％的钛粉(粒度小于250目)200g，铺平在炉料上面。炉料层高度500mm，堆放直径800mm，钛粉铺平为直径约150mm的区域。将冶炼炉运入冶炼反应室，用煤气燃烧火苗引燃钛粉，炉料自热反应迅速进行，冶炼反应进行约55秒完成。静置约48小时，自然冷却至150℃以下后，拆开炉体，分离其中的炉渣和合金，得到600kg结晶完好、光亮、无气孔、无夹渣、易破碎的钒铝合金。合金成分符合相应标准，每吨钒铝合金单耗钛粉0.33kg。
44.以上实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。