專(zhuān)利名稱(chēng)：釩鋁合金制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金領(lǐng)域，特別涉及釩鋁合金制備方法。
背景技術(shù)：
Ti-6A1_4V和Ti-8Al_lMo-lV這兩種鈦合金總共占鈦合金市場(chǎng)的50%，主要用于生產(chǎn)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、高速飛行器骨架和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)殼。鈦合金生產(chǎn)所用的釩是以釩鋁合金形式加入，釩鋁合金通常采用鋁熱法生產(chǎn)，以五氧化二釩、金屬鋁和惰性物質(zhì)(俗稱(chēng)消熱劑)為原料，一次性放入反應(yīng)裝置中點(diǎn)火還原制得釩鋁合金和爐渣，由于五氧化二釩與金屬鋁反應(yīng)放出大量的熱量，熱量大幅過(guò)剩、使反應(yīng)呈現(xiàn)爆炸性，在絕熱的情況下足以使體系的溫度升高到3000°C以上。因此，爐料中通常要配入一定量的消熱劑來(lái)控制反應(yīng)速度和反應(yīng)產(chǎn)物的溫升。由于消熱劑總是含有一定量的i^、Si、P和重金屬元素，因此生產(chǎn)出的釩鋁合金中雜質(zhì)含量較高。也有科研人員對(duì)鋁熱法做了改良，如中國(guó)專(zhuān)利CN200910117560. 4中公開(kāi)了一種釩鋁合金材料的制備方法，該法按質(zhì)量百分比計(jì)，稱(chēng)取粉末狀的Al 20 33. 1%，V2O5 50 66. 9%，在球磨機(jī)中混合8 16小時(shí)后，置于銅模具中用壓力機(jī)在60 80MPa的壓力下壓實(shí)，將裝有壓好的反應(yīng)物料的模具放于鋁熱反應(yīng)容器中，物料上放置引燃劑，用惰性氣體吹出殘余的空氣，在2 氬氣保護(hù)下，加熱到300°C左右進(jìn)行反應(yīng)，獲得釩鋁合金，按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，V為75 95%，Al為5. 0 25. 0%，S含量約0. 15%，!^e含量約0. 50%。但該方法由于鋁熱反應(yīng)在密閉的壓力容器中進(jìn)行，因此極大限制了釩鋁合金的產(chǎn)量，此外，由于要求設(shè)備的耐壓性能強(qiáng)，因此會(huì)提高制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種釩鋁合金制備方法，該方法生產(chǎn)成本低。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是釩鋁合金制備方法，以五氧化二釩和金屬鋁為原料，于反應(yīng)裝置中點(diǎn)火還原制得釩鋁合金和爐渣；反應(yīng)裝置進(jìn)料時(shí)采用連續(xù)給料的方式，進(jìn)料速度5 40kg/min，優(yōu)選為8 32kg/min。進(jìn)料速度過(guò)高容易引起噴濺， 造成安全問(wèn)題，同時(shí)也會(huì)降低金屬收率。為了充分利用反應(yīng)產(chǎn)生的爐渣，反應(yīng)裝置的爐襯用爐渣制成，可以減少雜質(zhì)的引入，有利于進(jìn)一步減少釩鋁合金中雜質(zhì)的含量。爐渣的主要成分為剛玉，即Al2O3，以前爐襯通常采用鎂砂即MgO進(jìn)行打結(jié)，由于容易帶進(jìn)Si等雜質(zhì)，所以用自身產(chǎn)生的爐渣作為爐襯材料更能保證合金的純度。優(yōu)選的，五氧化二釩與金屬鋁的重量配比為1. 1 1.9 1。原料采用過(guò)量的Al 粒，可以在還原反應(yīng)過(guò)程中，通過(guò)Al粒與金屬釩的熔合形成釩鋁合金，在此過(guò)程中，不會(huì)引入其它雜質(zhì)，可以獲得雜質(zhì)含量較低的釩鋁合金。優(yōu)選的，為了進(jìn)一步減少釩鋁合金中雜質(zhì)的含量，所述五氧化二釩的純度彡99. 5%，所述金屬鋁的純度彡99. 7%。
優(yōu)選的，點(diǎn)火所用的點(diǎn)火劑為過(guò)氧化鋇和鋁粉的混合物。過(guò)氧化鋇純度為分析純。 使用時(shí)該混合物容易被鎂帶引燃發(fā)生反應(yīng)，作為副反應(yīng)產(chǎn)生熱量引發(fā)主反應(yīng)。點(diǎn)火劑用量對(duì)反應(yīng)的進(jìn)行影響不大，與現(xiàn)有技術(shù)中的用量近似，通常為原料總重的2 5%。，過(guò)氧化鋇和鋁粉的重量比優(yōu)選為3 4 1。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明釩鋁合金制備方法與現(xiàn)有工藝相比，未添加冷卻劑控制熱量，其成本更低，完全符合工業(yè)大生產(chǎn)的要求，且生產(chǎn)出的釩鋁合金中雜質(zhì)含量低， 最終釩鋁合金中，V 為 65 91wt%、Al 9 !35wt%、Fe 彡 0. 3wt%,Si 彡 0. 3wt%, Fe, Si 含量較低，所得合金純度更高，滿(mǎn)足后序進(jìn)一步加工的要求。本發(fā)明方法直接在反應(yīng)爐中進(jìn)行，采用連續(xù)給料方式，即每時(shí)每刻都在進(jìn)料，因?yàn)?V2O5與Al粉反應(yīng)放出大量的熱量，熱量過(guò)剩，因此以一定的加料速度使反應(yīng)體系放出的熱量和環(huán)境吸收的熱量達(dá)到到一個(gè)足以維持反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行且熱量又不過(guò)剩的平衡點(diǎn)，使給料反應(yīng)產(chǎn)生的熱量與反應(yīng)裝置散失的熱量相平衡，避免了生產(chǎn)過(guò)程中爐料的噴濺，有利于產(chǎn)率的提高、生產(chǎn)成本降低。并且不需要加入消熱劑，可以減少雜質(zhì)的引入，有利于減少釩鋁合金中雜質(zhì)的含量，生產(chǎn)成本較低。此外由于反應(yīng)控制的較溫和，使產(chǎn)生的副產(chǎn)物氣體能夠回收處理，有利于環(huán)境的清潔，讓生產(chǎn)更加環(huán)保。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明實(shí)施例1取IOOkg五氧化二釩，55. 6kg鋁粒為原料，五氧化二釩與鋁粒的重量配比為 1.8 1，以分析純過(guò)氧化鋇和鋁粉的混合物為點(diǎn)火劑，過(guò)氧化鋇為230g，鋁粉70g，放在原料上面使用少量爐料包裹，點(diǎn)燃后利用其反應(yīng)產(chǎn)生的熱量引發(fā)主反應(yīng)。在鋁熱還原反應(yīng)爐 (爐襯由爐渣制作)中進(jìn)行鋁熱還原反應(yīng)，進(jìn)料速度31. 12kg/min，每分鐘進(jìn)料量占原料總重量的20%，5min后進(jìn)完料，鋁熱反應(yīng)5min左右完成后，得到62. Ikg釩鋁合金產(chǎn)品，其中含V 90wt%, Al 9. 4wt%, Fe 0. 25wt%, Si 0. 21wt%，余量是雜質(zhì)元素。反應(yīng)時(shí)反應(yīng)爐內(nèi)溫度為1700 3000°C，產(chǎn)率為97. 3%，副產(chǎn)物氣體主要為反應(yīng)物的煙塵包含粉釩的揮發(fā)物和鋁粒的蒸汽等，使用收塵罩進(jìn)行布袋收塵。實(shí)施例2取IOOkg五氧化二釩，63. 6kg鋁粒為原料，五氧化二釩與鋁粒的重量配比為 1.57 1，以分析純過(guò)氧化鋇和鋁粉的混合物為點(diǎn)火劑，過(guò)氧化鋇為310g，鋁粉90g，放在原料上面使用少量爐料包裹，點(diǎn)燃利用其反應(yīng)產(chǎn)生的熱量引發(fā)主反應(yīng)。在鋁熱還原反應(yīng)爐 (爐襯由爐渣制作)中進(jìn)行鋁熱還原反應(yīng)，進(jìn)料速度16. 36kg/min，每分鐘進(jìn)料量占原料總重量的10%，IOmin后進(jìn)完料，鋁熱反應(yīng)IOmin左右完成。得到65. 75kg釩鋁合金產(chǎn)品，其中含V 85wt%, Al 14. 5wt%, Fe 0. 22wt%, Si 0. 20wt%，余量是雜質(zhì)元素。反應(yīng)時(shí)反應(yīng)爐內(nèi)溫度為1700 3000°C，產(chǎn)率為98. 1 %，副產(chǎn)物氣體主要為反應(yīng)物的煙塵包含粉釩的揮發(fā)物和鋁粒的蒸汽等，使用收塵罩進(jìn)行布袋收塵。實(shí)施例3取IOOkg五氧化二釩，83. 3kg鋁粒為原料，五氧化二釩與鋁粒的重量配比為 1.2 1，以分析純過(guò)氧化鋇和鋁粉的混合物為點(diǎn)火劑，過(guò)氧化鋇為385g，鋁粉115g，放在原料上面使用少量爐料包裹，點(diǎn)燃利用其反應(yīng)產(chǎn)生的熱量引發(fā)主反應(yīng)。在鋁熱還原反應(yīng)爐 (爐襯由爐渣制作)中進(jìn)行鋁熱還原反應(yīng)，進(jìn)料速度9. 165kg/min，每分鐘進(jìn)料量占原料總重量的5%，20min后進(jìn)完料，鋁熱反應(yīng)20min左右完成。得到89. 8kg釩鋁合金產(chǎn)品，其中含V 65wt%,Al 34wt%,Fe 0. 26wt%,Si 0. 23wt%，余量是雜質(zhì)元素。反應(yīng)時(shí)反應(yīng)爐內(nèi)溫度為1700 3000°C，產(chǎn)率為98. 9%，副產(chǎn)物氣體主要為反應(yīng)物的煙塵包含粉釩的揮發(fā)物和鋁粒的蒸汽等，使用收塵罩進(jìn)行布袋收塵。
權(quán)利要求
1.釩鋁合金制備方法，其特征在于以五氧化二釩和金屬鋁為原料，于反應(yīng)裝置中點(diǎn)火還原制得釩鋁合金和爐渣，反應(yīng)裝置進(jìn)料時(shí)采用連續(xù)給料的方式，進(jìn)料速度5 40kg/ min0
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩鋁合金制備方法，其特征在于進(jìn)料速度8 32kg/min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩鋁合金制備方法，其特征在于五氧化二釩與金屬鋁的重量配比為1. 1 1.9 1。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的釩鋁合金制備方法，其特征在于所述五氧化二釩的純度彡99. 5%，所述金屬鋁的純度彡99. 7%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩鋁合金制備方法，其特征在于點(diǎn)火時(shí)使用點(diǎn)火劑，點(diǎn)火劑為過(guò)氧化鋇和鋁粉的混合物，過(guò)氧化鋇和鋁粉的重量比為3 4 1。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的釩鋁合金制備方法，其特征在于點(diǎn)火劑用量為原料總重的 2 5%0。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6任一項(xiàng)所述的釩鋁合金制備方法，其特征在于所述反應(yīng)裝置的爐襯用爐渣制成。
全文摘要
本發(fā)明屬于冶金領(lǐng)域，特別涉及釩鋁合金制備方法。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種釩鋁合金制備方法，該方法成本低、得到的合金純度高。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是釩鋁合金制備方法，以五氧化二釩和金屬鋁為原料，于反應(yīng)裝置中點(diǎn)火還原制得釩鋁合金和爐渣；反應(yīng)裝置進(jìn)料時(shí)采用連續(xù)給料的方式，進(jìn)料速度5～40kg/min。本發(fā)明釩鋁合金制備方法與現(xiàn)有工藝相比，未添加冷卻劑控制熱量，其成本更低，完全符合工業(yè)大生產(chǎn)的要求，且生產(chǎn)出的釩鋁合金中雜質(zhì)含量低，最終釩鋁合金中，V為65～91wt％、Al 9～35wt％、Fe≤0.3wt％、Si≤0.3wt％，所得合金純度更高，滿(mǎn)足后序進(jìn)一步加工的要求。
文檔編號(hào)C22B5/04GK102154569SQ20111006603
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月18日
發(fā)明者付自碧, 劉豐強(qiáng), 周芳, 孫朝暉, 孟偉巍, 李千文, 王永剛, 陳海軍, 鮮勇 申請(qǐng)人:攀鋼集團(tuán)攀枝花鋼釩有限公司, 攀鋼集團(tuán)攀枝花鋼鐵研究院有限公司, 攀鋼集團(tuán)研究院有限公司, 攀鋼集團(tuán)鋼鐵釩鈦股份有限公司