專(zhuān)利名稱：釩鋁合金生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金領(lǐng)域，特別涉及釩鋁合金生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
釩鋁合金是一種用于鈦合金的基礎(chǔ)原料，當(dāng)前是繼釩在鋼中應(yīng)用之后的第二大應(yīng)用領(lǐng)域。Ti-6A1-4V(含V)和Ti-8Al-lMo-lV，這兩種鈦合金總共占鈦合金市場(chǎng)的 50wt%，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)所用的釩以釩鋁合金形式加入。日本、美國(guó)、英國(guó)等國(guó)家還在進(jìn)一步加大含釩鈦合金在民用工業(yè)中的應(yīng)用研究等。國(guó)際上生產(chǎn)釩鋁合金的企業(yè)主要有德國(guó)電冶金公司、美國(guó)雷丁(Reading)合金公司、美國(guó)戰(zhàn)略礦物公司子公司-美國(guó)釩公司、俄羅斯上薩爾達(dá)冶金生產(chǎn)聯(lián)合公司。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)釩鋁合金的企業(yè)有寶雞有色金屬加工廠、錦州鐵合金廠等幾家。這些企業(yè)均以五氧化二釩為原料，采用鋁熱法生產(chǎn)釩鋁合金。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惰性物資(俗稱消熱劑)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Fe、Si、P和重金屬元素，這樣就給產(chǎn)品的雜質(zhì)控制帶來(lái)更多的麻煩?，F(xiàn)有技術(shù)中也有使用三氧化二釩作原料生產(chǎn)釩鋁合金，但單純的使用三氧化二釩，不利于提高合金的純度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供釩鋁合金生產(chǎn)方法，該方法不用添加消熱劑、 助熱劑，且制得的產(chǎn)品Fe、Si含量在0. 30wt%以下。釩鋁合金生產(chǎn)方法，原料于反應(yīng)裝置中點(diǎn)火還原制得釩鋁合金和爐渣，原料為氧化釩和金屬鋁，氧化釩由三氧化二釩和五氧化二釩組成，氧化釩中V 0=1 1.60 2. 40(原子個(gè)數(shù)比)。優(yōu)選的，氧化釩中V 0=1 1.70 2. 30。優(yōu)選的，五氧化二釩與金屬鋁的重量配比為1. 68 1. 89 1。金屬鋁的配入量是理論反應(yīng)用量的1. 05 1. 20倍(理論量為五氧化二釩與金屬鋁恰好完全反應(yīng)生成金屬釩所用的鋁量，每Ikg五氧化二釩需0. 49kg金屬鋁)。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，所述氧化釩的純度> 99. 5wt%, 所述金屬鋁的純度≥99. 7wt%。反應(yīng)不需要加熱。點(diǎn)火所用的點(diǎn)火劑為過(guò)氧化鋇、氯酸鉀，點(diǎn)火劑使用時(shí)與鋁粉組成混合物。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)氧化鋇純度為分析純。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。最終釩鋁合金含V 75 85wtFe ^ 0. 30wtSi ^ 0. 30wt%，滿足后續(xù)進(jìn)一步加工的需要。其該方法工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，特別適合批量大規(guī)模生產(chǎn)，同時(shí)調(diào)整適當(dāng)?shù)脑吓浔?，可不用添加消熱劑和助熱劑，避免了?duì)合金成分的污染。由于三氧化二釩與金屬鋁反應(yīng)放出的熱量不足維持反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，需另外加助熱劑以提供熱量促使反應(yīng)的進(jìn)行。以五氧化二釩為原料放出的熱量太大造成大量物料噴濺收率降低，需加入消熱劑緩解反應(yīng)的進(jìn)行，這樣兩種情況都容易造成污染反應(yīng)物，影響合金的純度。因此本發(fā)明尋找到了一個(gè)足以維持反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行、熱量又不大量過(guò)剩的平衡點(diǎn)，即使用適當(dāng)氧釩比例的氧化釩為原料，反應(yīng)放出的熱量介于三氧化二釩和五氧化二釩分別與鋁反應(yīng)的熱量之間，同時(shí)爐襯又采用自身反應(yīng)的高Al2O3含量的爐渣，這樣就不必為消熱劑、 助熱劑和爐襯材料引入雜質(zhì)而煩惱。該方法工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，可批量大規(guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)品 Fe、Si含量由于無(wú)外來(lái)雜質(zhì)污染所以均可以控制在釩鋁合金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中要求的0. 30wt% 以下。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體技術(shù)解決方案實(shí)施例1將三氧化二釩、五氧化二釩配制成IOOkg原料，原料氧化釩中V 0=1 2，鋁粉加入量為理論反應(yīng)用量的1.30倍，以過(guò)氧化鋇為引燃物，在鋁熱還原反應(yīng)爐中進(jìn)行鋁熱還原反應(yīng)，102秒鐘反應(yīng)結(jié)束。鋁熱反應(yīng)完成后，得到74kg釩鋁合金產(chǎn)品，其中含V 80. 2wt%, Al 19. 3wt%, Fe 0. 24wt%, Si 0. 21wt%，余量是雜質(zhì)。反應(yīng)時(shí)反應(yīng)爐內(nèi)溫度為1650 1900°C，回收率為98.6%，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將三氧化二釩、五氧化二釩配制成IOOkg原料，原料氧化釩中V 0=1 2. 3，鋁粉加入量為理論反應(yīng)用量的1. 43倍，以過(guò)氧化鋇為引燃物，在鋁熱還原反應(yīng)爐中進(jìn)行鋁熱還原反應(yīng)，爐襯用前幾批次自身產(chǎn)生的爐渣制成，90秒鐘反應(yīng)結(jié)束。鋁熱反應(yīng)完成后，得到 71kg 釩鋁合金產(chǎn)品，其中含 V 75. 6wt%,Al 24. lwt%,Fe 0. 23wt%,Si 0. 22wt%，余量是雜質(zhì)。反應(yīng)時(shí)反應(yīng)爐內(nèi)溫度為1650 1950°C，回收率為97.7%，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將三氧化二釩、五氧化二釩配制成IOOkg原料，原料氧化釩中V 0=1 1.7，鋁粉加入量為理論反應(yīng)用量的1. 26倍，以過(guò)氧化鋇為引燃物，在鋁熱還原反應(yīng)爐中進(jìn)行鋁熱還原反應(yīng)，爐襯用前幾批次自身產(chǎn)生的爐渣制成，98秒鐘反應(yīng)結(jié)束。鋁熱反應(yīng)完成后，得到76kg 釩鋁合金產(chǎn)品，其中含 V 83. 9wt%,Al 15. 3wt%,Fe 0. 26wt%,Si 0. 23wt%，余量是雜質(zhì)。反應(yīng)時(shí)反應(yīng)爐內(nèi)溫度為1650 1850°C，回收率為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。
通過(guò)以上實(shí)施例1 3可知，本發(fā)明所獲得產(chǎn)品V含量在75 85wt%之間、 Fe ( 0. 3wt%, Si ( 0. 3wt%均符合下游工序繼續(xù)加工的需要。該方法具有產(chǎn)品雜質(zhì)含量低的優(yōu)點(diǎn)同時(shí)具有適合批量生產(chǎn)，工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)時(shí)間短、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.釩鋁合金生產(chǎn)方法，原料于反應(yīng)裝置中點(diǎn)火還原制得釩鋁合金和爐渣，其特征在于原料為氧化釩和金屬鋁，氧化釩由三氧化二釩和五氧化二釩組成，氧化釩中V 0 = 1 1. 60 2. 40。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩鋁合金生產(chǎn)方法，其特征在于氧化釩中V 0 =1 1. 70 2. 30。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩鋁合金生產(chǎn)方法，其特征在于五氧化二釩與金屬鋁的重量配比為1. 68 1. 89 1。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的釩鋁合金生產(chǎn)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所述的釩鋁合金生產(chǎn)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)氧化鋇或氯酸鉀。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的釩鋁合金生產(chǎn)方法，其特征在于點(diǎn)火劑為過(guò)氧化鋇。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的釩鋁合金生產(chǎn)方法，其特征在于點(diǎn)火劑用量為原料總重的2 5%0。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7任一項(xiàng)所述的釩鋁合金生產(chǎn)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，特別涉及釩鋁合金生產(chǎn)方法。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供釩鋁合金生產(chǎn)方法，該方法不用添加消熱劑、助熱劑，且制得的產(chǎn)品Fe、Si含量在0.30wt％以下。本發(fā)明釩鋁合金生產(chǎn)方法，原料于反應(yīng)裝置中點(diǎn)火還原制得釩鋁合金和爐渣，原料為氧化釩和金屬鋁，氧化釩由三氧化二釩和五氧化二釩組成，氧化釩中V∶O＝1∶1.70～2.30。最終釩鋁合金含V 75～85wt％、Fe≤0.30wt％、Si≤0.30wt％，滿足后續(xù)進(jìn)一步加工的需要。其該方法工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，特別適合批量大規(guī)模生產(chǎn)，同時(shí)調(diào)整適當(dāng)?shù)脑吓浔?，可不用添加消熱劑和助熱劑，避免了?duì)合金成分的污染。
文檔編號(hào)C22C1/02GK102181640SQ201110095229
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15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)研究院有限公司, 攀鋼集團(tuán)鋼鐵釩鈦股份有限公司