工业冶炼钒铝合金的制备方法与流程

1.本发明涉及一种工业冶炼钒铝合金的制备方法，属于钒合金生产冶炼技术领域。


背景技术：

2.钒铝合金是制备飞机骨架和发动机的钛合金ti
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4v和ti
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1v的主要中间合金，钛合金中的钒是以钒铝合金的形式加入，我国主要采用钒铝合金制备ti
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4v。钒铝合金与金属钛重熔制备含钒钛合金，其质量的优劣直接影响航空航天用钛合金的性能。
3.钒铝合金采用铝热法冶炼以后，在空气中静置冷却，由于冷却的过程缓慢，一方面造成合金冷却缓慢，影响工序生产效率，另一方面空气中大量的氧气、氮气进入合金裂缝，造成钒铝合金氧化氮化严重，产品质量下降。现有制备方法主要有一步法、电铝热法等，冷却过程的冷却装置一般在反应炉体上，通过冷却剂带走热量以达到降温冷却的目地。而对于采用自蔓延铝热法生产钒铝合金，冶炼前需要打结耐火层，取合金需要拆炉破坏耐火层，操作复杂易混入杂质，增加了冶炼成本。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是解决现有自蔓延铝热法生产钒铝合金，冶炼前需要打结耐火层，取合金需要拆炉破坏耐火层，成本高。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：工业冶炼钒铝合金的制备方法，包括如下步骤：
6.a、混料，将五氧化二钒与铝粒按质量比10:8.8～9.2或10:7.4～7.8混合；
7.b、反应和准备冷却装置，将步骤a制得的混合物倒入反应炉中，点火使得两者发生铝热反应，将冷却装置的活动侧壁和炉盖从固定侧壁上分离；所述冷却装置为桶状结构，且外壁上设置有冷却盘管，冷却装置的侧壁包括可拆卸连接的固定侧壁和活动侧壁，固定侧壁与底面连成一体，冷却装置的上端设置有炉盖，炉盖上设置有进气口；
8.c、放置反应炉，将反应后的反应炉置于固定侧壁和底面形成的空腔中，并将活动侧壁和炉盖与固定侧壁连接；
9.d、冷却，将冷却盘管的进口与冷却液连通，出口与排水管连通，将进气口与保护气连通；
10.e、开炉取样，当反应炉温度达到目标温度后，关闭冷却液开关和保护气开关，打开炉盖和活动侧壁，取出反应炉制得钒铝合金。
11.其中，上述装置中所述步骤b、c和e中的反应炉为一次性打结炉子。
12.其中，上述装置中步骤b中冷却装置的活动侧壁与固定侧壁由可拆卸的铰链连接。
13.其中，上述装置中步骤b中的冷却盘管的进、出口上下间隔设置，且下端为进口，上端为出口。
14.其中，上述装置中步骤b中的冷却盘管分别设置在固定侧壁和活动侧壁上，且固定
侧壁和活动侧壁上的冷却盘管的进口和出口均位于连接处的同一侧。
15.其中，上述装置中步骤b中设置在固定侧壁和活动侧壁上的冷却盘管沿连接处对称分布。
16.其中，上述装置中步骤d中固定侧壁的进口和出口分别直接与冷却液和排水管相连，活动侧壁的进口和出口通过金属软管分别与冷却液和排水管相连。
17.其中，上述方法中步骤e中炉盖打开前可通过红外测温枪进行测温检测。
18.本发明的有益效果是：本方法通过冷却剂带走反应容器热量以达到降温冷却的目地，在氩气保护条件下进行冷却，装置符合工厂生产需求，简洁、易维护、操作便捷，能适应现有钒铝合金工艺，也能适应钒铁工艺，能够缩短冷却时间，降低氧化氮化率，提高产品合格率，具有显著的社会效益和经济效益。
附图说明
19.图1为本发明的冷却装置正视结构示意图；
20.图2为本发明图1左视结构示意图；
21.图3为本发明图1俯视结构示意图。
22.图中标记为：1是出口，2是冷却盘管，3是铰链，4是进口，5是炉盖，6是进气口，7是固定侧壁，8是活动侧壁。
具体实施方式
23.下面结合附图对本发明进一步说明。
24.如图1至图3所示，本发明的工业冶炼钒铝合金的制备方法，包括如下步骤：
25.a、混料，将五氧化二钒与铝粒按质量比10:8.8～9.2或10:7.4～7.8混合；
26.b、反应和准备冷却装置，将步骤a制得的混合物倒入反应炉中，点火使得两者发生铝热反应，将冷却装置的活动侧壁8和炉盖5从固定侧壁7上分离；所述冷却装置为桶状结构，且外壁上设置有冷却盘管2，冷却装置的侧壁包括可拆卸连接的固定侧壁7和活动侧壁8，固定侧壁7与底面连成一体，冷却装置的上端设置有炉盖5，炉盖5上设置有进气口6；
27.c、放置反应炉，将反应后的反应炉置于固定侧壁7和底面形成的空腔中，并将活动侧壁8和炉盖5与固定侧壁7连接；
28.d、冷却，将冷却盘管2的进口4与冷却液连通，出口1与排水管连通，将进气口6与保护气连通；
29.e、开炉取样，当反应炉温度达到目标温度后，关闭冷却液开关和保护气开关，打开炉盖5和活动侧壁8，取出反应炉制得钒铝合金。本领域技术人员能够理解的是，本方法的步骤a中五氧化二钒与铝粒的质量比为10:8.8～9.2或10:7.4～7.8两种，其实质是主要用于制作两种不同牌号的得钒铝合金，同时采用上述比例制得得钒铝合金合格率较高。本方法的冷却装置主要用于外冷反应炉，其尺寸应与反应炉适配且形状相似，为了方便反应炉快速放置在冷却装置中，本方法还优选冷却装置为桶状结构，并在其桶状外壁上设置有冷却盘管2，而进一步优选冷却装置的侧壁包括可拆卸连接的固定侧壁7和活动侧壁8，固定侧壁7与冷却装置底面连成一体，冷却装置的上端设置有炉盖5，炉盖5上设置有进气口6，在铝热反应得同时还将活动侧壁8和炉盖5从固定侧壁7上分离，方便反应炉得放置。而炉盖5的主
要目地是通入保护气体，防止空气大量氧化氮化产品，用于工业制作时，由于反应炉尺寸大且反应后温度高，故炉盖5只需盖在冷却装置上端即可。
30.优选的，上述装置中所述步骤b、c和e中的反应炉为一次性打结炉子。本领域技术人员能够理解的是，本方法优选反应炉为一次性打结炉子，耐高温不易损坏，且本方法不存在拆炉，故不会破坏打结层。
31.优选的，上述装置中步骤b中冷却装置的活动侧壁8与固定侧壁7由可拆卸的铰链3连接。本领域技术人员能够理解的是，为了方便活动侧壁8与固定侧壁7快速拆装，本装置优选冷却装置的活动侧壁8与固定侧壁7由可拆卸的铰链3连接，实际可在活动侧壁8连接端间隔设置倒l形插销，在固定侧壁7得连接端对应设置插管，通过将插销对应插入插管内实现活动侧壁8与固定侧壁7可拆卸的铰链3连接，而另一端则通过铁丝拧紧即可，本方法主要用于工业冷却，故实际密闭并不要求太高。同时由于进气口6持续通入保护气体，故始终保证冷却装置内部为微正压，防止空气大量氧化氮化产品。
32.优选的，上述装置中步骤b中的冷却盘管2的进、出口1上下间隔设置，且下端为进口4，上端为出口1。本领域技术人员能够理解的是，为了增加换热效率，本方法优选将冷却盘管2的进、出口1上下间隔设置，且下端为进口4，上端为出口1，这种设置可延长换热时间。
33.优选的，上述装置中步骤b中的冷却盘管2分别设置在固定侧壁7和活动侧壁8上，且固定侧壁7和活动侧壁8上的冷却盘管2的进口4和出口1均位于连接处的同一侧。本领域技术人员能够理解的是，优选将冷却盘管2分别设置在固定侧壁7和活动侧壁8上，便于布管和避免活动侧壁8上得冷却盘管2损坏，延长冷却盘管2使用寿命。为了方便接管本方法还优选固定侧壁7和活动侧壁8上的冷却盘管2的进口4和出口1均位于连接处的同一侧。同时为了增大换热效率，冷却盘管2应尽可能得覆盖固定侧壁7和活动侧壁8的外壁。
34.优选的，上述装置中步骤b中设置在固定侧壁7和活动侧壁8上的冷却盘管2沿连接处对称分布。本领域技术人员能够理解的是，为了避免拆装活动侧壁8影响冷却盘管2，本方法优选设置在固定侧壁7和活动侧壁8上的冷却盘管2沿连接处对称分布，也即是设置在固定侧壁7和活动侧壁8上的冷却盘管2沿铰链3对称分布。这种冷却盘管2的绕法是两侧壁按铰链3线对称分布，进口4与出口1均在铰链3一侧，这样可以减小开合侧壁对冷却管的影响。
35.优选的，上述装置中步骤d中固定侧壁7的进口4和出口1分别直接与冷却液和排水管相连，活动侧壁8的进口4和出口1通过金属软管分别与冷却液和排水管相连。本领域技术人员能够理解的是，优选冷却液为冷却水，外接水管通过三通管将水流一分为二，固定侧壁7的进口4直接与水管相连，活动侧壁8的进口4先与金属软管连接再与冷却液相连；固定侧壁7的出口1直接与排水管相连，活动侧壁8的出口1先与金属软管连接再与排水管相连，这种设置避免拆装活动侧壁8时，造成冷却盘管2接口处损坏。
36.优选的，上述方法中步骤e中炉盖5打开前可通过红外测温枪进行测温检测。本领域技术人员能够理解的是，本方法优选炉盖5打开前可通过红外测温枪进行测温检测，避免操作时误操做影响钒铝合金得质量。
37.实施例1
38.以制备alv55为目标，将五氧化二钒与铝粒质量按10:9比列混合均匀，混合料倒入反应炉内，点火发生铝热反应，等待反应结束；打开冷却装置，通过天车起重机将冶炼结束后的反应炉移到冷却装置中，关闭可活动侧壁8、炉盖5；打开冷却水开关调整水流量为40l/
min、打开保护氩气开关，等待反应炉冷却；当反应炉温度达到目标温度后，关闭冷却液开关和保护气开关，打开炉盖5和可移动炉体侧壁，取出反应炉。
39.经上述操作，冷却后得到的钒铝合金，冷却时间为36h，alv55合金合格率为53.3％。
40.实施例2
41.以制备alv55为目标，将五氧化二钒与铝粒质量按10:9比列混合均匀，混合料倒入反应炉内，点火发生铝热反应，等待反应结束；打开冷却装置，通过天车起重机将冶炼结束后的反应炉移到冷却装置中，关闭活动侧壁8、炉盖5；打开冷却水开关调整水流量为60l/min、打开保护气氩开关，等待反应炉冷却；当反应炉温度达到目标温度后，关闭冷却液开关和保护气开关，打开炉盖5和可移动炉体侧壁，取出反应炉。
42.经上述操作，冷却后得到的钒铝合金，冷却时间为32h，alv55合金合格率为53.1％。
43.对比例1
44.以制备alv55为目标，将五氧化二钒与铝粒质量按10:9比列混合均匀，混合料倒入反应炉内，点火发生铝热反应，等待反应结束；通过天车起重机将冶炼结束后的反应炉移到厂房冷却区，在空气中进行自然冷却。
45.经上述操作，冷却后得到的钒铝合金，冷却时间为60h，alv55合金合格率为49.8％。
46.通过实施例1、2和对比例2可知，经过冷却装置制得alv55合金合格率明显高于空冷条件下制得的alv65，且冷却时间更短，生产效率更高。
47.实施例3
48.以制备alv65为目标，将五氧化二钒与铝粒质量按10:7.6比列混合均匀，混合料倒入反应炉内，点火发生铝热反应，等待反应结束；打开冷却装置，通过天车起重机将冶炼结束后的反应炉移到冷却装置中，关闭可移动炉体侧壁、炉盖5；打开冷却水开关调整水流量为40l/min、打开保护气氩开关，等待反应炉冷却；当反应炉温度达到目标温度后，关闭冷却液开关和保护气开关，打开炉盖5和可移动炉体侧壁，取出反应炉。
49.经上述操作，冷却后得到的钒铝合金，冷却时间为36h，alv65合金合格率为62.9％。
50.对比例2
51.以制备alv65为目标，将五氧化二钒与铝粒质量按10:7.6比列混合均匀，混合料倒入反应炉内，点火发生铝热反应，等待反应结束；通过天车起重机将冶炼结束后的反应炉移到厂房冷却区，在空气中进行自然冷却。
52.经上述操作，冷却后得到的钒铝合金，冷却时间为60h，alv65合金合格率为61.2％。
53.通过实施例3和对比例2可知，经过冷却装置制得alv65合金合格率明显高于空冷条件下制得的alv65，且冷却时间更短，生产效率更高。