[发明专利]一种高纯钒铝合金及其制备方法

说明书

技术领域

 本发明涉及钒铝合金制备技术领域，具体地说是一种用于生产高纯钒的钒铝合金及其制备方法。

背景技术

钒铝合金不仅是一种用于钛合金的基础原料，而且也是生产金属钒的原料之一。一般生产金属钒采用的原料均为钒含量较高的钒铝合金，一般是含钒量超过80%以上的钒铝合金，且杂质含量要低。目前，钒铝合金生产工艺一般是以五氧化二钒为原料，采用铝热法生产钒铝合金。需要说明的是，铝热法是一种利用铝的还原性获得高熔点金属单质的方法。一般将铝粉和一定量的高熔点金属氧化物混合后，引燃，可以看到反应物料在较高的温度下剧烈反应，反应放出大量的热，铝热反应十分激烈，所以点燃后难以熄灭，点燃之后很难控制反应过程。该反应是将炉料装入，并在点火后迅速产生高温（1700℃～3000℃）使得炉料处于熔融状态，渣相与金属分离，进而进行合金提炼。这种冶炼方式的优点在于不需输入电热，能耗低，比电弧炉冶炼法生产成本低。申请号为CN200910117560.4的中国专利公开了一种制备钒铝合金的方法，即采用球磨机混合后对物料压制后再反应的方式生产钒铝合金，申请号为CN201110066037.0的中国专利公开了一种制备钒铝合金的方法，所采用的技术方案是：以五氧化二钒和金属铝为原料，于反应装置中点火还原制得钒铝合金和炉渣；反应装置进料时采用连续给料的方式，进料速度5～40kg/min。申请号为CN201210407720.0的专利公开了一种钒铝合金的生产方法，以五氧化二钒、金属铝和冷却剂为炉料在反应装置中点火冶炼得到钒铝合金和炉渣，其中，为了保证反应的平稳，添加了冷却剂为与所生产的钒铝合金的牌号相同的钒铝合金的残次品。申请号CN201410062416.6所述生产方法包括将作为炉料的五氧化二钒、金属铝和冷却剂混匀后装入敞开式反应炉中，点火冶炼得到钒铝合金和炉渣，其中，五氧化二钒和金属铝的重量配比为1.15～1.8:1，冷却剂为粒度小于0.25mm 的钒铝合金颗粒，并且冷却剂的加入量能够保证将单位炉料发热量控制为3300～3500kJ/kg，单位炉料发热量等于五氧化二钒和金属铝反应产生的热量与五氧化二钒、金属铝和冷却剂的加入总量之比。以上公开的专利均是采用铝热还原的方式进行钒铝合金的生产，由于五氧化二钒与金属铝反应放出大量的热量，热量大幅过剩、使反应呈现爆炸性，在绝热的情况下足以使体系的温度升高到3000℃以上。因此，炉料中通常要配入一定量的惰性物质( 俗称冷却剂，例如，石灰）来控制反应速度和反应产物的温升。由于冷却剂总是含有一定量的Fe、Si、P 和重金属元素，因此生产出的钒铝合金中杂质含量较高，或者采用如上专利所述改变进料方式、添加同级别的钒铝合金等方式降低反应热量，但以上方法降低了合金的直收率，增加了钒铝合金的制造成本。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种用于生产高纯钒的钒铝合金及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案解决的：

一种高纯钒铝合金，其特征在于：该高纯钒铝合金中的化学组分及质量百分数为：C≤0.01%；O≤0.15%；N≤0.03%；Si≤0.03%；Fe≤0.04%；P≤0.005%；S≤0.005%；B≤0.001%；H≤0.005%；V≥80%；余量为Al以及不可避免杂质；且C、Si、Fe、P、S、B以及不可避免杂质的质量百分数之和≤0.1%。

一种高纯钒铝合金的制备方法，其特征在于：所述制备方法按下述步骤进行：

1）、称取原料高纯五氧化二钒和冷却剂高纯氧化铝，将两种物料充分混合后造粒，加入原料高纯铝粉与造粒后的粒料进行混合；

2）、混合物料装入高纯氧化铝制成的反应器中，装料过程中将混合物料压实，之后对反应器进行抽真空使得反应器内的压力≤0.1Pa；

3）、采用电阻加热方式将混合物料点燃进行铝热还原反应，持续1～3分钟完成铝热还原反应，待自然冷却后，将金属层与氧化铝渣进行分离，即得到高纯钒铝合金。

所述步骤1）中的原料高纯五氧化二钒、冷却剂高纯氧化铝、原料高纯铝粉的纯度皆不小于99.9%，且原料高纯铝粉中杂质Si、Fe的质量百分比之和≤0.015%。

所述步骤1）中的冷却剂高纯氧化铝采用α-氧化铝；且原料高纯铝粉的粒度为20～40目。

所述步骤1）中的原料高纯五氧化二钒和冷却剂高纯氧化铝的质量比为2.95～3.20：1，且冷却剂高纯氧化铝和原料高纯铝粉的质量之和小于原料高纯五氧化二钒的质量。