[发明专利]一种超声波冶炼还原装置及冶炼钒铝合金的方法

说明书

本发明涉及一种超声波冶炼还原装置及冶炼钒铝合金的方法，所述装置包括：反应器(1)、超声波发生器(2)以及加热装置(3)，所述超声波发生器(2)设置于反应器(1)底部，所述加热装置(3)环绕设置于反应器(1)外侧壁。所述方法为：将钒源、铝源以及造渣剂进行混料后加入经过预热的反应器中，通电点火进行反应，反应过程中以及反应完成后进行超声处理；自然冷却后，分离渣和合金锭得到钒铝合金产品。本发明通过对冶炼反应装置加装超声波发生器，使得还原过程中形成均匀的温度场，有利于反应均匀进行，同时实现了合金和渣的彻底分离，最大限度降低了杂质对合金的影响，促进合金元素均匀化及晶粒细化，得到性能优异的合金产品。

技术领域

本发明涉及冶金工程技术领域，具体钒铝合金的化工冶金的生产技术领域，尤其涉及一种超声波冶炼还原装置及冶炼钒铝合金的方法。

背景技术

钒铝合金是一种广泛用于航空航天领域的高级合金材料，具有很高的硬度、弹性。钒铝合金作为中间合金是生产高强钛合金的重要原料，其能改善合金的耐热性能与冷加工性能，因此被广泛应用于军事、航空航天工业及民用工业。随着科技的进步，钒铝中间合金的消耗量逐年递增，因此需要生产大量高品质钒铝中间合金以满足高性能合金及超高性能合金制备的要求。

目前，钒铝合金主要通过氧化钒和铝粒在反应炉内进行点火反应进行制备，此过程是点火后自发的放热反应过程，反应过程中放出大量的热量能够满足生产钒铝合金的需要。例如CN101906546A公开了一种钒铝合金的制备方法，首先采用金属热还原法，以一部分铝作为还原剂还原五氧化二钒制备出一步钒铝合金；再将制备出的一步钒铝合金破碎、烘干后再加入部分铝，在真空中频感应炉进行二步熔炼，得到钒铝合金最终产品。CN102925722B公开了一种电铝热法冶炼钒铝合金的方法，其将氧化钒、还原剂铝以及造渣剂混合均匀后分期加入电弧炉内，依次进行铝热还原反应进行冶炼；冶炼完毕后清渣、精整破碎，即可得到钒铝合金。CN102154569A公开了一种钒铝合金制备方法，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。

上述方法由于成本低、过程可控性好等特点而被广泛应用于钒铝合金冶炼，但是反应过程中反应炉内的温度达到1800℃以上，钒铝合金在生产过程中处于高温液态的时间较短，导致反应过程中合金液温度不均匀，局部反应不完全，而且合金与反应中生成的Al₂O₃渣的密度差较小，使得反应完成后渣与合金难以完全分离，由此而造成钒回收率有限，合金成分不均匀，偏析缺陷和杂质含量较多等诸多缺点，所得产品质量稳定性差，回收率低，难以满足制备高性能钒铝合金材料的要求。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种超声波冶炼还原装置及冶炼钒铝合金的方法，使得电铝热还原生产过程中形成均匀的反应温度场，有利于反应均匀进行，同时实现了合金和渣的彻底分离，最大限度降低了杂质对合金的影响，并且促进了合金元素进一步均匀化及晶粒细化，提高钒铝合金性能及A级品率，降低生产成本，提高了综合经济效益。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种超声波冶炼还原装置，所述装置包括：反应器1、超声波发生器2以及加热装置3，所述超声波发生器2设置于反应器1底部，所述加热装置3环绕设置于反应器1外侧壁。

根据本发明，所述加热装置3外设置有保温层4，保温层4选用本领域常用的保温材料即可，本发明对其不做特殊限定。

根据本发明，所述加热装置3为电磁感应加热装置。

根据本发明，所述反应器1顶部设置有排气装置5。

根据本发明，所述排气装置5上设置有排气阀。

本发明所述反应器1可以和整个装置自由分离，以便后续进行拆炉扒合金锭。