[发明专利]提高铝热法冶炼钒铝合金产品质量的方法

说明书

本发明公开了一种提高铝热法冶炼钒铝合金产品质量的方法，属于冶金技术领域。本发明为解决现有技术生产钒铝合金杂质含量偏高，成本偏高的技术问题，提供了一种提高铝热法冶炼钒铝合金产品质量的方法，包括：以五氧化二钒和铝粒为原料，在铝质胎皮作内衬的直筒炉中，点火进行铝热还原反应，得钒铝合金。本发明利用铝质胎皮作内衬，通过优化炉体结构和打结方式，不需要添加造渣冷却剂，减少了炉内外来水和杂质元素铁、硅等杂质的带入量，成品气孔减少，有效提高了钒铝合金质量，且成本更低，合金外观质量光滑整洁，合金成品率高。

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种提高铝热法冶炼钒铝合金产品质量的方法。

背景技术

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。铝热剂指铝和金属氧化物的混合物，将铝粉和一定量的高熔点金属氧化物(如氧化铁等)混合后，用镁条引燃，可以看到铝粉在较高的温度下剧烈反应，反应放出大量的热，并发出耀眼的光芒，生成物为氧化铝和该高熔点金属的单质。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。铝热反应是将炉料装入，并在点火后一刹那迅速产生高温(1700℃～3000℃)使得炉料处于熔融状态，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。

钒铝合金是一种用于钛合金的基础原料，当前是继钒在钢中应用之后的第二大应用领域。Ti-6Al-4V和Ti-8Al-1Mo-1V，这两种钛合金总共占钛合金市场的50％，主要用于生产喷气发动机、高速飞行器骨架和火箭发动机机壳。钛合金生产所用的钒是以钒铝合金形式加入。日本、美国、英国等国家还在进一步加大含钒钛合金在民用工业中的应用研究。

目前，钒铝合金生产工艺中一般以五氧化二钒为原料，采用铝热法生产钒铝合金。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(俗称消热剂)来控制反应速度和反应产物的温升。由于消热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。

CN200910117560.4中公开了一种钒铝合金材料的制备方法，该法按质量百分比计，称取粉末状的Al 20％～33.1％，V₂O₅50％～66.9％，在球磨机中混合8～16小时后，置于铜模具中用压力机在60～80MPa的压力下压实，将装有压好的反应物料的模具放于铝热反应容器中，物料上放置引燃剂，用惰性气体吹出残余的空气，在2～7MPa氩气保护下，加热到300℃左右进行反应，获得钒铝合金，其中，按照质量百分数，V为75％～95％，Al为5.0％～25.0％，S含量约0.15％，Fe含量约0.50％。显然在上述工艺中，所获得的产品中Fe和S等杂质含量较高，这是由于在球磨机中混合8～16小时会引进一些杂质；另外，由于铝热反应在密闭的压力容器中进行，因此极大限制了钒铝合金的产量，此外，由于要求设备的耐压性能强，因此会提高制造成本。

发明内容

本发明要解决的是现有技术生产钒铝合金杂质含量偏高，成本偏高的技术问题。

本发明解决上述技术问题采用的技术手段是提供了一种提高铝热法冶炼钒铝合金产品质量的方法，其包括以下步骤：以质量比为1.15～1.8：1的五氧化二钒和铝粒为原料，在铝质胎皮作内衬的直筒炉中，点火进行铝热还原反应，得钒铝合金；其中，所述铝质胎皮作内衬的直筒炉由上圈和炉底两部分构成，炉体采用分层分部的方式进行干打结，打结过程如下：先在炉底铺30～35cm厚度的刚玉渣，振动压实后放置两层铝质同心圆胎皮，在靠近炉壁的一圈内加入刚玉渣进行打结，在内圈中先加入镁砂打结至高度约占炉底高度一半，然后在内圈余下部分加入刚玉渣进行打结，最后将镁砂铺于炉体底部，振动压实。

其中，上述所述的提高铝热法冶炼钒铝合金产品质量的方法中，所述铝质同心圆胎皮与炉体高度持平；两层铝质同心圆胎皮之间的距离为15～20cm。