本发明涉及钒
铝合金生产技术领域，尤其涉及一种利用三氧化二钒制备钒铝合金的方法。
背景技术：
钒铝合金作为一种合金添加剂，主要用于生产钛合金，目前国内外生产钒铝合金均以五氧化二钒为主要原料。
随着钛合金领域的发展壮大，钒铝合金的市场需求也逐年增加，进而导致了钒铝合金行业的竞争日趋激烈。对于各企业而言，想要提升其自身的市场竞争力，一方面需要提升自身产品质量，满足下游客户使用需求；另一面需要降低钒铝合金生产成本，以提升自身产品的盈利能力。
降低钒铝合金生产成本的途径之一是降低原料成本。众所周知，钒的相关产品中，五氧化二钒的市场价格高于三氧化二钒，如果在钒铝合金生产过程中，在不影响产品质量的前提下，实现利用三氧化二钒代替五氧化二钒，则可使钒铝合金的生产成本显著降低，进而提升钒铝合金的盈利能力，提升企业竞争力。但是，目前的利用三氧化二钒制备钒铝合金的方法在反应过程中需要依靠外界加热，且反应结束后还需要在真空下或在保护性气氛中进行冷却。其相应的弊端是需要制作能够加热的结构及其复杂的炉体，且反应后的冷却方式不利于实现批量工业化生产。该种工艺路线对于在降低成本方面并不显著，甚至还会增加钒铝合金的生产成本，不利于企业提升自身的市场竞争力。
技术实现要素：
针对现有利用三氧化二钒制备钒铝合金的方法存在的上述问题，本发明提供一种利用三氧化二钒制备钒铝合金的方法，该方法操作简单、无需外部加热和特定的冷却方式，显著降低了钒铝合金的生产成本。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
一种利用三氧化二钒制备钒铝合金的方法，包括以下工艺步骤：
a、将三氧化二钒、五氧化二钒、金属铝和造渣剂按1:1.5-2:1-2:0.15-0.25的质量比混匀，得到混合物料；
b、在所述混合物料表面添加强氧化剂；
c、用点火器引燃所述强氧化剂，使所述混合物料燃烧，冷却后，得到所述钒铝合金。
本发明提供的利用三氧化二钒制备钒铝合金的方法，用三氧化二钒代替一部分五氧化二钒制备钒铝合金，显著降低了利用五氧化二钒制备钒铝合金的原料成本。同时，本发明提供的制备钒铝合金的方法通过设定三氧化二钒、五氧化二钒、金属铝和造渣剂的质量比，使所述混合物料在燃烧过程中可同时达到反应热量和物料的平衡，并有效控制反应的进程，保证该过程在反应坩埚内通过一次性点火即可完成，无需通过外部加热来调节反应进程，且无需额外补热。此外，本发明提供的制备钒铝合金的方法在混合物料燃烧反应结束后，可在物料表面形成一层密闭性的渣层，进而使燃烧物料的冷却过程在自然条件下降温即可，无需设定特定的真空条件或者惰性气氛，保证钒铝合金表面为无氧化面，进而得到高品质的钒铝合金。
该方法操作简单，不仅在原料使用上显著降低钒铝合金的生产成本，还节约了大量的设备成本和时间成本，具有极高的推广应用价值。
优选的，按质量百分含量计，所述三氧化二钒中v≥62.00％，p≤0.04％，s≤0.08％，k2o+na2o≤1.0％，c≤0.1％；所述三氧化二钒的粒度<1mm。上述三氧化二钒各成分的含量的限定，可进一步提高得到的钒铝合金的品质，其粒度大小更利于物料的充分燃烧和推动反应物料的反应进程。
优选的，按质量百分含量计，所述五氧化二钒中v≥98.00％，p≤0.05％，s≤0.10％，k2o+na2o≤1.0％；所述五氧化二钒的粒度<1mm。上述五氧化二钒各成分的含量的限定，可进一步提高得到的钒铝合金的品质，其粒度大小更利于物料的充分燃烧和推动反应物料的反应进程。
优选的，按质量百分含量计，所述金属铝中al≥99.85％，si≤0.080％，fe≤0.12％；所述金属铝的粒度<1mm。
优选的，所述造渣剂为cao。
优选的，按质量百分含量计，所述cao的纯度≥95.00％；所述cao中sio2≤0.4％，fe2o3≤0.15％；所述cao的粒度<1mm。
优选的，所述强氧化剂为氯酸钾。
优选的，所述氯酸钾与所述混合物料的质量比为1:25-200。
在混合物料中加入上述特定量的氯酸钾，利于物料充分燃烧且可以避免产生爆炸式的燃烧。
优选的，所述步骤c在内壁为
氧化铝的反应容器内进行，且所述强氧化剂和所述混合物料的体积小于所述反应容器容积的2/3。通过控制上述混合物料在所述反应容器的加入体积，可以保证物料的充分反应。同时，使用内壁为氧化铝的反应容器，不会引入外来杂质。
优选的，所述冷却方法为自然降温冷却。自然降温冷却，可进一步利于反应结束后渣金的顺利分离，省去了后续的渣金分离步骤。
附图说明
图1是本发明实施例1中利用三氧化二钒制备钒铝合金的工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
利用三氧化二钒制备钒铝合金的方法包括以下步骤：
a、取三氧化二钒50g、五氧化二钒75g、金属铝93g，造渣剂8g混匀，得到混和物料；
按质量百分含量算：
三氧化二钒中tv：63.50％，p：0.012％，s：0.08％，k2o+na2o：1.0％，c：0.024％，粒度<1mm；tv代表全v含量；
五氧化二钒中tv：98.32％，p：0.041％，s：0.092％，k2o+na2o：0.68％，粒度<1mm；
金属铝中al：99.86％，si：0.04％，fe：0.05％，粒度<1mm；
造渣剂中cao：95.32％、sio2：0.38％，fe2o3：0.12％，粒度<1mm。
b、将混合物料投入氧化铝坩埚内，并放入5g氯酸钾，物料的总体积小于氧化铝坩埚容积的2/3；
c、使用点火器点燃氧化铝坩埚内的物料，使其燃烧发生反应；反应结束后自然冷却12h，使渣金分离，得到钒铝合金。
本实施例可得到牌号为alv55的钒铝合金，经检测该钒铝合金完全符合ys/t579-2014《钒铝中间合金》标准。
实施例2
利用三氧化二钒制备钒铝合金的方法包括以下步骤：
a、取三氧化二钒50g、五氧化二钒90g、金属铝93.1g，造渣剂10g混匀，得到混和物料；
按质量百分含量算：
三氧化二钒中tv：63.72％，p：0.008％，s：0.013％，k2o+na2o：0.62％，c：0.018％，粒度<1mm；
五氧化二钒中tv：98.57％，p：0.037％，s：0.095％，k2o+na2o：0.74％，粒度<1mm；
金属铝中al：99.85％，si：0.04％，fe：0.04％，粒度<1mm；
造渣剂中cao：95.18％、sio2：0.39％，fe2o3：0.15％，粒度<1mm。
b、将混合物料投入氧化铝坩埚内，并放入1.3g氯酸钾，物料的总体积小于氧化铝坩埚容积的2/3；
c、使用点火器点燃氧化铝坩埚内的物料，使其燃烧发生反应；反应结束后自然冷却15h，使渣金分离，得到钒铝合金。
本实施例可得到牌号为alv65的钒铝合金，经检测该钒铝合金完全符合ys/t579-2014《钒铝中间合金》标准。
实施例3
利用三氧化二钒制备钒铝合金的方法包括以下步骤：
a、取三氧化二钒50g、五氧化二钒100g、金属铝85.18g，造渣剂12g混匀，得到混和物料；
按质量百分含量算：
三氧化二钒中tv：63.68％，p：0.006％，s：0.018％，k2o+na2o：0.64％，c：0.016％，粒度<1mm；
五氧化二钒中tv：98.57％，p：0.037％，s：0.095％，k2o+na2o：0.74％，粒度<1mm；
金属铝中al：99.88％，si：0.04％，fe：0.06％，粒度<1mm；
造渣剂中cao：95.04％、sio2：0.35％，fe2o3：0.13％，粒度<1mm。
b、将混合物料投入氧化铝坩埚内，并放入10g氯酸钾，物料的总体积小于氧化铝坩埚容积的2/3；
c、使用点火器点燃氧化铝坩埚内的物料，使其燃烧发生反应；反应结束后自然冷却14h，使渣金分离，得到钒铝合金。
本实施例可得到牌号为alv75的钒铝合金，经检测该钒铝合金完全符合ys/t579-2014《钒铝中间合金》标准。
实施例4
利用三氧化二钒制备钒铝合金的方法包括以下步骤：
a、取三氧化二钒50g、五氧化二钒100g、金属铝74.11g，造渣剂8g混匀，得到混和物料；
按质量百分含量算：
三氧化二钒中tv：64.10％，p：0.004％，s：0.015％，k2o+na2o：0.52％，c：0.013％，粒度<1mm；
五氧化二钒中tv：98.49％，p：0.035％，s：0.089％，k2o+na2o：0.68％，粒度<1mm；
金属铝中al：99.85％，si：0.035％，fe：0.051％，粒度<1mm；
造渣剂中cao：95.11％、sio2：0.33％，fe2o3：0.14％，粒度<1mm。
b、将混合物料投入氧化铝坩埚内，并放入2.5g氯酸钾，物料的总体积小于氧化铝坩埚容积的2/3；
c、使用点火器点燃氧化铝坩埚内的物料，使其燃烧发生反应；反应结束后自然冷却15h，使渣金分离，得到钒铝合金。
本实施例可得到牌号为alv85的钒铝合金，经检测该钒铝合金完全符合ys/t579-2014《钒铝中间合金》标准。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：
1.一种利用三氧化二钒制备钒铝合金的方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：
a、将三氧化二钒、五氧化二钒、金属铝和造渣剂按1:1.5-2:1-2:0.15-0.25的质量比混匀，得到混合物料；
b、在所述混合物料表面添加强氧化剂；
c、用点火器引燃所述强氧化剂，使所述混合物料燃烧，冷却后，得到所述钒铝合金。
2.如权利要求1所述的利用三氧化二钒制备钒铝合金的方法，其特征在于：按质量百分含量计，所述三氧化二钒中v≥62.00％，p≤0.04％，s≤0.08％，k2o+na2o≤1.0％，c≤0.1％；所述三氧化二钒的粒度<1mm。
3.如权利要求1所述的利用三氧化二钒制备钒铝合金的方法，其特征在于：按质量百分含量计，所述五氧化二钒中v≥98.00％，p≤0.05％，s≤0.10％，k2o+na2o≤1.0％；所述五氧化二钒的粒度<1mm。
4.如权利要求1所述的利用三氧化二钒制备钒铝合金的方法，其特征在于：按质量百分含量计，所述金属铝中al≥99.85％，si≤0.080％，fe≤0.12％；所述金属铝的粒度<1mm。
5.如权利要求1所述的利用三氧化二钒制备钒铝合金的方法，其特征在于：所述造渣剂为cao。
6.如权利要求5所述的利用三氧化二钒制备钒铝合金的方法，其特征在于：按质量百分含量计，所述cao的纯度≥95.00％；所述cao中sio2≤0.4％，fe2o3≤0.15％；所述cao的粒度<1mm。
7.如权利要求1所述的利用三氧化二钒制备钒铝合金的方法，其特征在于：所述强氧化剂为氯酸钾。
8.如权利要求7所述的利用三氧化二钒制备钒铝合金的方法，其特征在于：所述氯酸钾与所述混合物料的质量比为1:25-200。
9.如权利要求1所述的利用三氧化二钒制备钒铝合金的方法，其特征在于：所述步骤c在内壁为氧化铝的反应容器内进行，且所述强氧化剂和所述混合物料的体积小于所述反应容器容积的2/3。
10.如权利要求1所述的利用三氧化二钒制备钒铝合金的方法，其特征在于：所述冷却方法为自然降温冷却。
技术总结
本发明涉及钒铝合金生产技术领域，具体公开一种利用三氧化二钒制备钒铝合金的方法。所述利用三氧化二钒制备钒铝合金的方法包括以下工艺步骤：a、将三氧化二钒、五氧化二钒、金属铝和造渣剂按1:1.5?2:1?2:0.15?0.25的质量比混匀，得到混合物料；b、在混合物料表面添加强氧化剂；c、用点火器引燃强氧化剂和混合物料，燃烧、冷却，得到钒铝合金。该方法利用三氧化二钒代替一部分五氧化二钒制备钒铝合金，显著降低了利用五氧化二钒制备钒铝合金的原料成本，且整个反应过程通过一次性点火即可完成，无需额外补热，冷却过程在自然条件下降温即可，节约了大量的设备成本和时间成本。
技术研发人员：于继洋;李东明;李兰杰;卢明亮
受保护的技术使用者：河钢承德钒钛
新材料有限公司;河钢股份有限公司承德分公司;河北燕山钒钛产业技术研究有限公司
技术研发日：2020.12.16
技术公布日：2021.05.11
声明：
“利用三氧化二钒制备钒铝合金的方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：河钢承德钒钛新材料有限公司;河钢股份有限公司承德分公司;河北燕山钒钛产业技术研究有限公司
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2024年07月26日 ~ 28日 
