一种钒铝合金熔体处理系统及使用方法与流程

1.本发明涉及冶金领域，并且更具体地，涉及一种钒铝合金熔体处理系统及使用方法。


背景技术：

2.钛合金具有密度小、强度高、耐高温性能好、抗腐蚀性优等特点，在航空航天、石油、化工、核电、汽车、医疗等领域的关键材料中占据着重要地位，近些年，钛合金市场需求量保持高速增长趋势。钒铝合金作为钛合金中用量最大的中间合金，加入钛合金后可显著改善钛合金强度、韧性、成形性、耐腐蚀、耐高温等性能。
3.在航空航天、兵器工业等特殊领域对钒铝合金的成分均一性、表观质量、粒度均具有严格的要求。现行工艺中通过破碎-筛分控制粒度，导致过程中产生大量过破的细粉，降低了钒铝合金的一次成品率；由于v、al密度差异，在钒铝合金熔体冷却过程中v、al沉降速率不同，进而导致钒铝合金锭中化学成分出现宏观偏析，降低了钒铝合金的成分均一性；冶炼渣和钒铝合金同步冷却过程中产生应力而使渣层和合金均出现裂纹，空气中的o、n进入合金后使得合金出现大量可见氧化膜、氮化膜的表观缺陷，现生产工艺一般通过色选机和人工选别去除，处理效率较低且去除不彻底，影响钒铝合金成品的表观质量。
4.由此，设计一种低成本、高效率、高质量的钒铝合金熔体处理系统是令人期望的。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明的主要目的在于提供一种钒铝合金熔体处理系统，采用钒铝合金冶炼和熔体处理一体化处理系统通过钒铝合金熔体经旋转直接成粒、氩气快速换热保护冷却的方法可以有效克服熔体冷却过程中宏观偏析、传统破碎细粉率高、可见氧氮化膜的表观缺陷率高的缺陷，显著提高钒铝合金产品质量，简化生产工艺，降低了生产成本。本发明同时提供该钒铝合金熔体处理系统的使用方法。
6.为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
7.根据本发明，提供一种钒铝合金熔体处理系统，包括：
8.冶炼炉，冶炼炉设置为冶炼钒铝合金并在底部设置有底流口，底流口安装有底流控制阀；
9.气氛室箱体，气氛室箱体设置有进料口、排料口、进气通道和单向排气阀，其中，进料口连接底流口以连通气氛室箱体与冶炼炉，进气通道贯穿气氛室箱体的底部延伸至气氛室箱体的内部；以及
10.锥形旋转盘，锥形旋转盘可旋转地设置于气氛室箱体内部且位于进料口下方。
11.根据本发明的一个实施例，进气通道具有环状的径向截面，其位于气氛室箱体的外部的第一端设置有进气口，且位于气氛室箱体的内部的第二端设置有吹气孔。
12.根据本发明的一个实施例，进气通道的第二端位于锥形旋转盘的下方，吹气孔设置为朝向自锥形旋转盘滑落铝合金颗粒吹气。
13.根据本发明的一个实施例，钒铝合金熔体处理系统包括：
14.驱动机构，设置为驱动锥形旋转盘旋转；以及
15.主轴，主轴连接锥形旋转盘和驱动机构，并与进气通道同轴布置。
16.根据本发明的一个实施例，进气通道和主轴分别与气氛室箱体的底部密封连接。
17.根据本发明的一个实施例，锥形旋转盘的锥角为37
°
～42
°
、底面直径为8～12cm，底流口直径为2～3cm。
18.根据本发明的一个实施例，冶炼炉的上部2/3～4/5为直筒型结构，冶炼炉的下部1/5～1/3为漏斗形结构。
19.根据本发明的一个实施例，漏斗形结构的炉壁与水平线夹角为60
°
～70
°
。
20.根据本发明的一个实施例，气氛室箱体的底部部分地向内部凹入，进气通道设置于凹入区域，排料口设置于未凹入区域。
21.根据本发明，提供一种上述钒铝合金熔体处理系统的使用方法，包括：
22.开启驱动机构控制锥形旋转盘以270～420r/min的转速旋转；
23.向进气口中持续供入高纯氩气，并控制进气口处压力值为0.12～0.24mpa；
24.在冶炼炉中加入钒铝合金冶炼原料，上部点火冶炼；
25.冶炼反应结束后打开底流控制阀使钒铝合金液经底流口流入锥形旋转盘，形成钒铝合金颗粒；
26.钒铝合金液全部从冶炼炉中流尽后关闭底流控制阀，排料口外壁温度降低至100℃以下后，停止供入高纯氩气；以及
27.打开排料口，获得钒铝合金颗粒，钒铝合金颗粒进一步筛分获得钒铝合金产品。
28.通过采用上述技术方案，本发明相比于现有技术具有如下优点：该发明采用一体化设计思路将合金冶炼和合金处理系统有机融合，可实现热态合金的快速冷却、旋转成粒、隔绝空气防止氧化等功能，通过这些功能不仅可以提高产品质量，也可以提高生产效率。在有色合金领域，结合不同冶炼工艺特点和合金物化性质，通过核心参数的优化设计，该方法不仅可以在钒铁、钒铝等钒合金领域推广应用，在钼铁、铌铁、钨铁、铁铝等其它中间合金生产领域也具有广阔的推广应用前景。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1示出了根据本发明的钒铝合金熔体处理系统的示意图；
31.图2示出了根据本发明的钒铝合金熔体处理方法的流程图。
32.图中：
33.1冶炼炉，2冶炼渣，3钒铝合金液，4底流控制阀，5锥形旋转盘，6吹气孔，7进气通道，8电机，9底流口，10单向排气阀，11气氛室箱体，12钒铝合金颗粒，13排料口，14进气口，15主轴。
具体实施方式
34.应当理解，在示例性实施例中所示的本发明的实施例仅是说明性的。虽然在本发明中仅对少数实施例进行了详细描述，但本领域技术人员很容易领会在未实质脱离本发明主题的教导情况下，多种修改是可行的。相应地，所有这样的修改都应当被包括在本发明的范围内。在不脱离本发明的主旨的情况下，可以对以下示例性实施例的设计、操作条件和参数等做出其他的替换、修改、变化和删减。
35.图1示出了根据本发明的一个实施例的钒铝合金熔体处理系统，其总体包括：冶炼炉1，设置于冶炼炉1下方的气氛室箱体11，以及可旋转地设置于气氛室箱体11内部的锥形旋转盘5。具体地，冶炼炉1设置为冶炼钒铝合金并在底部设置有底流口9，底流口9安装有底流控制阀4；气氛室箱体11设置有进料口、排料口13、进气通道7和单向排气阀10，其中，进料口连接底流口9以连通气氛室箱体11与冶炼炉1，进气通道7贯穿气氛室箱体11的底部延伸至气氛室箱体11的内部；锥形旋转盘5可位于进料口下方。冶炼炉1通过底流控制阀4和底流口9与气氛室箱体11密封连接。
36.本发明的钒铝合金熔体处理系统采用钒铝合金冶炼和熔体处理一体化处理方案，通过钒铝合金熔体经锥形旋转盘5带动旋转直接成粒、氩气快速换热保护冷却的方法。通过合金熔体旋转成粒避免了破碎过程的大量细粉的产生。从冶炼的钒铝熔体到合金产品的整个处理过程中，通过冶炼炉1中上层热态熔渣隔绝空气和气氛室内的氩气吹扫阻断了与空气介质的直接接触从而实现了氧氮化膜的彻底控制。采用高压氩气吹扫使得钒铝合金熔体快速冷却，沉降速率差异导致的宏观偏析和缓冷导致的脆性相比例升高的缺陷被有效克服，旋转成粒使得钒铝合金产品呈类球状或椭球状，与传统破碎相比，产品颗粒无明显棱角，脆性相比例减少和产品形状改变保证了筛分过程中无二次粉化，显著降低了细粉率。
37.在本发明的实施例中，进气通道7可具有环状的径向截面，其位于气氛室箱体11的外部的第一端设置有进气口14，且位于气氛室箱体11的内部的第二端设置有吹气孔6。特别地，进气通道7的第二端可位于锥形旋转盘5的下方，吹气孔6设置为朝向自锥形旋转盘5滑落铝合金颗粒吹气。具体如图1所示，进气通道7的第二端在锥形旋转盘5的下方沿进气通道7的径向方向弯折，吹气孔6开设于弯折后形成的周向侧壁上。该周向侧壁可具有与锥形旋转盘5的锥角适应的倾斜角度，以使从吹气孔6吹出的气体与自锥形旋转盘5滑落铝合金颗粒充分接触。
38.钒铝合金熔体处理系统还可进一步包括：设置为驱动锥形旋转盘5旋转的驱动机构，以及连接锥形旋转盘5和驱动机构的主轴15。其中，驱动机构可以是电机8或其它动力装置，主轴15可与进气通道7同轴布置。进一步优选地，锥形旋转盘5的中心线、底流口9的中心线和冶炼炉1的中心线(也即是主轴15与进气通道7的中心线)可重合布置，使得熔体直接落在锥形旋转盘5顶部，随锥形旋转盘5旋转后与气体充分接触。其中，进气通道7和主轴15分别与气氛室箱体11的底部密封连接。
39.在本发明的实施例中，锥形旋转盘5的锥角为37
°
～42
°
、底面直径为8～12cm，底流口直径为2～3cm。冶炼炉1的上部2/3～4/5为直筒型结构，冶炼炉1的下部1/5～1/3为漏斗形结构，以便于熔体下落。漏斗形结构的炉壁可与水平线呈60
°
～70
°
夹角。通过上述角度设计，可利于熔体充分旋转，实现直接成粒、氩气快速换热保护冷却。
40.气氛室箱体11的底部部分地向内部凹入，进气通道7设置于凹入区域，排料口13设
置于未凹入区域。进一步如图1所示，凹入区域由底部的炉壁向上倾斜形成，自锥形旋转盘5滑落铝合金颗粒与气体充分接触后经倾斜的炉壁滑落至底部未凹入区域的排料口13处。
41.本发明同时提供了一种上述钒铝合金熔体处理系统的使用方法，如图2所示，方法包括：
42.s1：开启驱动机构控制锥形旋转盘5以270～420r/min的转速旋转；
43.s2：向进气口14中持续供入高纯氩气，并控制进气口14处压力值为0.12～0.24mpa；
44.s3：在冶炼炉1中加入钒铝合金冶炼原料，上部点火冶炼；
45.s4：冶炼反应结束后打开底流控制阀4使钒铝合金液3经底流口9流入锥形旋转盘5，形成钒铝合金颗粒12；
46.s5：钒铝合金液3全部从冶炼炉1中流尽后关闭底流控制阀4，排料口13外壁温度降低至100℃以下后，停止供入高纯氩气；
47.s6：打开排料口13，获得钒铝合金颗粒12，钒铝合金颗粒12进一步筛分获得钒铝合金产品；以及
48.去除冶炼炉1中的冶炼渣2，重复步骤s1～s6可反复进行钒铝合金的冶炼与处理。
49.下面根据具体的实施例进行说明。
50.实施例1
51.钒铝合金冶炼炉1上3/4为直筒型结构，钒铝合金冶炼炉1下1/4为漏斗形结构，漏斗形结构的炉壁与水平线夹角为62
°
，底流口9直径为2.7cm，锥形旋转盘5的锥角为39
°
、底面直径为11cm。
52.采用钒铝合金熔体处理系统生产钒铝合金：
53.s1：开启电机8控制锥形旋转盘5转速为316r/min；
54.s2：向进气口14中持续供入高纯氩气，并控制进气口14处压力值为0.17mpa；
55.s3：在钒铝合金冶炼炉1中加入钒铝合金冶炼原料，上部点火冶炼；
56.s4：冶炼反应结束后打开底流控制阀4使钒铝合金液3经底流口9流入锥形旋转盘5；
57.s5：钒铝合金液3全部从钒铝合金冶炼炉1中流尽后关闭底流控制阀4，排料口13外壁温度降低至90℃后，停止供入高纯氩气；
58.s6：打开排料口13，获得钒铝合金颗粒12，钒铝合金颗粒12先经过6mm标准筛，筛下物再经过1mm标准筛后获得钒铝合金产品。
59.实施例2
60.钒铝合金冶炼炉1上7/10为直筒型结构，钒铝合金冶炼炉1下3/10为漏斗形结构，漏斗形结构的炉壁与水平线夹角为68
°
，底流口9直径为2.5cm，锥形旋转盘5的锥角为41
°
、底面直径为10cm。
61.采用钒铝合金熔体处理系统生产钒铝合金：
62.s1：开启电机8控制锥形旋转盘5转速为400r/min；
63.s2：向进气口14中持续供入高纯氩气，并控制进气口14处压力值为0.20mpa；
64.s3：在钒铝合金冶炼炉1中加入钒铝合金冶炼原料，上部点火冶炼；
65.s4：冶炼反应结束后打开底流控制阀4使钒铝合金液3经底流口9流入锥形旋转盘
5；
66.s5：钒铝合金液3全部从钒铝合金冶炼炉1中流尽后关闭底流控制阀4，排料口13外壁温度降低至78℃后，停止供入高纯氩气；
67.s6：打开排料口13，获得钒铝合金颗粒12，钒铝合金颗粒12先经过6mm标准筛，筛下物再经过1mm标准筛后获得钒铝合金产品。
68.实施例3
69.钒铝合金冶炼炉1上11/15为直筒型结构，钒铝合金冶炼炉1下4/15为漏斗形结构，漏斗形结构的炉壁与水平线夹角为65
°
，底流口9直径为2.2cm，锥形旋转盘5的锥角为38
°
、底面直径为9cm。
70.采用钒铝合金熔体处理系统生产钒铝合金：
71.s1：开启电机8控制锥形旋转盘5转速为295r/min；
72.s2：向进气口14中持续供入高纯氩气，并控制进气口14处压力值为0.14mpa；
73.s3：在钒铝合金冶炼炉1中加入钒铝合金冶炼原料，上部点火冶炼；
74.s4：冶炼反应结束后打开底流控制阀4使钒铝合金液3经底流口9流入锥形旋转盘5；
75.s5：钒铝合金液3全部从钒铝合金冶炼炉1中流尽后关闭底流控制阀4，排料口13外壁温度降低至85℃后，停止供入高纯氩气；
76.s6：打开排料口13，获得钒铝合金颗粒12，钒铝合金颗粒12先经过6mm标准筛，筛下物再经过1mm标准筛后获得钒铝合金产品。
77.采用钒铝合金冶炼和熔体处理一体化处理系统通过钒铝合金熔体经旋转直接成粒、氩气快速换热保护冷却的方法可以有效克服熔体冷却过程中宏观偏析、传统破碎细粉率高、可见氧氮化膜的表观缺陷率高的缺陷，显著提高钒铝合金产品质量，简化生产工艺，降低了生产成本。
78.以上是本发明公开的示例性实施例，上述本发明实施例公开的顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。但是应当注意，以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子，在不背离权利要求限定的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
79.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明实施例的保护范围之内。

技术特征：
1.一种钒铝合金熔体处理系统，其特征在于，包括：冶炼炉，所述冶炼炉设置为冶炼钒铝合金并在底部设置有底流口，所述底流口安装有底流控制阀；气氛室箱体，所述气氛室箱体设置有进料口、排料口、进气通道和单向排气阀，其中，所述进料口连接所述底流口以连通所述气氛室箱体与所述冶炼炉，所述进气通道贯穿所述气氛室箱体的底部延伸至所述气氛室箱体的内部；以及锥形旋转盘，所述锥形旋转盘可旋转地设置于所述气氛室箱体内部且位于所述进料口下方。2.根据权利要求1所述的钒铝合金熔体处理系统，其特征在于，所述进气通道具有环状的径向截面，其位于所述气氛室箱体的外部的第一端设置有进气口，且位于所述气氛室箱体的内部的第二端设置有吹气孔。3.根据权利要求2所述的钒铝合金熔体处理系统，其特征在于，所述进气通道的第二端位于所述锥形旋转盘的下方，所述吹气孔设置为朝向自所述锥形旋转盘滑落铝合金颗粒吹气。4.根据权利要求3所述的钒铝合金熔体处理系统，其特征在于，包括：驱动机构，设置为驱动所述锥形旋转盘旋转；以及主轴，所述主轴连接所述锥形旋转盘和所述驱动机构，并与所述进气通道同轴布置。5.根据权利要求4所述的钒铝合金熔体处理系统，其特征在于，所述进气通道和所述主轴分别与所述气氛室箱体的底部密封连接。6.根据权利要求1所述的钒铝合金熔体处理系统，其特征在于，所述锥形旋转盘的锥角为37
°
～42
°
、底面直径为8～12cm，所述底流口直径为2～3cm。7.根据权利要求1所述的钒铝合金熔体处理系统，其特征在于，所述冶炼炉的上部2/3～4/5为直筒型结构，所述冶炼炉的下部1/5～1/3为漏斗形结构。8.根据权利要求7所述的钒铝合金熔体处理系统，其特征在于，所述漏斗形结构的炉壁与水平线夹角为60
°
～70
°
。9.根据权利要求1所述的钒铝合金熔体处理系统，其特征在于，所述气氛室箱体的底部部分地向内部凹入，所述进气通道设置于凹入区域，所述排料口设置于未凹入区域。10.一种根据权利要求1-9任一项所述的钒铝合金熔体处理系统的使用方法，其特征在于，包括：开启驱动机构控制锥形旋转盘以270～420r/min的转速旋转；向进气口中持续供入高纯氩气，并控制所述进气口处压力值为0.12～0.24mpa；在冶炼炉中加入钒铝合金冶炼原料，上部点火冶炼；冶炼反应结束后打开底流控制阀使钒铝合金液经底流口流入锥形旋转盘，形成钒铝合金颗粒；钒铝合金液全部从所述冶炼炉中流尽后关闭所述底流控制阀，排料口外壁温度降低至100℃以下后，停止供入高纯氩气；以及打开排料口，获得钒铝合金颗粒，所述钒铝合金颗粒进一步筛分获得钒铝合金产品。

技术总结
本发明涉及一种钒铝合金熔体处理系统，包括：冶炼炉，冶炼炉设置为冶炼钒铝合金并在底部设置有底流口，底流口安装有底流控制阀；气氛室箱体，气氛室箱体设置有进料口、排料口、进气通道和单向排气阀，其中，进料口连接底流口以连通气氛室箱体与冶炼炉，进气通道贯穿气氛室箱体的底部延伸至气氛室箱体的内部；以及锥形旋转盘，锥形旋转盘可旋转地设置于气氛室箱体内部且位于进料口下方。该系统显著提高钒铝合金产品质量，简化生产工艺，降低了生产成本。本发明同时提供该钒铝合金熔体处理系统的使用方法。用方法。用方法。


技术研发人员：师启华 陈海军 王宁 高雷章
受保护的技术使用者：攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司
技术研发日：2022.10.24
技术公布日：2023/1/6