电铝热法制备高品质钒铝合金及冶炼渣综合利用研究
发布时间：2021-07-08 03:54
以Ti-6A1-4V合金为代表的钛合金具有优异的性能,在航空航天、国防军工具有重要的战略意义。作为生产超钛合金的必备原料—钒铝合金,其质量是决定钛合金质量和产量的关键因素。当今世界只有德国和美国等掌握航空航天级钒铝合金熔炼技术。国内以炉外法、两步法和电铝热法为主流的钒铝合金生产工艺又存在钒回收率低、合金均匀性差、流程长、合金碳含量高等问题,因此探索出一种流程短、污染小、成本低并且具有自主知识产权的航空航天级钒铝合金制备工艺就显得尤为迫切。而目前制备合金所用98片钒杂质含量过高,不能满足制备高品质钒铝合金的需求。与此同时,制备钒铝合金产生大量的冶炼渣,如不能有效利用既造成环境污染又是对资源的浪费。因此,本论文立足于高品质钒铝合金制备工艺的研究,兼顾原料的提纯和尾渣的处理,从合金制备的源头到结尾探索出一套切实可行的工艺流程,为实现钒铝合金的工业化提供借鉴。以冶金级98片状五氧化二钒为原料,采用氢氧化钠溶液两段溶出,水解沉淀法去除铁、铝等金属离子,离子沉淀法去除硅、磷等非金属元素,弱碱性条件下铵盐沉钒,偏钒酸铵经洗涤、煅烧,最终制得纯度大于99.9%的高纯五氧化二钒,可以应用于高品质钒铝合金...
【文章来源】：东北大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图３．１不同温度下各反应的Ａｔｆ??Ｆｉｇ．３．１?ＡＧ°ｓ?ｏｆ?ｒｅａｃｔｉｏｎｓ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ??
?－??图３．４?ＣａＯ－Ａｌ２ＯｒＣａＦ２三元渣系图??Ｆｉｇ．３．４?Ｔｒｉｎａｒｙ?ｓｌａｇ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＣａＯ－Ａｌ２〇３－ＣａＦ２??在金属热还原过程中同时加入氟化钙、氧化钙作为造渣剂时，便会产生??ＣａＯ－Ａｌ２０３－ＣａＦ２三元渣，该渣的脱氧和去夹杂能力比较强。在该渣系中，氧化钙的主要??作用是提高碱度，而氟化钙的作用主要为降低渣的初晶温度，提高渣流动性，为后续反??应创造良好的动力学条件。该渣系中氧化钙和氟化钙应有合适的比例，如果比值过高则??炉渣的中氧化钙含量过高，会造成炉渣熔化温度较高，流动性差，渣金分离不佳；若比??值过低，则渣中氟化钙含量过高，碱度不够，对冶炼不利，耐火材料腐蚀严重，同时氟??含量高的渣在高温下挥发性较强，使得熔渣成分不稳定，同时会造成环境污染，而??ＣａＯ－Ａｌ２０３
氟化钙似乎并没有起到降低初晶温度浓度，增加流动性的作用，反应进程缓慢，??结束终点不明显，渣金分离不佳，钒的回收率仅为６０％？７０％，若采用单一氟化钙造渣??还会有渣量过大的问题，且渣金完全不能分离，图３．５所示为采用三元渣系得到的合金??和渣，图３．６为单一ＣａＦ２造渣的实验产物。??网禱??ｍ??图３．５?ＣａＯ－Ａｌ２ＯｒＣａＦ２三元渣系合金及渣的照片??Ｆｉｇ．３．５?Ｐｈｏｔｏｓ?ｏｆ?ａｌｌｏｙ?ａｎｄ?ｓｌａｇ?ｍａｄｅ?ｂｙ?ＣａＯ－Ａｌ２〇３＇ＣａＦ２?ｔｒｉｎａｒｙ?ｓｌａｇ?ｓｙｓｔｅｍ??ＴｉＴ＂Ｔ?＿??图３，６?ＣａＦ２－Ａｌ２０３渣系实验产物照片??Ｆｉｇ．３．６?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｐｒｏｄｕｃｔ?ｕｓｉｎｇ?ＣａＦ２－Ａｌ２〇３?ｓｌａｇ?ｓｙｓｔｅｍ??３．３电铝热法主要设备及工作原理??图３．７为电铝热法制备钒铝合金使用的ＫＬ－１００型对电极直流电弧炉，其变压器额??定容量为２００ｋＶＡ，变压器二次电压为４０Ｖ￣１００Ｖ，以及ＫＺ－４０００Ａ型平行电极直流电??弧炉，其变压器额定容量为２００ｋＶＡ，变压器二次电压为４０Ｖ？６０Ｖ。电弧炉是由配电柜、??控制台、电极夹持器、升降机、石墨电极，钢制炉壳和基座组合而成。其工作原理是，??炉子给电后下放电极，当电极的底端和下部的炉料距离缩短到一定程度后，在强大电场??的作用下
【参考文献】：
期刊论文
[1]水冷铜坩埚一步铝热法制取高纯钒铝合金[J]. 彭予民,王恒. 钢铁钒钛. 2013(06)
[2]Al-Si系合金中除铁工艺的探讨[J]. 聂铁安,彭继华. 冶金丛刊. 2013(04)
[3]钒及钒基合金生产工艺综述[J]. 李慧敏,熊小四. 黔南民族师范学院学报. 2012(06)
[4]两步法制备钒铝合金试验研究[J]. 陈海军. 钢铁钒钛. 2012(06)
[5]聚变用钒及钒基合金性能的研究现状及进展[J]. 林波,杨维才,董鲜峰,迟永刚,刘梅,曾大鹏,沈军. 材料导报. 2012(S2)
[6]新法铝热炼镁还原渣提取高白氢氧化铝[J]. 狄跃忠,王智慧,王耀武,彭建平,冯乃祥. 化工学报. 2013(03)
[7]铝热法制备高钒铝合金的研究[J]. 喇培清,卢学峰,申达,魏玉鹏,王鸿鼎,郭鑫. 粉末冶金技术. 2012(05)
[8]氨氮废水处理技术及研究进展[J]. 姚淑华,张晓艳,石中亮. 化工中间体. 2010(11)
[9]石煤提钒钠化焙烧与钙化焙烧工艺研究[J]. 别舒,王兆军,李清海,张衍国. 稀有金属. 2010(02)
[10]石煤提钒浸出过程研究现状与展望[J]. 王明玉,王学文. 稀有金属. 2010(01)
硕士论文
[1]金属热还原—二次精炼制备高钛铁[D]. 高腾跃.东北大学 2012
[2]金属热还原—精炼法制备Ti-6Al-4V合金[D]. 吴万华.东北大学 2012
[3]Al-V中间合金制备工艺研究[D]. 胡洋.东北大学 2011
[4]高纯五氧化二钒的制备及偏钒酸铵结晶机理的研究[D]. 段冉.中南大学 2011
本文编号：3270804
【文章来源】：东北大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图３．１不同温度下各反应的Ａｔｆ??Ｆｉｇ．３．１?ＡＧ°ｓ?ｏｆ?ｒｅａｃｔｉｏｎｓ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ??
?－??图３．４?ＣａＯ－Ａｌ２ＯｒＣａＦ２三元渣系图??Ｆｉｇ．３．４?Ｔｒｉｎａｒｙ?ｓｌａｇ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＣａＯ－Ａｌ２〇３－ＣａＦ２??在金属热还原过程中同时加入氟化钙、氧化钙作为造渣剂时，便会产生??ＣａＯ－Ａｌ２０３－ＣａＦ２三元渣，该渣的脱氧和去夹杂能力比较强。在该渣系中，氧化钙的主要??作用是提高碱度，而氟化钙的作用主要为降低渣的初晶温度，提高渣流动性，为后续反??应创造良好的动力学条件。该渣系中氧化钙和氟化钙应有合适的比例，如果比值过高则??炉渣的中氧化钙含量过高，会造成炉渣熔化温度较高，流动性差，渣金分离不佳；若比??值过低，则渣中氟化钙含量过高，碱度不够，对冶炼不利，耐火材料腐蚀严重，同时氟??含量高的渣在高温下挥发性较强，使得熔渣成分不稳定，同时会造成环境污染，而??ＣａＯ－Ａｌ２０３
氟化钙似乎并没有起到降低初晶温度浓度，增加流动性的作用，反应进程缓慢，??结束终点不明显，渣金分离不佳，钒的回收率仅为６０％？７０％，若采用单一氟化钙造渣??还会有渣量过大的问题，且渣金完全不能分离，图３．５所示为采用三元渣系得到的合金??和渣，图３．６为单一ＣａＦ２造渣的实验产物。??网禱??ｍ??图３．５?ＣａＯ－Ａｌ２ＯｒＣａＦ２三元渣系合金及渣的照片??Ｆｉｇ．３．５?Ｐｈｏｔｏｓ?ｏｆ?ａｌｌｏｙ?ａｎｄ?ｓｌａｇ?ｍａｄｅ?ｂｙ?ＣａＯ－Ａｌ２〇３＇ＣａＦ２?ｔｒｉｎａｒｙ?ｓｌａｇ?ｓｙｓｔｅｍ??ＴｉＴ＂Ｔ?＿??图３，６?ＣａＦ２－Ａｌ２０３渣系实验产物照片??Ｆｉｇ．３．６?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｐｒｏｄｕｃｔ?ｕｓｉｎｇ?ＣａＦ２－Ａｌ２〇３?ｓｌａｇ?ｓｙｓｔｅｍ??３．３电铝热法主要设备及工作原理??图３．７为电铝热法制备钒铝合金使用的ＫＬ－１００型对电极直流电弧炉，其变压器额??定容量为２００ｋＶＡ，变压器二次电压为４０Ｖ￣１００Ｖ，以及ＫＺ－４０００Ａ型平行电极直流电??弧炉，其变压器额定容量为２００ｋＶＡ，变压器二次电压为４０Ｖ？６０Ｖ。电弧炉是由配电柜、??控制台、电极夹持器、升降机、石墨电极，钢制炉壳和基座组合而成。其工作原理是，??炉子给电后下放电极，当电极的底端和下部的炉料距离缩短到一定程度后，在强大电场??的作用下
【参考文献】：
期刊论文
[1]水冷铜坩埚一步铝热法制取高纯钒铝合金[J]. 彭予民,王恒. 钢铁钒钛. 2013(06)
[2]Al-Si系合金中除铁工艺的探讨[J]. 聂铁安,彭继华. 冶金丛刊. 2013(04)
[3]钒及钒基合金生产工艺综述[J]. 李慧敏,熊小四. 黔南民族师范学院学报. 2012(06)
[4]两步法制备钒铝合金试验研究[J]. 陈海军. 钢铁钒钛. 2012(06)
[5]聚变用钒及钒基合金性能的研究现状及进展[J]. 林波,杨维才,董鲜峰,迟永刚,刘梅,曾大鹏,沈军. 材料导报. 2012(S2)
[6]新法铝热炼镁还原渣提取高白氢氧化铝[J]. 狄跃忠,王智慧,王耀武,彭建平,冯乃祥. 化工学报. 2013(03)
[7]铝热法制备高钒铝合金的研究[J]. 喇培清,卢学峰,申达,魏玉鹏,王鸿鼎,郭鑫. 粉末冶金技术. 2012(05)
[8]氨氮废水处理技术及研究进展[J]. 姚淑华,张晓艳,石中亮. 化工中间体. 2010(11)
[9]石煤提钒钠化焙烧与钙化焙烧工艺研究[J]. 别舒,王兆军,李清海,张衍国. 稀有金属. 2010(02)
[10]石煤提钒浸出过程研究现状与展望[J]. 王明玉,王学文. 稀有金属. 2010(01)
硕士论文
[1]金属热还原—二次精炼制备高钛铁[D]. 高腾跃.东北大学 2012
[2]金属热还原—精炼法制备Ti-6Al-4V合金[D]. 吴万华.东北大学 2012
[3]Al-V中间合金制备工艺研究[D]. 胡洋.东北大学 2011
[4]高纯五氧化二钒的制备及偏钒酸铵结晶机理的研究[D]. 段冉.中南大学 2011
本文编号：3270804
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