一种中间合金铝热还原反应后的水破渣方法技术

一种中间合金铝热还原反应后的水破渣方法，原料在铝热还原反应结束后，在反应容器中形成合金锭与渣锭两部分物料，合金锭在反应容器的下部，渣锭在反应容器的上部，合金锭与渣锭之间部位形成气腔；反应结束后，向反应容器内的渣锭表面喷洒冷却水，冷却水喷洒速度要以保持反应容器内渣锭表面不积水为宜；渣锭遇冷后形成裂纹，气腔中的气体通过裂纹被释放出。采用本工艺能够有效地缩短合金锭自然冷却时间，提高生产效率；避免合金锭与渣锭中间的高压气体层将合金锭挤压形成大量的微裂纹，合金锭中气体元素氮、氢、氧与合金形成化合物滞留在合金中，而导致成品合金中气体元素含量增加；避免合金锭与渣锭中间层的高压气体将渣锭顶出，造成安全事故。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，原料在铝热还原反应结束后，在反应容器中形成合金锭与渣锭两部分物料，合金锭在反应容器的下部，渣锭在反应容器的上部，合金锭与渣锭之间部位形成气腔；反应结束后，向反应容器内的渣锭表面喷洒冷却水，冷却水喷洒速度要以保持反应容器内渣锭表面不积水为宜；渣锭遇冷后形成裂纹，气腔中的气体通过裂纹被释放出。采用本工艺能够有效地缩短合金锭自然冷却时间，提高生产效率；避免合金锭与渣锭中间的高压气体层将合金锭挤压形成大量的微裂纹，合金锭中气体元素氮、氢、氧与合金形成化合物滞留在合金中，而导致成品合金中气体元素含量增加；避免合金锭与渣锭中间层的高压气体将渣锭顶出，造成安全事故。【专利说明】
本专利技术涉及有色金属冶金领域，尤其涉及采用铝热还原生产中间合金的反应后合金锭的处理方法。
技术介绍
铝热还原反应是一种利用铝的还原性获得高熔点金属单质的方法，可简单的认为铝与某些金属氧化物(如氧化铁、五氧化二钒，五氧化二铌，三氧化钥，二氧化钥等金属氧化物）在高热条件下发生反应，生成各种不同化学成分的中间合金(如钒铝合金系列、钥铝合金系列、铌铝合金系列、钥钒铝合金系列、镍铌合金系列等)，反应结束后，在反应容器中形成两部分，下部为密度较大的中间合金锭，上部为密度相对较小的三氧化二铝渣锭，在合金锭与渣锭之间形成一层密封的空腔，空腔中有反应后从合金中上浮的气体，以及碱性金属气化物等，在2300°C以上高温条件下使得这部分气体产生很高的压强。在现有的技术中，反应完成后的反应容器中的合金锭与渣锭自然冷却一段时间后，等合金锭自然冷却到100°c左右时，打开反应容器，取出合金锭。由于反应后的合金锭与渣锭采取自然冷却方式，合金锭与渣锭中间部位的空腔中存有大量高压强的气体，致使刚凝固的合金锭产生大量微裂纹以及将处于上部的渣锭顶出反应容器，造成安全事故的危险。在高温下的刚凝固的合金锭产生大量微裂纹后会与气体元素氮、氢、氧反应生成相应的化合物，这些化合物会残留在合金中，最终影响合金成品的气体元素含量，降低产品质量。因此，需要通过一种破渣方法来释放反应后合金锭与渣锭中间部位空腔内的气体，以减小中间合金在反应后合金锭与渣锭中间的气体压强导致的微裂纹，以提高合金锭的质量，来满足航空航天领域对高品质中间合金的需要。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是由于采用铝热还原反应法生产中间合金后，在合金锭与渣锭中间部位空腔中存有高压强气体导致合金锭产生大量微裂纹，高温下合金锭中微裂纹部位与气体元素氮、氢、氧反应，导致气体元素残留在合金中，使得中间合金品质降低，从而无法满足航空航天领域对高品质中间合金的要求。为解决上述问题，本专利技术提供，间合金反应原料在铝热还原反应结束后，在反应容器中形成合金锭与渣锭两部分物料，合金锭在反应容器的下部，渣锭在反应容器的上部，合金锭与渣锭之间部位形成高压气体层；反应结束后，向反应容器内的渣锭表面喷洒冷却水，冷却水喷洒速度以保持反应容器内渣锭表面不积水为宜；渣锭遇冷后形成 裂纹，渣锭与合金锭之间的气体通过裂纹被释放。铝热还原反应结束后5-15min开始对渣锭表面进行喷洒冷却水。喷洒冷却水距离渣锭表面的高度根据坩埚内径确定，保证冷却水喷洒到渣锭表面时既能完全覆盖整个渣锭表面，又不会超过渣锭表面面积为宜。所述喷洒冷却水的流量为3-15 L/min。所述喷洒冷却水持续时间为4_6h。所述合金锭大小为300公斤-3000公斤。所述反应容器为坩埚，坩埚为刚玉、铜质、镁砖或石墨等制作。水破渣适用于采用铝热还原反应法生产的合金锭，包括钒铝合金、钥铝合金、铌铝合金、镍铌合金、钥钒铝合金、钒铝铁合金或钒铝锡铬等中间合金。水破渣方法适用于圆柱体、长方体或立方体形状的合金锭。喷洒用的冷却水为自来水或其他不含杂质的纯净水源。 本专利技术的技术方案具有以下优点： 本专利技术采用在氧化还原反应后对反应容器中2300°C以上以上的渣锭采取冷却水破渣处理，使得渣锭与合金锭很快的冷却下来，由于渣锭骤速冷却，渣锭形成大量裂纹，将合金锭与渣锭中间部位高压气体释放出来，可避免因高压气体对刚凝固的合金锭产生压力使合金锭形成大量微裂纹，进而避免高温状态的合金与气体元素氮、氢、氧反应生成化合物而残留在合金中，成品合金气体元素含量大大降低，提高了中间合金的品质，能够满足航空航天领域对高品质的中间合金的要求。其次，采用了本专利技术的方法生产中间合金可缩短原来自然冷却需要较长的时间，快速的冷却合金锭大大提高了生产效率。再次，采用了本专利技术生产中间合金，避免了合金锭与渣锭中间的高压气体将渣锭顶出反应容器而引发安全事故的可能性，提高了生产的可靠性。【专利附图】【附图说明】图I是现有的自然冷却后反应容器结构示意图； 图2是本专利技术水破渣方法的示意图； 图中，I、渣锭，2、气体层，3、合金锭，4、冷却水喷头，5、冷却水。【具体实施方式】参考图I，反应结束后，合金锭与渣锭中间形成气体层，反应生成物为两种，一是处于反应容器上部的三氧化二铝渣锭，二是处于反应容器下部的合金锭，三氧化二铝熔点约为2300°C较一般合金熔点要高，故渣锭最先凝固，合金锭中气体上浮后被凝固的渣锭阻挡在渣锭与合金锭中间部位，同时反应过程中各种碱金属在高温条件下也以气态形式聚集在该部位，大量的气体在高温条件下聚集于此形成高压强，将刚凝固的合金锭压出很多微裂纹，微裂纹中的气体元素氮、氢、氧和高温状态的合金反应生成化合物滞留在合金锭中，使合金中气体元素含量增加，影响产品质量，不能够满足航空航天对高品质中间合金的要求。另外，合金锭与渣锭中间高压气体存在很容易将处于容器上部的渣锭顶出，造成安全事故，影响中间合金的稳定生产。为此，专利技术人经过创造性劳动，获得了一种中间合金氧化还原反应后的水破渣方法，图2为本专利技术实施例提供的水破渣方法的流程图，参考图2，水破渣的具体方法为： 结合本专利技术的具体反应容器(高1200mm*内径1000mm)和钒铝65合金(适用于钒铝65合金但不限于钒铝65合金)，喷洒冷却水高度为2000mm、喷头直径为100mm、水压强为I.0*105pa、调整控制水阀，使其喷洒水流量在3-15L/min，洒水时间为4_6小时。下面结合附图，通过具体实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的可实施方式的一部分，而不是其全部。根据这些实施例，本领域的普通技术人员在无需创造性劳动的前提下可获得的所有其它实施方式，都属于本专利技术的保护范围。实施例I 本实施案例使用的反应容器为不锈钢外壳坩埚（高1200mm*内径1000mm)，坩埚内部为刚玉制作，刚玉坩埚分为内衬和外壁两个部分，先将粗细颗粒不同的刚玉料按所需的比例，每公斤刚玉加入质量百分数为5-10%碳酸钠水溶液20-40ml，充分混合均匀后，在振动平台上先将一定尺寸（高1200mm*厚100mm)外壁造好后，继续在振动平台上将一定尺寸的内衬(高450mm*厚100mm)制造完成，300°C -800°C烧结约12-15小时后冷却8小时后可使用。生产合金反应物料配置好后，进行氧化还原反应，反应结束后IOmin进行水破渣处理过程。如图2所示，根据实际操作环境、水破渣的实际要求，反应容器可以是刚玉坩埚，也可以是铜坩埚、石墨坩埚等，优选方案是刚玉坩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中间合金铝热还原反应后的水破渣方法，其特征在于：中间合金反应原料在铝热还原反应结束后，在反应容器中形成合金锭与渣锭两部分物料，合金锭在反应容器的下部，渣锭在反应容器的上部，合金锭与渣锭之间部位形成气体层；反应结束后，向反应容器内的渣锭表面喷洒冷却水，以保持反应容器内渣锭表面不积水控制冷却水喷洒速度；渣锭遇冷后形成裂纹，渣锭与合金锭之间的气体通过裂纹被释放。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：方敏，刘志光，陈小曼，孙诗淋，
申请(专利权)人：大连融德特种材料有限公司，
类型：发明
国别省市：