專利名稱：：一種Ti-Al系金屬間化合物合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種鈦合金，尤其是一種以攀西地區(qū)含鈦原料冶煉制取的Ti-Al系金屬間化合物。
背景技術(shù)：
：鈦合金具有強(qiáng)度高、中溫性能好、耐腐蝕、無磁、焊接性能好等特點(diǎn)，是一種重要的輕質(zhì)金屬材料。近幾年世界各國(guó)新開發(fā)的新型鈦合金有宇航用鈦合金、船用鈦合金、生物用鈦合金、金屬間化合物工程合金等。已廣泛應(yīng)用于宇航及武器裝備，包括軍用和民用飛機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、導(dǎo)彈、艦艇、一體化核反應(yīng)堆、輕型火炮等。含鈦合金材料有高、中、低鈦型合金材料和復(fù)合鈦合金，生產(chǎn)的主要原料為富鈦料、還原劑、鐵原料、熔劑、助劑、附材和其它配對(duì)合金等，生產(chǎn)工藝多采用還原自熱法和自熱電還原法。低鈦合金和鈦多元合金材料生產(chǎn)技術(shù)簡(jiǎn)單，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)形成一定的生產(chǎn)規(guī)模，但產(chǎn)品附加值低，技術(shù)含量低，市場(chǎng)處在低端用途，發(fā)展余地較小。高鈦型合金材料開發(fā)代表了含鈦合金生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，西方國(guó)家和俄羅斯均采用在低鈦型合金材料冶煉過程中熔融廢鈦提高含鈦合金的鈦品位，達(dá)到高鈦型合金材料的技術(shù)質(zhì)量要求。近年來廢鈦供應(yīng)短缺和部分來源廢鈦的放射性給該工藝帶來不利影響，同時(shí)鋼鐵和粉末冶金的高速發(fā)展對(duì)高鈦型合金材料提出了新要求，需要開發(fā)新型高鈦型合金材料產(chǎn)業(yè)化技術(shù)。國(guó)內(nèi)外相關(guān)生產(chǎn)廠正在從不同的方向進(jìn)行新型高鈦型合金材料產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開發(fā)，以滿足鋼鐵冶金對(duì)高鈦型合金材料不斷增長(zhǎng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求。鈦是化學(xué)上極為活潑的金屬元素之一，與氧、氮、碳都有極強(qiáng)的親和力，鈦和鈦合金熔點(diǎn)高，化學(xué)性質(zhì)活潑，在高溫或熔融狀態(tài)下容易與空氣和耐火材料發(fā)生作用。通常國(guó)內(nèi)外一般采用富鈦料氯化生產(chǎn)四氯化鈦，四氯化鈦經(jīng)過凈化處理后采用鎂還原生產(chǎn)海綿鈦，海綿鈦與合金元素混合壓制成電極，在真空自耗爐熔化形成鈦合金產(chǎn)品。該鈦合金產(chǎn)品要求鈦原料具有較高的含鈦量，因而原料來源局限，且成本也相對(duì)較高
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種以攀西地區(qū)鈦原料，釆用鋁熱法冶煉制取的Ti-Al系金屬間化合物合金產(chǎn)品。該產(chǎn)品的原料來源穩(wěn)定，生產(chǎn)工藝安全可靠，所制取的Ti-Al系金屬間化合物合金產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，能滿足現(xiàn)代工業(yè)對(duì)Ti-Al系金屬間化合物的技術(shù)質(zhì)量要求。同時(shí)本發(fā)明還解決了用含雜質(zhì)高的攀西地區(qū)釩鈦原料冶煉制取Ti-Al系金屬間化合物合金產(chǎn)品的技術(shù)難題，從而改寫了因攀西含鈦原料雜質(zhì)含量高不能生產(chǎn)鈦合金的歷史，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)的空白。本發(fā)明是通過實(shí)施如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明發(fā)明目的。一種Ti-Al系金屬間化合物合金，其特征在于lOOKg攀西地區(qū)含鈦原料中配有如下重量配比的輔助材料金屬鋁75115Kg、鈣質(zhì)冶金輔料15~25Kg、氯酸鉀18~28Kg、鈣-鈉系處理劑1.5~3.5Kg。所述lOOKg攀西地區(qū)含鈦原料中還配有以下重量配比的兩種輔助材料中的任意一種或它們的組合釩系原料310Kg、鈮系原料1245Kg。所述100Kg攀西地區(qū)含鈦原料中還可配有以下重量配比的任意一種輔助材料碳原料46Kg、硅原料34Kg。所述攀西地區(qū)鈦原料的7102含量>90%。所述金屬鋁的含鋁量》95%。所述鈣質(zhì)冶金輔料是指CaO含量》85%的生石灰。所述鈣-鈉系處理劑是碳酸鈉與CaF2含量》85。/。的瑩石以任意比例的混合物；所述釩系原料為V205含量》98。/。的五氧化二釩。所述鈮系原料為>^205含量》99%的氧化鈮。所述碳原料是指C含量》90%的無煙煤。所述硅原料是指Si含量》96%的金屬硅。以上含量均為重量百分比。本發(fā)明對(duì)上述原輔材料性能指標(biāo)的要求詳見表1。表1原輔材料性能指標(biāo)要求/%<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>上述合金制備的具體工藝步驟如下:以含鈦原料為基準(zhǔn)，按上述重量配比稱取原料及各種輔助材料，將攀西地區(qū)鈦原料加入旋轉(zhuǎn)爐中，經(jīng)50~80min加熱至80085(TC后，再經(jīng)連接倉(cāng)送入混料器中充分混合均勻，然后從配料倉(cāng)加入鈣質(zhì)冶金輔料、鈣-鈉系處理劑、金屬鋁、釩系原料、氯酸鉀及鈮系原料等?；炝掀髦械脑霞拜o助材料混合均勻后，經(jīng)對(duì)接倉(cāng)卸入已預(yù)熱至15030(TC的冶煉爐及高位料倉(cāng)內(nèi)，按下部點(diǎn)火工藝冶煉，反應(yīng)結(jié)束后加入1015Kg緩凝劑。合金按用戶要求澆注成型，產(chǎn)品經(jīng)檢驗(yàn)、包裝、入庫(kù)。所述緩凝劑是以冶金石灰為基礎(chǔ)，即95%以上為生石灰，其余為鎂粉。下面對(duì)本發(fā)明的化學(xué)反應(yīng)原理及工藝設(shè)備說明如下1、系列合金生產(chǎn)使用的鈦原料主要由Ti02、Si02、MnO等組成，釩、鈮原料主要由V205、Nb20s組成，在滿足相關(guān)熱平衡、物料平衡和金屬Al還原劑的條件下，原料中的不同氧化物組元與鋁發(fā)生還原反應(yīng)，主要的化學(xué)反應(yīng)式如下，反應(yīng)依照自由能和活度相系變化次序進(jìn)行，反應(yīng)結(jié)束后在Ti-Al-V-Nb合金系和Si02-MgO-CaO-Ti02-Al203渣系間形成平衡，冷卻分離后得到合金產(chǎn)品和合金渣。溫度和催化劑決定反應(yīng)速度，C、S和P等雜質(zhì)依據(jù)活度系數(shù)、溫度和平衡常數(shù)在渣及合金間梯級(jí)分配。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>Fe304+2/3Al=3FeO+1/3A1203(6)△GT°=-17000-29.25T3FeO+2A1=3Fe+A1203(7)3Si02+4A1—3Si+2A1203(8)3V205+10A1—6V+5A1203(9)3Nb205+10A1—6Nb+5A1203(10)2、由于合金冶煉過程有大量的A1203產(chǎn)生，八1203和CaO結(jié)合形成CaOAl203，CaO既調(diào)整渣的酸堿度平衡，同時(shí)增加爐渣的硫容和磷容，提高硫磷脫除能力，抑制逆反應(yīng)發(fā)生，因此要求含S和P水平低。CaO加入量高于計(jì)算值，影響爐渣熔點(diǎn)，不利于P和S的傳質(zhì)，部分CaO原料還會(huì)帶入少量P和S，因此本發(fā)明選用鈉鈣系處理劑綜合脫除硫磷雜質(zhì)。鈦鐵產(chǎn)品的雜質(zhì)控制問題，主要是對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理，削減雜質(zhì)帶入水平，同時(shí)采取綜合冶金方式提高渣脫除S、P等雜質(zhì)能力，以滿足用戶要求。3、實(shí)施本發(fā)明方法的"鈦鐵系列產(chǎn)品冶煉成套設(shè)備"已于2009年2月18日公告授予專利權(quán)，專利號(hào)為ZL200710049215.2，該成套裝置包括加熱設(shè)備、混料設(shè)備、反應(yīng)裝置、除塵設(shè)備、輸送設(shè)備、精整設(shè)備和計(jì)量設(shè)備等，加熱設(shè)備使用煤基燃料，中心溫度〉90(TC，出口溫度〉70(TC。物料采用鋼質(zhì)管路系統(tǒng)輸送，配備振動(dòng)泵。煙塵輸送配備大功率風(fēng)機(jī)，與除塵布袋以及水淋系統(tǒng)連接。反應(yīng)設(shè)備由鑄鋼澆鑄成型，內(nèi)襯整體澆注耐火材料，確保盛裝28t的物料，耐高溫能力超過1800'C以上。用遠(yuǎn)程測(cè)溫進(jìn)行物料測(cè)溫，電子稱、磅秤和地磅對(duì)物料進(jìn)行計(jì)量。生產(chǎn)過程采用自動(dòng)測(cè)溫、遠(yuǎn)程監(jiān)控、電子點(diǎn)火全套裝備及系列軟件，實(shí)現(xiàn)了Ti3Al基、TiAl基系列合金冶煉的半自動(dòng)生產(chǎn)線。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果表現(xiàn)在A、本發(fā)明原料來源穩(wěn)定，生產(chǎn)工藝安全可靠，所制取的合金系列產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，達(dá)到了國(guó)內(nèi)對(duì)Ti3Al基、TiAl基系列合金的技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。B、本發(fā)明冶煉制取的系列合金產(chǎn)品，硫磷水平低，有效降低了可能帶入的雜質(zhì)的危害。C、本發(fā)明解決了用含雜質(zhì)高的攀西地區(qū)含鈦原料冶煉鈦基合金的技術(shù)難題，開發(fā)出了符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的新產(chǎn)品。具體實(shí)施方式實(shí)施例l一種Ti3Al基合金Ti-22Al-20Nb-5V，其特征在于100Kg攀西地區(qū)含鈦原料中配有如下重量配比的輔助材料金屬鋁75Kg，生石灰25Kg，氯酸鉀20Kg，鈣-鈉系處理劑3Kg，含Nb205為99%的氧化鈮45kg，含V205為99%的五氧化二釩10kg。所述鈣-鈉系處理劑為1:1重量比的瑩石與碳酸鈉的混合物。所述合金制備的具體工藝步驟如下以2噸含鈦原料為基準(zhǔn)，按上述重量配比稱取原料及各種輔助材料，將攀西地區(qū)鈦原料加入旋轉(zhuǎn)爐中，經(jīng)5080min快速加熱至800850"C后，再經(jīng)連接倉(cāng)送入混料器中充分混合均勻，然后從配料倉(cāng)依次加入生石灰、鈣-鈉系處理劑、氧化鈮和五氧化二釩、金屬鋁、氯酸鉀，混料器中的原料及輔助材料混合均勻后，經(jīng)對(duì)接倉(cāng)卸入己預(yù)熱至150300。C的冶煉爐及高位料倉(cāng)內(nèi)，按下部點(diǎn)火工藝冶煉，反應(yīng)結(jié)束后加入1015Kg緩凝劑，合金經(jīng)保護(hù)澆注成型，產(chǎn)品檢驗(yàn)、包裝、入庫(kù)。經(jīng)檢測(cè)，Ti-22Al-20Nb-5V產(chǎn)品的化學(xué)成分及含量(％)如下Ti:50.19Al:23.85P:0.201S:0.048Nb:21.3Cu:0.042V:4.23實(shí)施例2一種Ti3Al基合金Ti-25Al-17Nb,其特征在于100Kg攀西地區(qū)含鈦原料中配有如下重量配比的輔助材料金屬鋁95Kg，生石灰25Kg，氯酸鉀20Kg，鈣-鈉系處理劑3Kg，含Nb205為99%的氧化鈮40kg。所述鈣-鈉系處理劑為hl重量比的瑩石與碳酸鈉的混合物。所述合金制備的具體工藝步驟如下以2噸含鈦原料為基準(zhǔn)，按上述重量配比稱取原料及各種輔助材料，將攀西地區(qū)鈦原料加入旋轉(zhuǎn)爐中，經(jīng)50~80min快速加熱至80085(TC后，再經(jīng)連接倉(cāng)送入混料器中充分混合均勻，然后從配料倉(cāng)依次加入氧化鈮、生石灰、轉(zhuǎn)-鈉系處理劑、金屬鋁、氯酸鉀，混料器中的原料及輔助材料混合均勻后，經(jīng)對(duì)接倉(cāng)卸入已預(yù)熱至150300'C的冶煉爐及高位料倉(cāng)內(nèi)，按下部點(diǎn)火工藝冶煉，反應(yīng)結(jié)束后加入1015Kg緩凝劑，合金經(jīng)保護(hù)澆注成型，產(chǎn)品檢驗(yàn)、包裝、入庫(kù)。經(jīng)檢測(cè)，Ti-25Al-17Nb產(chǎn)品的化學(xué)成分及含量(％)如下Ti:56.10Al:24.13P:0.180S:0.023Nb:18.23Cu:0.042實(shí)施例3一種TiAl基合金Ti-46Al-5Nb-2V-2Si，其特征在于100Kg攀西地區(qū)含鈦原料中配有如下重量配比的輔助材料金屬鋁115Kg，生石灰25Kg，氯酸鉀22Kg，鈣-鈉系處理劑3Kg，含>^205為99%的氧化鈮12kg，含V205為99%的五氧化二釩5kg、硅原料3kg。所述鈣-鈉系處理劑為1:1重量比的瑩石與碳酸鈉的混合物。所述合金制備的具體工藝步驟如下以2噸含鈦原料為基準(zhǔn)，按上述重量配比稱取原料及各種輔助材料，將攀西地區(qū)鈦原料加入旋轉(zhuǎn)爐中，經(jīng)50~80min快速加熱至800850。C后，再經(jīng)連接倉(cāng)送入混料器中充分混合均勻，然后從配料倉(cāng)依次加入氧化鈮和五氧化二釩、韓質(zhì)冶金輔料、鈣-鈉系處理劑、硅原料、金屬鋁、氯酸鉀?；炝掀髦械脑霞拜o助材料混合均勻后，經(jīng)對(duì)接倉(cāng)卸入已預(yù)熱至15030(TC的冶煉爐及高位料倉(cāng)內(nèi)，按下部點(diǎn)火工藝冶煉，反應(yīng)結(jié)束后加入1015Kg緩凝劑，合金經(jīng)保護(hù)、森注成型，產(chǎn)品檢驗(yàn)、包裝、入庫(kù)。經(jīng)檢測(cè)，Ti-46Al-5Nb-2V-2Si產(chǎn)品的化學(xué)成分及含量(％)如下Ti:42.13Al:45.6P:0.15S:0扁Nb:4.73Cu:0.042V:2.23Si:1.86實(shí)施例4一種TiAl基合金Ti-48Al-lV-2C，其特征在于100Kg攀西地區(qū)含鈦原料中配有如下重量配比的輔助材料金屬鋁106Kg，生石灰20Kg，氯酸鉀28Kg，鈣-鈉系處理劑2Kg，含V205為99%的紅釩2.5kg，碳原料4kg。所述鈣-鈉系處理劑為30%瑩石與70%碳酸鈉的重量比混合物。所述合金制備的具體工藝步驟如下以2噸含鈦原料為基準(zhǔn)，按上述重量配比稱取原料及各種輔助材料，將攀西地區(qū)鈦原料加入旋轉(zhuǎn)爐中，經(jīng)50~80min快速加熱至800-850。C后，再經(jīng)連接倉(cāng)送入混料器中充分混合均勻，然后從配料倉(cāng)依次加入生石灰、鈣-鈉系處理劑、金屬鋁、五氧化二釩、碳原料、氯酸鉀?；炝掀髦械脑霞拜o助材料混合均勻后，經(jīng)對(duì)接倉(cāng)卸入已預(yù)熱至15030(TC的冶煉爐及高位料倉(cāng)內(nèi)，按下部點(diǎn)火工藝冶煉，反應(yīng)結(jié)束后加入1015Kg緩凝劑，合金經(jīng)保護(hù)澆注成型，產(chǎn)品檢驗(yàn)、包裝、入庫(kù)。經(jīng)檢測(cè)，Ti-48Al-lV-2C產(chǎn)品的化學(xué)成分及含量(％)如下Ti:46.13Al:47.6P:0.16S:0.048Cu:0.042V:1.13C:2.1權(quán)利要求1、一種Ti-Al系金屬間化合物合金，其特征在于100Kg攀西地區(qū)含鈦原料中配有如下重量配比的輔助材料金屬鋁75～115Kg、鈣質(zhì)冶金輔料15～25Kg、氯酸鉀18～28Kg、鈣-鈉系處理劑1.5～3.5Kg。2、如權(quán)利要求1所述的Ti-Al系金屬間化合物合金，其特征在于所述lOOKg攀西地區(qū)含鈦原料中還配有以下重量配比的兩種輔助材料中的任意一種或它們的組合釩系原料310Kg、鈮系原料1245Kg。3、如權(quán)利要求1或2所述的Ti-Al系金屬間化合物合金，其特征在于所述lOOKg攀西地區(qū)含鈦原料中還配有以下重量配比的任意一種輔助材料碳原料4~6Kg、硅原料34Kg。4、如權(quán)利要求1或2所述的Ti-Al系金屬間化合物合金，其特征在于Ti3Al基合金Ti-22Al-20Nb-5V是lOOKg攀西地區(qū)含鈦原料中配有如下重量配比的輔助材料金屬鋁75Kg，生石灰25Kg，氯酸鉀20Kg，鈣-鈉系處理劑3Kg，含^205為99%的氧化鈮45kg，含V205為99%的五氧化二釩10kg。5、如權(quán)利要求l或2所述的Ti-Al系金屬間化合物合金，其特征在于Ti3Al基合金Ti-25Al-17Nb是100Kg攀西地區(qū)含鈦原料中配有如下重量配比的輔助材料金屬鋁95Kg，生石灰25Kg，氯酸鉀20Kg，鈣-鈉系處理劑3Kg，含Nb205為99%的氧化鈮40kg。6、如權(quán)利要求3所述的Ti-Al系金屬間化合物合金，其特征在于TiAl基合金Ti-46Al-5Nb-2V-2Si是100Kg攀西地區(qū)含鈦原料中配有如下重量配比的輔助材料金屬鋁115Kg，生石灰25Kg,氯酸鉀22Kg，鈣-鈉系處理劑3Kg，含Nb205為99%的氧化鈮12kg，含V205為99%的五氧化二釩5kg、硅原料3kg。7、如權(quán)利要求3所述的Ti-Al系金屬間化合物合金，其特征在于TiAl基合金Ti-48Al-lV-2C是100Kg攀西地區(qū)含鈦原料中配有如下重量配比的輔助材料金屬鋁106Kg，生石灰20Kg，氯酸鉀28Kg，鈣-鈉系處理劑2Kg，含V205為99%的紅釩2.5kg，碳原料4kg。8、如權(quán)利要求l或2所述的Ti-Al系金屬間化合物合金，其特征在于所述攀西地區(qū)鈦原料的1102含量》90%。9、如權(quán)利要求l或2所述的Ti-Al系金屬間化合物合金，其特征在于所述鈣質(zhì)冶金輔料是指CaO含量>85%的生石灰。10、如權(quán)利要求l或2所述的Ti-Al系金屬間化合物合金，其特征在于所述鈣-鈉系處理劑是指碳酸鈉與CaF2含量》85n/。的瑩石以任意比例的混合物。全文摘要本發(fā)明涉及一種以攀西地區(qū)含鈦原料冶煉制取的Ti-Al系金屬間化合物，其100Kg攀西地區(qū)含鈦原料中配有如下重量配比的輔助材料金屬鋁75～115Kg、鈣質(zhì)冶金輔料15～25Kg、氯酸鉀18～28Kg、鈣-鈉系處理劑1.5～3.5Kg；同時(shí)還可配有以下重量配比的兩種輔助材料中的任意一種或它們的組合釩系原料3～10Kg、鈮系原料12～45Kg，以及碳原料4～6Kg或硅原料3～4Kg。本發(fā)明原料來源穩(wěn)定，生產(chǎn)工藝安全可靠，所制取的Ti-Al系金屬間化合物合金產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，能滿足現(xiàn)代工業(yè)對(duì)Ti-Al系金屬間化合物的技術(shù)質(zhì)量要求；同時(shí)本發(fā)明還解決了用含雜質(zhì)高的攀西地區(qū)釩鈦原料冶煉制取Ti-Al系金屬間化合物合金產(chǎn)品的技術(shù)難題，從而改寫了因攀西含鈦原料雜質(zhì)含量高不能生產(chǎn)鈦合金的歷史，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)的空白。文檔編號(hào)C22C14/00GK101619405SQ20091006003公開日2010年1月6日申請(qǐng)日期2009年7月17日優(yōu)先權(quán)日2009年7月17日發(fā)明者何金勇,宋國(guó)菊,森張,文光興,楊保祥申請(qǐng)人:攀枝花市銀江金勇工貿(mào)有限責(zé)任公司