一種用于鋁熱還原方法制備鋁基中間合金的坩堝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于冶金領域，特別涉及一種用于制備鋁基中間合金的復合式坩堝。該坩堝由底座、下部爐體和上部保護套三個部分組成。坩堝底座、爐體和保護套外層為結(jié)構鋼模具。底座內(nèi)襯為氧化鋁磚及氧化鎂磚砌筑而成；爐體和保護套內(nèi)襯由氧化鋁磚砌筑而成。坩堝內(nèi)襯和外部模具之間填充三氧化二鋁渣散料做保溫材料。鋁熱還原反應主要在爐體部分進行，保護套起到在反應時防止熔體飛濺及溢出的作用。此坩堝可以應用于各種不同種類的鋁基中間合金。該坩堝不僅制作工序簡單，制作周期短、效率高，而且還能利用鋁熱還原反應的副產(chǎn)物，大幅度降低了生產(chǎn)成本，且由于坩堝內(nèi)襯是由鋁熱還原反應產(chǎn)生的副產(chǎn)物制作而成，因此本發(fā)明不會對合金帶來雜質(zhì)污染。
【專利說明】一種用于鋁熱還原方法制備鋁基中間合金的坩堝

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復合式坩堝，具體講的是一種采用鋁熱還原法制備鋁基中間合金的復合式坩堝及其制備工藝，其屬于冶金領域。

【背景技術】
[0002]鋁基中間合金作為高溫合金、鈦合金、鋁合金及有色金屬材料等冶煉用的添加劑，應用非常廣泛。鋁基中間合金制備方法有多種，其中鋁熱還原方法制備中間合金由于成本低廉，工藝簡單而占有很重要的地位。工業(yè)上一般用銅、石墨坩堝、氧化鎂磚砌坩堝或氧化鋁燒結(jié)坩堝來制備鋁基中間合金。利用銅坩堝制備的合金雜質(zhì)少，但是銅坩堝造價高、水冷風險大；石墨坩堝雖然成本較低，但是容易造成碳污染。同時銅坩堝和石墨坩堝產(chǎn)能也較低。氧化鎂磚砌坩堝及氧化鋁燒結(jié)坩堝產(chǎn)能較大，但氧化鎂磚抗熱振性能差，只能使用一次，導致氧化鎂磚砌坩堝造價高，又由于普通氧化鎂磚含有較高的二氧化硅和氧化鐵，容易對中間合金產(chǎn)品帶來雜質(zhì)污染；氧化鋁燒結(jié)坩堝基本不會對產(chǎn)品造成雜質(zhì)污染，而且可以循環(huán)利用反應副產(chǎn)物三氧化二鋁，但是三氧化二鋁坩堝的制作工藝復雜繁瑣，要經(jīng)過內(nèi)襯外壁振動成型、燒結(jié)及冷卻等工序，整個制作周期達24小時，效率低下，消耗的成本也較高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]鑒于已有的技術存在的缺陷，本發(fā)明的目的是要提供一種用于制備釩鋁合金的復合式坩堝，此坩堝不僅產(chǎn)能大、制作工序簡單、制作效率高、成本低而且不會對產(chǎn)品帶來雜質(zhì)污染。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術解決方案:一種用于鋁熱還原方法制備鋁基中間合金的坩堝，其特征在于:從上至下包括依次疊放的底座、下部爐體和上部保護套三個部分；底座包括底部最外層平板狀結(jié)構鋼模具(1)，平板狀結(jié)構鋼模具(I)上表面設有底座內(nèi)襯永久層(2)，底座內(nèi)襯永久層(2)上設有底座內(nèi)襯置換層(3);爐體包括最外層上下兩端開口的、圓桶狀結(jié)構鋼模具(4)，圓桶狀結(jié)構鋼模具(4)內(nèi)表面設有爐壁內(nèi)襯層(6)，爐壁內(nèi)襯層(6)內(nèi)設有保溫層(5);保護套包括最外層上下兩端開口的、圓桶狀保護套結(jié)構鋼模具(7)，圓桶狀保護套結(jié)構鋼模具(7)內(nèi)表面設有保護套爐壁內(nèi)襯層(9)，保護套爐壁內(nèi)襯層(9)內(nèi)表面設有保護套保溫層(8);爐體的圓桶狀結(jié)構鋼模具(4)置于平板狀結(jié)構鋼模具(I)上方，底座內(nèi)襯永久層(2)和底座內(nèi)襯置換層(3)為徑向截面圓形的板狀結(jié)構，它們置于爐體的圓桶狀結(jié)構鋼模具(4)內(nèi)部、并與爐體的圓桶狀結(jié)構鋼模具(4)同軸設置；爐壁內(nèi)襯層(6)和保溫層(5)置于底座內(nèi)襯置換層(3)上方；圓桶狀保護套結(jié)構鋼模具(7)置于爐體的圓桶狀結(jié)構鋼模具(4)上方，圓桶狀保護套結(jié)構鋼模具(7)與爐體的圓桶狀結(jié)構鋼模具(4)同軸設置。
[0005]保護套爐壁內(nèi)襯層(9 )置于爐壁內(nèi)襯層(6 )上方，保護套爐壁內(nèi)襯層(9 )與爐壁內(nèi)襯層(6)同軸設置；保護套保溫層(8)置于保溫層(5)上方，保護套保溫層(8)與保溫層(5)同軸設置。底座內(nèi)襯永久層(2)是由氧化鎂磚砌筑而成，底座置換層(3)、爐體爐壁內(nèi)襯層(6)和保護套爐壁內(nèi)襯層(9)由氧化鋁磚砌筑而成；
[0006]結(jié)構鋼模具材料為普通碳素結(jié)構鋼；
[0007]鋁熱還原反應主要在爐體部分進行，保護套起到在反應時防止熔體飛濺及溢出的作用；所述的保護套和底座永久層可以重復多次使用，底座置換層可以重復使用3-4次。所述底座內(nèi)襯下層為氧化鎂磚永久層，氧化鎂磚側(cè)鋪或橫鋪，永久層可多次使用，在拆爐時無需拆除，永久層的主要作用是防止反應時金屬液體穿爐；底座內(nèi)襯上層為氧化鋁磚砌筑的置換層，氧化鋁磚橫鋪，在每次反應后拆爐時需拆除。
[0008]所述圓桶狀保護套結(jié)構鋼模具(7)底部開口端向內(nèi)徑向設有一個可以承受保溫材料及內(nèi)襯重量的圓環(huán)形底座(10)。
[0009]平板狀結(jié)構鋼模具(I)、爐體的圓桶狀結(jié)構鋼模具(4)、圓桶狀保護套結(jié)構鋼模具
(7)共同構成坩堝的合金鋼模具；爐體的圓桶狀結(jié)構鋼模具(4)高度為460_-920_，圓桶狀保護套結(jié)構鋼模具(7)高度為920mm-1380mm。
[0010]所述坩堝的內(nèi)襯氧化鋁磚是由通過鋁熱還原反應制備釩鋁合金的副產(chǎn)物氧化鋁渣制作而成，其氧化鋁含量為80%-95% ;氧化鋁磚有兩種尺寸，一種尺寸為標準型磚(結(jié)構尺寸230X114X65mm)，另外一種為梯形磚(結(jié)構尺寸為230X 114X65/45mm)；
[0011]爐壁內(nèi)襯是由兩種類型的氧化鋁磚的標準型氧化鋁磚及梯形氧化鋁磚繞所需直徑的圓砌筑而成；所述的氧化鋁磚具有較好的抗熱振性能，可以重復使用4-7次。
[0012]所述的氧化鎂磚中氧化鎂的純度在85%_95%之間，S12含量彡6%，F(xiàn)e2O3含量(1%, Na2O ( 1%, Ca2O ( 1%,其它元素含量均小于0.5%。
[0013]所述保溫層(6)和保護套保溫層(8)的保溫材料是由粒度小于5_的氧化鋁渣組成。氧化鋁渣是釩鋁合金的副產(chǎn)物。
[0014]復合式坩堝的制作方法:
[0015]底座:底座模具(I)平整后將氧化鎂磚側(cè)鋪于底座上，完成永久層(2)的制作。再將一層氧化招磚橫鋪于永久層上完成底座置換層(3)的制作。
[0016]爐體:在底座磚層上確定中心點，畫一定直徑的圓，然后將爐體模具(4)套到底座模具(I)上。將一定比例的標準氧化鋁磚及梯形氧化鋁磚繞圓環(huán)砌成圓環(huán)，按同樣的砌筑方式從下往上砌筑三層磚或四層磚以完成爐體內(nèi)襯(6)的制作。最后填充干燥的粒度< 5mm的氧化鋁渣形成保溫層(5)。
[0017]保護套:在保護套結(jié)構鋼模具(7)底部確定中心點，畫比爐體直徑略大的圓，在保護套底部圓環(huán)(10)上環(huán)砌氧化鋁磚，從下往上砌筑四層至六層磚以完成保護套內(nèi)襯(9)的制作，最后將干燥的粒度< 5mm的氧化鋁渣填充到內(nèi)襯和模具之間形成保溫層(8)。
[0018]將保護套吊至爐體上，便完成了整套復合式坩堝的制作。因保護套及底座永久層可重復使用多次，因此在后續(xù)的操作中只需制作底座置換層(3)及爐體內(nèi)襯(6)。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點在于:復合式坩堝分為底座、下部爐體和上部保護套三個部分。鋁熱還原反應在爐體部分進行。上部保護套對液體飛濺及流出現(xiàn)象起到了很好的防護作用，可以確保反應的安全。爐體和保護套內(nèi)襯都為磚砌結(jié)構，無需振動成型、燒結(jié)及冷卻等工序，制作工藝簡單。坩堝的保護套以及底座永久層可以重復多次使用，因此只需制作爐體內(nèi)襯；底座置換層由于可重復使用3-4次，進一步簡化了復合式坩堝的制作工序。每個復合式坩堝的制作時間僅為1-2個小時，極大的提高了生產(chǎn)效率。
[0020]復合式坩堝的內(nèi)襯結(jié)構為氧化鋁磚結(jié)構，氧化鋁磚采用鋁熱反應生成的副產(chǎn)物氧化鋁渣制作而成，不會對中間合金產(chǎn)生二次污染，可以確保中間合金的質(zhì)量；并且此氧化鋁磚的抗熱振性能較好，重復使用率達4-7次，極大的降低了生產(chǎn)成本。
[0021]復合式坩堝產(chǎn)能較大，一次產(chǎn)出的中間合金可達500kg。
[0022]因此本發(fā)明不僅制作效率高、制作時間短、產(chǎn)能大，同時也降低了生產(chǎn)成本并且不會帶來雜質(zhì)污染。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的復合式坩堝剖面圖；
[0024]圖中:1底座模具2底座永久層3底座置換層4爐體模具5爐體保溫層6爐體內(nèi)襯7保護套模具8保護套保溫層9保護套內(nèi)襯；
[0025]圖2為本發(fā)明保護套部分的示意圖；
[0026]圖中:10保護套底部圓環(huán)；
[0027]圖3兩種氧化鋁磚示意圖；
[0028]圖4爐壁及保護套內(nèi)襯磚的砌筑方式。

【具體實施方式】
[0029]實施例一
[0030]先將底座結(jié)構鋼模具I放置平整，在模具底座上側(cè)鋪一層氧化鎂磚以形成底座內(nèi)襯永久層2，并調(diào)整磚使其排列整齊且縫隙較小，然后在側(cè)鋪的氧化鎂磚上橫鋪一層氧化鋁磚以完成置換層3的制作。確定坩堝底座中心點后，畫出直徑為100mm的圓，將爐體模具套到底座模具4上然后將標準型及刀型氧化鋁磚立放環(huán)砌成圓環(huán)狀，從下至上砌筑三層磚，即得到爐體內(nèi)襯6。爐體部分高為690_。將粒度為< 5_的干燥的氧化鋁渣填補到結(jié)構鋼模具和氧化鋁內(nèi)襯之間形成爐體保溫層5，即得到了整個爐體結(jié)構。
[0031]將保護套模具7放置在平地上，在模具內(nèi)部確定圓心并畫出直徑為1020mm的圓，然后將標準型氧化鋁磚及梯型氧化鋁磚在保護套模具底部圓環(huán)10上砌筑，繞圓環(huán)砌成圓環(huán)，從下至上共砌四層磚以完成保護套爐體內(nèi)襯9的制作。保護套的高為920mm。最后將在模具和氧化鋁磚內(nèi)襯之間填充干燥的粒度小于< 5_的氧化鋁形成保護套保溫層8，即得到了保護套部分。
[0032]將保護套放置在爐體上即得到了整個坩堝，用此坩堝進行VA155合金500kg合金錠反應，生成的合金性能穩(wěn)定，成分和性能均能達到要求，而且合金生產(chǎn)成本也有了較大程度的降低。下表為利用此復合式i甘禍生產(chǎn)的VA155合金的化學成分。
[0033]
元素 VAlFeSiCO
行標 55-60~^ 0.35 ^ 0.3~ ^ 0.15 ^0.2
測量值 57.8 ?~9 0.168~ 0.173~ 0.004~ 0.008
[0034]實施例二
[0035]爐體部分:先將底座結(jié)構鋼模具I放置平整，在模具底座上側(cè)鋪一層氧化鎂磚以形成底座內(nèi)襯永久層2，并調(diào)整縫隙使其排列整齊，然后在側(cè)鋪的氧化鋁磚上橫鋪一層氧化鋁磚以完成置換層3的制作。確定坩堝底座中心點后，畫出直徑為1000_的圓，將爐體模具套到底座模具4上然后將標準型及刀型氧化鋁磚立放環(huán)砌成圓環(huán)狀，從下至上砌筑兩層磚，即得到爐體內(nèi)襯6。爐體部分高為460mm。將粒度為< 5mm的干燥的氧化鋁渣填補到結(jié)構鋼模具和氧化鋁內(nèi)襯之間形成爐體保溫層5，即得到了整個爐體結(jié)構。
[0036]保護套部分:將保護套模具7放置在平地上，在模具內(nèi)部確定圓心并畫出直徑為1020mm的圓，然后將標準型氧化鋁磚及刀型氧化鋁磚在保護套模具底部圓環(huán)10上砌筑，繞圓砌筑成圓環(huán)，從下至上共砌五層磚以完成保護套爐體內(nèi)襯9的制作。保護套的高為1150_。最后將在模具和氧化鋁磚內(nèi)襯之間填充干燥的粒度小于< 5_的氧化鋁形成保護套保溫層8，即得到了保護套部分。
[0037]將保護套放置在爐體上即得到了整個坩堝，用此坩堝進行VA155合金500kg合金錠的反應，生成的合金性能穩(wěn)定，成分和性能均能達到要求，而且合金生產(chǎn)成本也有了較大程度的降低。下表為利用此復合式i甘禍生產(chǎn)的VA155合金的化學成分。
[0038]
元素VAlFeSiCO
行標55-60~ 余量彡 0.35 ^ 0.3^ 0.15 ^0.2
測量值57~5 42~20.1360.1630.0110.010
[0039]實施例三
[0040]爐體部分:先將底座結(jié)構鋼模具I放置平整，在模具底座上側(cè)鋪一層氧化鎂磚以形成底座內(nèi)襯永久層2，并調(diào)整縫隙使其排列整齊，然后在側(cè)鋪的氧化鎂磚上橫鋪一層氧化鋁磚以完成置換層3的制作。確定坩堝底座中心點后，畫出直徑為1000_的圓，將爐體模具套到底座模具4上然后將標準型及刀型氧化鋁磚立放環(huán)砌成圓環(huán)狀，從下至上砌筑四層磚，即得到爐體內(nèi)襯6。爐體部分高為920_。將粒度為<5_的干燥的氧化鋁渣填補到結(jié)構鋼模具和氧化鋁內(nèi)襯之間形成爐體保溫層5，即得到了整個爐體結(jié)構。
[0041]保護套部分:將保護套模具7放置在平地上，在模具內(nèi)部確定圓心并畫出直徑為1020mm的圓，然后將標準型氧化鋁磚及刀型氧化鋁磚在保護套模具底部圓環(huán)10上砌筑，繞圓砌筑成圓環(huán)，從下至上共砌三層磚以完成保護套爐體內(nèi)襯9的制作。保護套的高為690_。最后將在模具和氧化鋁磚內(nèi)襯之間填充干燥的粒度小于< 5_的氧化鋁形成保護套保溫層8，即得到了保護套部分。
[0042]將保護套放置在爐體上即得到了整個坩堝，用此坩堝進行VA155合金反應，生成的合金性能穩(wěn)定，成分和性能均能達到要求，而且合金生產(chǎn)成本也有了較大程度的降低。下表為利用此復合式坩堝生產(chǎn)的VA155合金的化學成分。
[0043]
元素VAlFeSiCO
行標55-60~彡 0.35 ^ 0.3 ^ 0.15 ^ 0.2
測量值57~6 42A0.1870.186 0.0030.014
【權利要求】
1.一種用于鋁熱還原方法制備鋁基中間合金的坩堝，其特征在于:從上至下包括依次疊放的底座、下部爐體和上部保護套三個部分； 底座包括底部最外層平板狀結(jié)構鋼模具(I)，平板狀結(jié)構鋼模具(I)上表面設有底座內(nèi)襯永久層(2)，底座內(nèi)襯永久層(2)上設有底座內(nèi)襯置換層(3);爐體包括最外層上下兩端開口的、圓桶狀結(jié)構鋼模具(4)，圓桶狀結(jié)構鋼模具(4)內(nèi)表面設有爐壁內(nèi)襯層(6)，爐壁內(nèi)襯層(6)內(nèi)設有保溫層(5); 保護套包括最外層上下兩端開口的、圓桶狀保護套結(jié)構鋼模具(7)，圓桶狀保護套結(jié)構鋼模具(7)內(nèi)表面設有保護套爐壁內(nèi)襯層(9)，保護套爐壁內(nèi)襯層(9)內(nèi)設有保護套保溫層(8)； 爐體的圓桶狀結(jié)構鋼模具(4)置于平板狀結(jié)構鋼模具(I)上方，底座內(nèi)襯永久層(2)和底座內(nèi)襯置換層(3)為徑向截面圓形的板狀結(jié)構，它們置于爐體的圓桶狀結(jié)構鋼模具(4)內(nèi)部、并與爐體的圓桶狀結(jié)構鋼模具(4)同軸設置；爐壁內(nèi)襯層(6)和保溫層(5)置于底座內(nèi)襯置換層(3)上方； 圓桶狀保護套結(jié)構鋼模具(7)置于爐體的圓桶狀結(jié)構鋼模具(4)上方，圓桶狀保護套結(jié)構鋼模具(7)與爐體的圓桶狀結(jié)構鋼模具(4)同軸設置。
2.如權利要求1所述的坩堝，其特征在于:保護套爐壁內(nèi)襯層(9)置于爐壁內(nèi)襯層(6)上方，保護套爐壁內(nèi)襯層(9)與爐壁內(nèi)襯層(6)同軸設置； 保護套保溫層(8)置于保溫層(5)上方，保護套保溫層(8)與保溫層(5)同軸設置。
3.如權利要求1所述的坩堝，其特征在于:底座內(nèi)襯永久層(2)是由氧化鎂磚砌筑而成，底座置換層(3)、爐體爐壁內(nèi)襯層(6)和保護套爐壁內(nèi)襯層(9)由氧化鋁磚砌筑而成； 結(jié)構鋼模具材料為普通碳素結(jié)構鋼； 鋁熱還原反應主要在爐體部分進行，保護套起到在反應時防止熔體飛濺及溢出的作用； 所述的保護套和底座永久層可以重復多次使用，底座置換層可以重復使用3-4次。
4.如權利要求1或2所述的坩堝，其特征在于:所述圓桶狀保護套結(jié)構鋼模具(7)底部開口端向內(nèi)徑向設有一個可以承受保溫材料及內(nèi)襯重量的圓環(huán)形底座(10)。
5.如權利要求1所述的坩堝，其特征在于:平板狀結(jié)構鋼模具(I)、爐體的圓桶狀結(jié)構鋼模具(4)、圓桶狀保護套結(jié)構鋼模具(7)共同構成坩堝的合金鋼模具；爐體的圓桶狀結(jié)構鋼模具(4)高度為460mm-920mm，圓桶狀保護套結(jié)構鋼模具(7)高度為920mm-1380mm。
6.如權利要求2所述的坩堝，其特征在于:所述坩堝的內(nèi)襯氧化鋁磚是由通過鋁熱還原反應制備釩鋁合金的副產(chǎn)物氧化鋁渣制作而成，其氧化鋁含量為80%-95% ;氧化鋁磚有兩種尺寸，一種尺寸為標準型磚(結(jié)構尺寸230X114X65mm)，另外一種為梯形磚(結(jié)構尺寸為 230X114X65/45mm); 爐壁內(nèi)襯是由兩種類型的氧化鋁磚的標準型氧化鋁磚及梯形氧化鋁磚繞所需直徑的圓砌筑而成；所述的氧化鋁磚具有較好的抗熱振性能，可以重復使用4-7次。
7.如權利要求2所述的坩堝，其特征在于:所述的氧化鎂磚中氧化鎂的純度在85%-95%之間，Si含量彡6%，F(xiàn)e含量彡1% ；Na20 ( 1%, Ca2O ( 1%,其它元素含量均小于0.5%。
8.如權利要求2或7所述的坩堝，其特征在于:所述底座內(nèi)襯下層為氧化鎂磚永久層，氧化鎂磚側(cè)鋪或橫鋪，永久層可多次使用，在拆爐時無需拆除，永久層的主要作用是防止反應時金屬液體穿爐；底座內(nèi)襯上層為氧化鋁磚砌筑的置換層，氧化鋁磚橫鋪，在每次反應后拆爐時需拆除。
9.如權利要求1所述的坩堝，其特征在于:所述保溫層(5)和保護套保溫層(8)的保溫材料是由粒度小于5_的氧化鋁渣組成；氧化鋁渣是采用鋁熱還原方法制備釩鋁合金的副產(chǎn)物。
【文檔編號】F27B14/10GK104142059SQ201310170563
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年5月10日 優(yōu)先權日:2013年5月10日
【發(fā)明者】趙超, 劉志光, 陳小曼, 孫詩淋, 方敏 申請人:大連融德特種材料有限公司