一种制备AlCr中间合金的方法与流程

一种制备alcr中间合金的方法
技术领域
1.本发明涉及中间合金技术领域，尤其涉及一种制备alcr中间合金的方法。


背景技术：

2.钛合金因具有密度小、比强度高、耐高温、耐腐蚀、可焊接等优良的综合性能被广泛用于航空领域，在钛合金生产中，添加合金元素可以有效改善钛合金的某些特性，然而，由于添加元素受密度、熔点、分配系数、添加方式等诸多因素的影响，容易出现元素分布不均匀的偏析现象，目前普遍采用中间合金的方法解决以上影响因素导致的冶金缺陷，作为钛合金生产用中间合金，自钛合金诞生以来，一直被认为是有效改善合金组元不均匀化，生产优质钛合金和提高材料质量的重要控制因素和手段，备受各生产厂商的重视。
3.研究表明，alcr中间合金是熔炼tc21钛合金铸锭的重要原料之一，对钛合金铸锭的产品质量具有关键性的影响。因此，掌握alcr中间合金的制备工艺，实现产品定制化，对开展tc21钛合金熔炼的技术攻关有着至关重要的意义,但现有的制备过程多为需要加热升温、精炼等多个工艺过程，工艺复杂，控制过程要求控制精度高，不容易实现。
4.公开号为cn102965527a的中国专利公开了采用铬屑制备铝铬中间合金的方法，该方法在熔炼炉中排列铝锭条，待铝锭条熔化后,在铝液表面撒上覆盖剂，升温至900～910℃，加入所需cr屑的1/3～1/2，然后停炉搅拌；熔炼炉温度升温至900～910℃，保温后均匀加入剩余的cr屑，停炉搅拌后除渣，再升温至900～910℃，保温后扒渣,，浇注成锭得到铝铬中间合金；该专利需要加热升温、搅拌、精炼、浇筑等多个环节，过程复杂，控温要求精度高。
5.公开号为cn104962787a的中国专利公开了一种高纯铝铬中间合金及其制备方法，将高纯铝锭在中频感应炉中熔化，升温至750～800℃后，按比例量加入铬剂，搅拌5～15min,之后将表面浮渣去除；然后通过喷粉精炼机，以高纯氩气为载体，将精炼剂均匀移动喷入熔体中，进行精炼、除气除渣，精炼时间为5～15min,然后将表面渣去除，升温至730～780℃，静置5分钟后取样并进行浇铸得到高纯铝铬中间合金；但该专利也需要升温、加铬剂、搅拌、去浮渣、精炼、扒渣、静置、取样、浇铸多个工艺过程。
6.本发明提供了一种制备alcr中间合金的方法，以铝热法工艺为基础，确定了合金制备工艺、原料成分指标、工艺控制参数，实现了alcr中间合金定制化生产，生产流程短，实用性强，产品质量可控，适合工业化推广应用，对后续应用于钛合金熔炼，能够有效调质钛合金铸锭产品质量。
7.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
8.一种制备alcr中间合金的方法，包括以下步骤：
9.(1)原料包括cr2o3、铝粉和caf2，将cr2o3、铝粉和caf2按照质量比例(0.80～1.50)：(0.52～1.22)：(0.18～0.33)配比；
10.(2)对原料进行干燥、混合处理；
11.(3)将混合的原料放置在反应装置中进行引燃反应；
12.(4)反应结束，随炉体自然冷却；
13.(5)渣金分离得到合金锭，对合金锭进行表面处理；
14.(6)经过粒度筛分得到alcr中间合金。
15.进一步的，所述步骤(1)中cr2o3成分质量百分比要求：cr2o3含量≥99.00％，水溶性cr含量≤0.03％，h2o含量≤0.15％，200目≤粒度≤80目；al粉成分质量百分比要求：活性铝含量≥98.0％，200目≤粒度≤80目；造渣剂采用caf2，成分质量百分比要求：caf2含量≥99.00％，sio2含量≤0.3％，fe2o3含量≤0.005％。
16.进一步的，所述步骤(2)干燥温度为120～220℃，干燥时间为1.5～2.5h，混合均匀时间为2.0～3.0h。
17.进一步的，所述步骤(3)的反应装置采用石墨坩埚，石墨坩埚的显气孔率≤29％，耐火度≥1900℃。
18.进一步的，所述步骤(4)反应物随炉体自然冷却至温度≤50℃。
19.进一步的，所述步骤(6)得到的中间合金为alcr60和alcr70，alcr60中cr含量为55.0～65.0％，alcr70中cr含量为65.0～75.0％，alcr60和alcr70中杂质质量百分比均为：fe含量≤0.18％，si含量≤0.15％，c含量≤0.05％，o含量≤0.05％，al含量为余量。
20.进一步的，所述步骤(6)得到的alcr中间合金经过破碎筛分保留粒度为0.25～6.5mm的alcr中间合金。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
22.1)以铝热法工艺为基础，确定了合金制备工艺、原料成分指标、工艺控制参数，实现了alcr中间合金定制化生产；
23.2)生产流程短，实用性强，产品质量可控，适合工业化推广应用；
24.3)对后续应用于钛合金熔炼，能够有效调质钛合金铸锭产品质量。
附图说明
25.图1是本发明的流程示意图。
具体实施方式
26.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
27.见图1，是本发明的结构示意图。本发明一种制备alcr中间合金的方法，包括以下步骤：
28.(1)原料包括cr2o3、铝粉和caf2，将cr2o3、铝粉和caf2按照重量比例(0.80～1.50)：(0.52～1.22)：(0.18～0.33)配比，cr2o3成分质量百分比要求：cr2o3含量≥99.00％，水溶性cr含量≤0.03％，h2o含量≤0.15％，200目≤粒度≤80目；al粉成分质量百分比要求：活性铝含量≥98.0％，200目≤粒度≤80目；造渣剂采用caf2，成分质量百分比要求：caf2含量≥99.00％，sio2含量≤0.3％，fe2o3含量≤0.005％。
29.(2)对原料进行干燥、混合处理，干燥温度为120～220℃，干燥时间为1.5～2.5h，混合均匀时间为2.0～3.0h。
30.(3)将混合的原料放置在石墨坩埚中进行引燃反应，石墨坩埚的显气孔率≤29％，耐火度≥1900℃。
31.(4)反应物随炉体自然冷却至温度≤50℃。
成分质量百分比要求：caf2含量99.33％，sio2含量0.24％，fe2o3含量：0.003％。
52.(2)对原料进行干燥、混合处理，原料干燥温度为200℃，时间2h，混匀时间2.5h。
53.(3)将混匀的原料放入石墨坩埚，石墨坩埚显气孔率≤29％，耐火度≥1900℃。
54.(4)引燃原料，发生铝热反应，反应结束反应物随炉体自然冷却至温度45℃。
55.(5)冷却结束进行渣金分离，对合金锭进行机械喷砂处理。
56.(6)再进行粒度筛分，得到alcr中间合金alcr70，破碎筛分后保留粒度为3.0～6.0mm，粒度大于6.0mm的继续破碎筛分，继续保留粒度为3.0～6.0mm的alcr70，质量成分指标：cr含量71.5％，fe含量0.17％，si含量0.15％，c含量0.029％，o含量0.011％，al含量为余量。
57.【实施例4】
58.(1)原料包括cr2o3、铝粉和caf2，将cr2o3、铝粉和caf2按照重量比例1.50：0.98：0.30配比，cr2o3成分质量百分比要求:cr2o3含量99.58％，水溶性cr含量0.023％，h2o含量0.14％，粒度：-100目；al粉成分质量百分比要求：活性铝含量99.88％，粒度：-100目；caf2成分质量百分比要求：caf2含量99.17％，sio2含量0.20％，fe2o3含量：0.004％。
59.(2)对原料进行干燥、混合处理，原料干燥温度为220℃，时间1.5h，混匀时间3.0h。
60.(3)将混匀的原料放入石墨坩埚，石墨坩埚显气孔率≤29％，耐火度≥1900℃。
61.(4)引燃原料，发生铝热反应，反应结束反应物随炉体自然冷却至温度50℃。
62.(5)冷却结束进行渣金分离，对合金锭进行机械喷砂处理。
63.(6)再进行粒度筛分，得到alcr中间合金alcr70，破碎筛分后保留粒度为1.0～6.5mm，粒度大于6.5mm的继续破碎筛分，继续保留粒度为1.0～6.5mm的alcr70，质量成分指标：cr含量74.17％，fe含量0.15％，si含量0.13％，c含量0.021％，o含量0.009％，al含量为余量。

技术特征：
1.一种制备alcr中间合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)原料包括cr2o3、铝粉和caf2，将cr2o3、铝粉和caf2按照重量比例(0.80～1.50)：(0.52～1.22)：(0.18～0.33)配比；(2)对原料进行干燥、混合处理；(3)将混合的原料放置在反应装置中进行引燃反应；(4)反应结束，随炉体自然冷却；(5)渣金分离得到合金锭，对合金锭进行表面处理；(6)经过粒度筛分得到alcr中间合金。2.根据权利要求1所述的一种制备alcr中间合金的方法，其特征在于，所述步骤(1)中cr2o3成分质量百分比要求：cr2o3含量≥99.00％，水溶性cr含量≤0.03％，h2o含量≤0.15％，200目≤粒度≤80目；al粉成分质量百分比要求：活性铝含量≥98.0％，200目≤粒度≤80目；造渣剂采用caf2，成分质量百分比要求：caf2含量≥99.00％，sio2含量≤0.3％，fe2o3含量≤0.005％。3.根据权利要求1所述的一种制备alcr中间合金的方法，其特征在于，所述步骤(2)干燥温度为120～220℃，干燥时间为1.5～2.5h，混合均匀时间为2.0～3.0h。4.根据权利要求1所述的一种制备alcr中间合金的方法，其特征在于，所述步骤(3)的反应装置采用石墨坩埚，石墨坩埚的显气孔率≤29％，耐火度≥1900℃。5.根据权利要求1所述的一种制备alcr中间合金的方法，其特征在于，所述步骤(4)反应物随炉体自然冷却至温度≤50℃。6.据权利要求1所述的一种制备alcr中间合金的方法，其特征在于，所述步骤(6)得到的中间合金为alcr60和alcr70，alcr60中cr含量为55.0～65.0％，alcr70中cr含量为65.0～75.0％，alcr60和alcr70中杂质质量百分比均为：fe含量≤0.18％，si含量≤0.15％，c含量≤0.05％，o含量≤0.05％，al含量为余量。7.据权利要求1所述的一种制备alcr中间合金的方法，其特征在于，所述步骤(6)得到的alcr中间合金经过破碎筛分保留粒度为0.25～6.5mm的alcr中间合金。

技术总结
本发明涉及一种制备AlCr中间合金的方法，包括步骤：原料包括Cr2O3、铝粉和CaF2，将Cr2O3、铝粉和CaF2按照0.80～1.50：0.52～1.22：0.18～0.33配比；(2)对原料进行干燥、混合处理；(3)将混合的原料放置在反应装置中进行引燃反应；(4)反应结束，随炉体自然冷却；(5)渣金分离得到合金锭，对合金锭进行表面处理；(6)经过粒度筛分得到AlCr中间合金；本发明以铝热法工艺为基础，确定了合金制备工艺、原料成分指标、工艺控制参数，实现了AlCr中间合金定制化生产，生产流程短，实用性强，产品质量可控，适合工业化推广应用，对后续应用于钛合金熔炼，能够有效调质钛合金铸锭产品质量。调质钛合金铸锭产品质量。调质钛合金铸锭产品质量。


技术研发人员：于继洋 滕艾均 耿乃涛 张天馨 董恩涛 康强 苑子凯 黄召阔
受保护的技术使用者：鞍钢集团北京研究院有限公司
技术研发日：2023.07.18
技术公布日：2023/10/11