鈦鋁合金制備方法以及制備裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋁熱還原法制備鈦鋁合金的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鈦鋁合金制備方法以及相應(yīng)的制備裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦具有重量輕、比強(qiáng)度高以及良好的耐高溫、抗腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為“太空金屬”、“未來(lái)金屬”和“第三金屬”。純鈦的機(jī)械性能和加工性好，但是含有0、C、N時(shí)會(huì)降低其塑性。由于液態(tài)金屬鈦幾乎能溶解所有金屬形成各種合金，鈦鋁合金受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。鋁熱還原法作為高溫自蔓延法中一種方法，被廣泛應(yīng)用于合金的制備。如T1-Fe合金、T1-Al合金等。鋁熱還原法反應(yīng)劇烈，在制備T1-Fe合金和T1-Al合金時(shí)，在反應(yīng)過(guò)程中當(dāng)熱量過(guò)多時(shí)則會(huì)產(chǎn)生大量噴濺，對(duì)人身及設(shè)備安全構(gòu)成威脅，且在熱力學(xué)角度上過(guò)高的溫度也不利于鈦的還原，還會(huì)造成鈦原料大的浪費(fèi)；但是如果熱量較少時(shí)雖能維持反應(yīng)的進(jìn)行并減少了噴濺，但是會(huì)造成熔渣黏度增大，流動(dòng)性降低，從而造成了渣-金不能很好分離，尤其是在制備T1-Al合金時(shí)，由于合金與熔渣密度差較小，金-渣分離效果差，爐渣中夾帶T1-Al合金，造成了鈦的浪費(fèi)，鈦回收率降低。
[0003]目前，應(yīng)用鋁熱還原法制備鈦鋁合金的反應(yīng)爐一般為靜止放置，待鋁熱反應(yīng)觸發(fā)后靠反應(yīng)放出的熱量使反應(yīng)以自蔓延方式進(jìn)行，過(guò)程中沒(méi)有人為干擾。待反應(yīng)結(jié)束自然冷卻后，再取出合金和熔渣。這種方法制備的鈦鋁合金與爐渣分離的不徹底，金屬中存在大量的非金屬夾雜物，大大降低了鈦的回收率，所以還需要進(jìn)行二次熔煉分離和精煉。二次熔煉分離和精煉中為了減少金屬中的氧含量，在反應(yīng)過(guò)程中通入氬氣，以起到一定的保護(hù)作用。但是氬氣價(jià)格昂貴，使生產(chǎn)成本增加。
[0004]為了使反應(yīng)結(jié)束后熔融的熔渣和合金能夠得到良好分離，也有應(yīng)用電鋁熱法制備T1-Al合金，使反應(yīng)結(jié)束后熔渣和合金保持一定溫度，不會(huì)因?yàn)闇囟认陆凳谷墼ざ仍黾?、流?dòng)性下降，從而使渣-金順利分離。但是，由于鋁熱還原法反應(yīng)劇烈，延長(zhǎng)保溫時(shí)間則增加了 0、C、N等雜質(zhì)侵入合金的機(jī)率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可提高渣-金分離效果和鈦鋁合金質(zhì)量的鈦鋁合金制備方法以及相應(yīng)的制備裝置。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:鈦鋁合金制備方法，在超重力系統(tǒng)環(huán)境下進(jìn)行鋁熱還原反應(yīng)制備鈦鋁合金。
[0007]進(jìn)一步的是:包括用于進(jìn)行鋁熱還原反應(yīng)的反應(yīng)罐和超重力產(chǎn)生系統(tǒng)，所述反應(yīng)罐置于由超重力產(chǎn)生系統(tǒng)產(chǎn)生的超重力系統(tǒng)環(huán)境下。
[0008]本發(fā)明還包括一種用于上述鈦鋁合金制備方法的鈦鋁合金制備裝置，包括用于進(jìn)行鋁熱還原反應(yīng)的反應(yīng)罐，還包括超重力產(chǎn)生系統(tǒng)，所述超重力產(chǎn)生系統(tǒng)包括支撐架、中心轉(zhuǎn)軸、旋轉(zhuǎn)橫臂和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述支撐架包括下支撐板和上蓋板；所述中心轉(zhuǎn)軸豎直設(shè)置，其上端通過(guò)軸承與上蓋板可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，其下端通過(guò)軸承與下支撐板可轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述旋轉(zhuǎn)橫臂設(shè)置在下支撐板和上蓋板之間，并且與中心轉(zhuǎn)軸固定連接；所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)端與中心轉(zhuǎn)軸傳動(dòng)配合；所述反應(yīng)罐通過(guò)鋼絲繩掛接在旋轉(zhuǎn)橫臂上遠(yuǎn)離中心轉(zhuǎn)軸的自由端部上。
[0009]進(jìn)一步的是:所述旋轉(zhuǎn)橫臂具有兩自由端部，旋轉(zhuǎn)橫臂的中部與中心轉(zhuǎn)軸固定連接，并且旋轉(zhuǎn)橫臂的兩自由端部相對(duì)中心轉(zhuǎn)軸對(duì)稱分布；所述反應(yīng)罐通過(guò)鋼絲繩掛接在旋轉(zhuǎn)橫臂的其中一自由端部上，在旋轉(zhuǎn)橫臂的另一自由端部上設(shè)置有通過(guò)鋼絲繩掛接的配重罐，所述配重罐的重量與反應(yīng)罐的重量一致。
[0010]進(jìn)一步的是:所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為無(wú)極調(diào)速電機(jī)。
[0011]進(jìn)一步的是:在旋轉(zhuǎn)橫臂的自由端部上沿旋轉(zhuǎn)橫臂的軸向設(shè)置有多個(gè)鋼絲繩掛接部。
[0012]進(jìn)一步的是:還包括套筒，所述套筒套在中心轉(zhuǎn)軸上，并可沿中心轉(zhuǎn)軸軸向上下移動(dòng)調(diào)節(jié)，所述旋轉(zhuǎn)橫臂與套筒固定連接。
[0013]進(jìn)一步的是:在套筒上設(shè)置有套筒定位孔，在中心轉(zhuǎn)軸上設(shè)置有多個(gè)沿中心轉(zhuǎn)軸軸向分布的與套筒定位孔相配的調(diào)節(jié)孔；套筒定位孔與調(diào)節(jié)孔螺栓連接或者銷軸連接。
[0014]進(jìn)一步的是:反應(yīng)罐內(nèi)部的腔體由一個(gè)倒立的圓錐臺(tái)和一個(gè)半球形組合而成；在反應(yīng)罐上還設(shè)置有溫度檢測(cè)器；在反應(yīng)罐的口部設(shè)置有封蓋，在封蓋上設(shè)置有排煙孔。
[0015]進(jìn)一步的是:所述上蓋板為可開(kāi)啟結(jié)構(gòu)，在上蓋板上設(shè)置有提手和觀測(cè)孔；連接下支撐板與中心轉(zhuǎn)軸的軸承為滑動(dòng)軸承。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:由于將鋁熱還原反應(yīng)設(shè)置在超重力系統(tǒng)環(huán)境下進(jìn)行，不但能強(qiáng)化反應(yīng)過(guò)程中傳質(zhì)、傳熱過(guò)程，還能增強(qiáng)熔融渣-金的分離效果，降低了鈦資源的浪費(fèi)；同時(shí)減少鈦鋁合金中雜質(zhì)元素的侵入機(jī)率；另外，還能在一定程度上增加鈦鋁合金的致密度，甚至可以不用后續(xù)的二次精煉分離就可得到質(zhì)量較高的鈦鋁合金，降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明所述的鈦鋁合金制備裝置，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且可根據(jù)需要對(duì)超重力系數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，且其調(diào)節(jié)過(guò)程簡(jiǎn)單，僅需調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速或者調(diào)整反應(yīng)罐連接到旋轉(zhuǎn)橫臂的位置即可，在必要時(shí)可二者共同調(diào)節(jié)。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明所述的鈦鋁合金制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖中標(biāo)記為:驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)1、連接法蘭2、螺釘3、軸承41、軸承42、中心轉(zhuǎn)軸5、套筒6、套筒定位孔7、配重罐8、反應(yīng)罐9、溫度檢測(cè)器10、封蓋11、鋼絲繩掛接部12、旋轉(zhuǎn)橫臂13、下支撐板14、提手15、觀測(cè)孔16、上蓋板17、鋼絲繩18。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明；當(dāng)然，本發(fā)明并不限于以下具體的實(shí)施例，在不背離本發(fā)明實(shí)質(zhì)內(nèi)容的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在沒(méi)有付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的情況下根據(jù)本發(fā)明做出各種相應(yīng)的改變或變形，都屬于本發(fā)明所要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0020]如圖1所示，本發(fā)明所述的鈦鋁合金制備裝置，包括用于進(jìn)行鋁熱還原反應(yīng)的反應(yīng)罐9，還包括超重力產(chǎn)生系統(tǒng)，所述超重力產(chǎn)生系統(tǒng)包括支撐架、中心轉(zhuǎn)軸5、旋轉(zhuǎn)橫臂13和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)I ;所述支撐架包括下支撐板14和上蓋板17 ;所述中心轉(zhuǎn)軸5豎直設(shè)置，其上端通過(guò)軸承41與上蓋板17可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，其下端通過(guò)軸承42與下支撐板14可轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述旋轉(zhuǎn)橫臂13設(shè)置在下支撐板14和上蓋板17之間，并且與中心轉(zhuǎn)軸5固定連接；所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)I的驅(qū)動(dòng)端與中心轉(zhuǎn)軸5傳動(dòng)配合；所述反應(yīng)罐9通過(guò)鋼絲繩18掛接在旋轉(zhuǎn)橫臂13上遠(yuǎn)離中心轉(zhuǎn)軸5的自由端部上。
[0021]其中超重力產(chǎn)生系統(tǒng)的作用是為反應(yīng)罐9產(chǎn)生超重力場(chǎng)環(huán)境，這樣可使在反應(yīng)罐9中進(jìn)行鋁熱反應(yīng)制備鈦鋁合金的過(guò)程處于超重力場(chǎng)環(huán)境下，以此提高渣-金的分離效果，同時(shí)提尚欽招合金質(zhì)量。
[0022]本發(fā)明中超重力產(chǎn)生系統(tǒng)可以產(chǎn)生超重力環(huán)境的原理為采用離心式原理；當(dāng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)I帶動(dòng)中心轉(zhuǎn)軸5轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)橫臂13以及反應(yīng)罐9繞中心轉(zhuǎn)軸5的軸心轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣既可產(chǎn)生離心力作用，使得反應(yīng)罐9處于超重力場(chǎng)環(huán)境下。并且，其超重力系數(shù)可通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)；為了便于調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)1，可設(shè)置驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)I為無(wú)極調(diào)速電機(jī)。當(dāng)然，也可通過(guò)在旋轉(zhuǎn)橫臂13的自由端部上沿旋轉(zhuǎn)橫臂13的軸向設(shè)置有多個(gè)鋼絲繩掛接部12，通過(guò)將鋼絲繩18與不同的鋼絲繩掛接部12進(jìn)行連接，即使在相同的轉(zhuǎn)速下也可得到不同的超重力系數(shù)，以達(dá)到對(duì)超重力系數(shù)的調(diào)節(jié)效果。
[0023]另外，優(yōu)選的，可將旋轉(zhuǎn)橫臂13的中部與中心轉(zhuǎn)軸5