Method for preparing titanium alloys based on aluminothermic self-propagating gradient reduction and slag-washing refiningThe invention relates to a method for preparing titanium alloys based on aluminothermic self-propagating gradient reduction and slag-washing refining, and belongs to the technical field of titanium-aluminum alloys. The method comprises the following steps of pre-treating raw materials, weighing the raw materials in the mass ratio of rutile or high-titanium slags or titanium dioxide to aluminum powder to V2O5 powder to CaO to KClO3 being 1.0:(0.60-0.24):(0.042-0.048):(0.12-0.26):(0.22-0.30), performing an aluminothermic self-propagating reaction in a gradient feeding manner to obtain high-temperature melt, performing a gradient reduction melting, performing heat insulation and separating the melt after the feeding is completed, then adding CaF2—CaO—TiO2—V2O5 based refining slags into the high-temperature melt, performing slag washing refining, and finally removing slags to obtain titanium alloys. This method has the advantages including short flow, low energy consumption, easy operation, easy control on Al and V contained in alloys, and so on.A method for preparing titanium alloys based on aluminothermic self-propagating gradient reduction and slag-washing refining, comprising the following steps: Step 1: material pre-treatment pre-treating aluminothermic reduction reaction materials separately to obtain pre-treated aluminothermic reduction reaction materials, wherein the aluminothermic reduction reaction materials include titanium-containing material, aluminum powder, V2O5 powder, CaO and KClO3, the titanium-containing material is at least one selected from the group consisting of rutile, titanium slags and titanium dioxide; weighing the pre-treated aluminothermic reduction reaction materials with a proportional ratio, wherein the proportional ratio is a mass ratio of titanium-containing material:aluminum powder:V2O5 powder:CaO:KClO3 being 1.0:(0.60-0.24):(0.042-0.048):(0.12-0.26):(0.22-0.30), respectively; wherein a particle size of the pre-treated aluminothermic reduction reaction materials is as follow: rutile and titanium slags no larger than 3 mm, titanium dioxide no larger than 0.02 mm, and aluminum powder, V2O5 powder, CaO and KClO3 no larger than 2 mm, 0.2 mm, 0.2 mm and 2 mm, respectively; Step 2: aluminothermic self-propagating reaction performing gradient aluminothermic reduction with one of the two following feeding manners: feeding manner I: mixing the weighed aluminothermic self-propagating reaction materials other than aluminum powder uniformly to obtain a material mixture, and dividing the material mixture into several parts; then assigning aluminum powder to each part of the material mixture according to a sequence of each part of the material mixture being fed into a reaction furnace, and gradually reducing the amount of aluminium powder assigned from 1.15-1.35 times the stoichiometric ratio to 0.85-0.65 times the stoichiometric ratio; wherein the mass of a part of the material mixture that is fed into the reaction furnace as a first batch accounts for 10-30% of the mass of the total material mixture, the first batch of the material mixture requires an addition of magnesium powder as an ignition substance to ignite the material mixture to induce a self-propagating reaction, so that a first-batch high-temperature melt, that is sufficient to initiate subsequent reactions, is obtained; feeding other parts of the material mixture into the reaction furnace according to a sequence with reduced stoichiometric ratio of the amount of aluminium powder assigned until all materials are fully reacted to obtain a high-temperature melt; or feeding manner II: mixing the aluminothermic self-propagating reaction materials other than aluminum powder uniformly to obtain a material mixture, and then feeding the material mixture into a continuous material mixer at a constant flow rate; at the same time, adding aluminum powder into the continuous material mixer at a flow rate with reduced gradient, so that the amount of aluminium powder assigned to the continuously fed material mixture is gradually reduced from 1.15-1.35 times the stoichiometric ratio to 0.85-0.65 times the stoichiometric ratio, wherein the times of gradient changes of the amount of aluminium powder assigned conforms the following formula:m=(b−c)÷a(1);wherein, m is the times of gradient changes of the amount of aluminum powder assigned, b is the maximum amount of aluminum powder assigned, c is the minimum amount of aluminum powder assigned, a represents a coefficient for gradient changes of the amount of aluminum powder assigned, and 0 mixing the aluminothermic self-propagating reaction materials uniformly in the continuous material mixer, and continuously feeding the material mixture into the reaction furnace for aluminothermic reduction until all material are fully reacted to obtain a high-temperature melt; Step 3: melt separation under electromagnetic field heating the high-temperature melt through electromagnetic induction to perform heat insulation and melt separation, and realize slag-metal separation to obtain a layered melt with an upper layer being aluminum oxide based melt slags and a lower layer being alloy melt, wherein the temperature is controlled within the range of 1700-1800° C and the heat insulation time is 5-25 minutes in the melt separation process; Step 4: slag washing refining (1) removing 85-95% of the total volume of the aluminum oxide based melt slags at the upper layer, stirring the remaining aluminum oxide based melt slags and the alloy melt at the lower layer by an eccentrically mechanical stirring at a stirring speed of 50-150 rpm under a temperature range of 1700−1800° C; (2) after the melt being uniformly mixed, continuously stirring, meanwhile, spraying and blowing CaF2—CaO—TiO2—V2O5 based refining slags into the uniformly-mixed melt with inert gas as carrier gas, wherein the mass ratio of the aluminothermic self-propagating reaction materials in the weighing step to the CaF2—CaO—TiO2—V2O5 based refining slags is 1.0:(0.02-0.08); the CaF2—CaO—TiO2—V2O5 based refining slags comprise the following chemical ingredients and mass percentages: 5%-10% of CaF2, 40%-60% of CaO, 0-2% of Na2O, 30%-40% of TiO2, 5%-15% of V2O5 and the balance being inevitable impurities, wherein each component of CaO, CaF2, Na2O, TiO2 and V2O5 powder contained in CaF2—CaO—TiO2—V2O5 based refining slags has a particle size no larger than 0.2 mm; and (3) after spraying and blowing the CaF2—CaO—TiO2—V2O5 based refining slags, performing heat insulation at 1700-1800° C and continuously stirring with the eccentrically mechanical stirring for 10-30 minutes, so as to obtain a titanium alloy melt; and Step 5: cooling cooling the titanium alloy melt to room temperature, and then removing the melting slags on a top to obtain titanium alloys.
알루미늄 발열 자기 전파 구배 감소 및 슬래그 세척 정련을 기반으로 하는 티타늄 합금의 제조 방법본 발명은 방열 자기 전파 기울기 감소 및 슬래그 세척 정제에 기초하여 티타늄 합금을 제조하는 방법에 관한 것이다. 티타늄 - 알루미늄 합금의 기술 분야에 속한다. 상기 방법은 원료를 전처리하는 것, 원료를 사전 처리하고, 원료를 루틸 또는 티타늄 슬래그의 질량비 또는 이산화 티타늄의 질량비에 칭량하는 것, 알루미늄 분말로의 알루미늄 분말 - kClO3에서 kClro3까지의 CaO에서 V2O5 분말로 1.0 : (0.60-0.24) : (0.042-0.048) : (0.12-0.26) : (0.22-0.30), 고온 용융물을 얻고, 그라디언트 환원 용융을 수행하고, 단열을 수행하고 용융물을 분리하는 고온 용융 용융을 수행하기 위해 그라디언트 공급 방식으로 알루미 토 요법 자기 전파 반응을 수행한다 공급이 완료된 후, 고온 용융물에 CaF2-CaO-TiO2-V2O5 기준 정제 슬래그를 첨가하고, 슬래그 세정 정제를 수행하고, 마지막으로 슬래그를 제거하여 티타늄 합금을 얻는다. 이 방법은 짧은 흐름, 낮은 에너지 소비, 쉬운 조작, 합금에 포함 된 AL 및 V에서 쉬운 제어 등의 장점이 있다.알루미늄 발열 자기 전파 구배 환원 및 슬래그 세척 정련을 기반으로 하는 티타늄 합금의 제조 방법으로서, 하기 단계를 포함한다: 단계 1: 재료 전처리 알루미늄 환원 반응 물질을 별도로 전처리하여 전처리된 알루미늄 환원 반응 물질을 얻는 단계, 상기 알루미늄 발열 환원 반응 물질은 티타늄 함유 물질, 알루미늄 분말, V2O5 분말, CaO 및 KClO3를 포함하고, 상기 티타늄 함유 물질은 루틸, 티타늄 슬래그 및 이산화티타늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이고; 전처리된 알루미늄 열 환원 반응 물질을 비례비로 칭량하고, 여기서 비례비는 티타늄-함유 물질:알루미늄 분말:V2O5 분말:CaO:KClO3의 질량비가 1.0:(0.60-0.24):(0.042-0.048)인 것 ):(0.12-0.26):(0.22-0.30), 각각; 여기서 전처리된 알루미노열 환원 반응 물질의 입자 크기는 다음과 같다: 루틸 및 티타늄 슬래그 3mm 이하, 이산화티타늄 0.02mm 이하, 알루미늄 분말, V2O5 분말, CaO 및 KClO3 2mm 이하 , 각각 0.2mm, 0.2mm 및 2mm; 단계 2: 다음 두 가지 공급 방식 중 하나를 사용하여 구배 축열 환원을 수행하는 알루미늄 발열 자기 전파 반응: 공급 방식 I: 칭량된 알루미늄 분말 이외의 다른 발열 자기 전파 반응 물질을 균일하게 혼합하여 원료 혼합물을 얻고, 원료 혼합물을 분할 여러 부분으로; 이어서, 반응로에 투입되는 원료 혼합물의 각 부분의 순서에 따라 원료 혼합물의 각 부분에 알루미늄 분말을 할당하고, 할당된 알루미늄 분말의 양을 화학량론적 비율의 1.15-1.35배에서 0.85-0.65로 점차 감소시키는 단계 배 화학량론적 비율; 여기서 첫 번째 배치로서 반응로에 공급되는 재료 혼합물의 일부의 질량은 전체 재료 혼합물의 질량의 10-30%를 차지하며, 재료 혼합물의 첫 번째 배치는 다음과 같이 마그네슘 분말의 첨가를 필요로 합니다. 자체 전파 반응을 유도하기 위해 재료 혼합물을 점화하여 후속 반응을 개시하기에 충분한 1차 배치 고온 용융물을 수득하는 점화 물질; 모든 재료가 고온 용융물을 얻기 위해 완전히 반응할 때까지 할당된 알루미늄 분말의 양의 감소된 화학량론적 비율로 순서에 따라 재료 혼합물의 다른 부분을 반응로에 공급하는 단계; 또는 공급 방식 II: 알루미늄 분말 이외의 알루미늄 발열 자기-전파 반응 물질을 균일하게 혼합하여 물질 혼합물을 얻은 다음, 물질 혼합물을 일정한 유량으로 연속 물질 혼합기에 공급하는 단계; 동시에 알루미늄 분말을 감소된 구배의 유속으로 연속 재료 혼합기에 첨가하여 연속 공급된 재료 혼합물에 할당된 알루미늄 분말의 양이 화학량론적 비율의 1.15-1.35배에서 0.85-0.65로 점진적으로 감소되도록 한다. 화학양론비 곱하기, 여기서 할당된 알루미늄 분말량의 기울기 변화 시간은 다음 공식을 따른다. 할당된 분말, b는 할당된 알루미늄 분말의 최대량, c는 할당된 알루미늄 분말의 최소량, a는 할당된 알루미늄 분말의 양의 기울기 변화에 대한 계수를 나타내며, 0은 알루미늄 발열 자기 전파 반응 물질을 균일하게 혼합 연속 재료 혼합기, 및 모든 재료가 고온을 얻기 위해 완전히 반응할 때까지 알루미늄 열 환원을 위해 재료 혼합물을 반응로에 연속적으로 공급 다시 녹다; 3단계: 고온의 용융물을 전자기 유도를 통해 가열하는 전자기장 하에서 용융 분리하여 단열 및 용융 분리를 수행하고 슬래그-금속 분리를 실현하여 상부층이 산화알루미늄계 용융 슬래그이고 하부층이 층상 용융물을 얻음 용융물 분리 공정에서 온도가 1700-1800℃ 범위 내에서 조절되고 단열 시간이 5-25분인 합금 용융물이고; 4단계: 슬래그 세정 정련 (1) 상부층의 산화알루미늄계 용융슬래그 전체 부피의 85~95%를 제거하고, 하부층에 남아있는 산화알루미늄계 용융슬래그와 합금 용융물을 편심기계적 교반기로 교반 1700-1800℃의 온도 범위에서 50-150rpm의 교반 속도로 교반하는 단계; (2) 용융물을 균일하게 혼합한 후, 계속 교반하면서 CaF2-CaO-TiO2-V2O5계 정제 슬래그를 불활성 가스를 캐리어 가스로 하여 균일하게 혼합된 용융물에 분사 및 취입하며, 여기서 알루미늄 발열체의 질량비는 칭량 단계에서 반응 물질을 CaF2-CaO-TiO2-V2O5계 정제 슬래그로 전파하는 단계는 1.0:(0.02-0.08)이고; CaF2-Ca인 것으로 구성되는 알루미노믹 자체 전파 구배 감소 및 슬래그 세척 정련을 기반으로 하는 티타늄 합금의 제조 방법.