本發(fā)明屬于鈦鋁合金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于鋁熱自蔓延梯度還原與渣洗精煉制備鈦合金的方法。
背景技術(shù)：
鈦合金由于具有比重小、比強(qiáng)度高、高溫性能好、耐酸堿侵蝕、生物相容性好等優(yōu)良性能被廣泛應(yīng)用于航空航天、船舶、國(guó)防軍工、生物醫(yī)療等領(lǐng)域，未來(lái)的市場(chǎng)十分巨大。目前，世界鈦合金加工材年產(chǎn)量已達(dá)4萬(wàn)余噸，鈦合金牌號(hào)近30種，其中ti-6al-4v(tc4)是使用最廣泛的鐵合金之一，應(yīng)用率占鈦合金總產(chǎn)量的50％以上，占全部鈦合金加工件的95％，是世界各國(guó)鈦合金應(yīng)用中的主導(dǎo)材料。ti-6al-4v合金是1954年由美國(guó)illinois技術(shù)研究所研制的等軸馬氏體型α+β兩相鈦合金，擁有較好的強(qiáng)度、韌性、塑性、成形性、可輝性、耐熱性、耐燭性和生物相容性；最先應(yīng)用于宇航工業(yè)，但隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，該合金轉(zhuǎn)向應(yīng)用于軍事、生物醫(yī)學(xué)、汽車、海洋、安全與防護(hù)、體育及休閑用品等領(lǐng)域，并發(fā)展成為目前應(yīng)用最廣，產(chǎn)量最大的鈦合金。同時(shí)，由于ti-6al-4v合金的廣泛應(yīng)用，其制備方法、組織性能分析以及應(yīng)用的研究也最多，成為鈦合金的典型代表。
目前，ti-6al-4v合金的工業(yè)生產(chǎn)方式主要有為真空熔鑄法和粉末冶金法。真空熔鑄法以海綿鈦為原料，按照目標(biāo)合金加入中間合金元素，充分混合后經(jīng)過(guò)壓制、焊接成電極，然后在電弧熔煉爐、電子束熔煉爐或等離子體熔煉爐里進(jìn)行熔煉，然后澆鑄成錠，再進(jìn)行熱處理制成成品。粉末冶金法，又稱混合元素法(blendingelements,be)，是一種生產(chǎn)復(fù)雜形狀零件的近凈成形技術(shù)，具有工藝流程短、材料利用率高、組織細(xì)小均勻、成分可控以及近凈成形等優(yōu)點(diǎn)，是制備高性能、低成本鈦合金的理想工藝。該方法是將鈦粉和元素粉按照合金的成分配比混合后，經(jīng)模壓或者冷等靜壓成形，再在真空下燒結(jié)，然后經(jīng)過(guò)熱處理制備出成品。但以上兩種方法都是以海綿鈦或鈦粉為原料，而目前工業(yè)大量制備海綿鈦的kroll法是一個(gè)流程長(zhǎng)，能耗高，高污染的復(fù)雜工藝過(guò)程，這是造成鈦合金價(jià)格高，應(yīng)用范圍被廣泛限制的主要原因。熔鹽電解法是目前利用鈦氧化物直接制取鈦合金的研究熱點(diǎn)，它是在熔體cacl2中電解tio2直接制備出低氧含量的鈦合金，但該法存在工藝條件不成熟，電流效率、生產(chǎn)效率低等缺點(diǎn)。如果能以鈦氧化物，再配入一定量的合金元素的氧化物，采用金屬熱還原法(如鋁熱法等)直接制備出鈦基合金，就可以避開生產(chǎn)海綿鈦的復(fù)雜工藝過(guò)程，從而使鈦合金的工藝成本大大降低。鋁熱法具有反應(yīng)迅速，能耗低等優(yōu)點(diǎn)。因此，以鈦氧化物，鈦合金元素氧化物為原料，采用鋁熱法直接制備鈦基合金是降低鈦合金成本一個(gè)有前景的途徑。鋁元素作為鈦合金主要α相穩(wěn)定元素，主要起固溶強(qiáng)化作用，每添加1％al，室溫抗拉強(qiáng)度增加50mpa。鋁在鈦中的極限溶解度為7.5％，但超過(guò)極限溶解度后，組織中出現(xiàn)有序相ti3al(α2)，對(duì)合金的塑性、韌性及應(yīng)力腐蝕不利，故一般加鋁量不超過(guò)7％，有的鈦合金中鋁甚至更低。因此，控制鈦合金中的鋁含量顯得尤其重要。但由于鋁熱還原過(guò)程中tio2還原不徹底，合金中鈦與鋁易于生成鈦鋁金屬間化合物，導(dǎo)致合金中鋁含量偏高(≥10％)，合金中鋁含量難以通過(guò)自蔓延反應(yīng)過(guò)程中配料進(jìn)行控制。
本發(fā)明基于目前制備鈦合金工藝流程長(zhǎng)、能耗高、成本高等的缺點(diǎn)以及鋁熱法制備鈦合金過(guò)程中存在的鋁含量難以控制等難題，提出了以金紅石或高鈦渣或二氧化鈦為原料，采用鋁熱還原-渣洗精煉制備鈦合金的新方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決現(xiàn)有以爐外鋁熱法制備鈦鐵合金中存在的tio2還原不徹底，鋁殘留量高，氧含量高等問(wèn)題，本發(fā)明提出了以高鈦渣或金紅石或二氧化鈦為原料，采用基于鋁熱自蔓延梯度還原與渣洗精煉制備鈦合金的方法，該方法基于鋁熱自蔓延反應(yīng)，即以金紅石或高鈦渣或二氧化鈦、鋁粉等為原料，采用梯度加料的方式進(jìn)行鋁熱自蔓延反應(yīng)得到高溫熔體，進(jìn)行梯度還原熔煉，并采用分批加料或連續(xù)加料方式實(shí)現(xiàn)反應(yīng)過(guò)程及溫度的控制以及金屬氧化物的徹底還原，加料完畢之后保溫熔分，然后向高溫熔體中加入高堿度caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣，調(diào)整渣的堿度和熔點(diǎn)，進(jìn)行渣洗精煉，最后將高溫熔體冷卻至室溫除去上部的熔煉渣得到鈦合金，該鈦合金是鈦鋁釩合金。
本發(fā)明的一種基于鋁熱自蔓延梯度還原與渣洗精煉制備鈦合金的方法，具體包括以下步驟：
步驟1：物料預(yù)處理
將鋁熱還原反應(yīng)物料分別進(jìn)行預(yù)處理，得到預(yù)處理后的鋁熱還原反應(yīng)物料；
所述的鋁熱還原反應(yīng)物料為含鈦物料、鋁粉、v2o5粉末、cao和kclo3；
所述的含鈦物料為金紅石、高鈦渣或二氧化鈦中的一種或幾種混合；
按配比，稱量預(yù)處理后的鋁熱還原反應(yīng)物料，其中，按質(zhì)量比，含鈦物料∶鋁粉∶v2o5粉末∶cao∶kclo3＝1.0∶(0.60～0.24)∶(0.042～0.048)∶(0.12～0.26)∶(0.22～0.30)；
所述的鋁熱還原反應(yīng)物料中，各個(gè)物料的粒徑分別為：金紅石≤3mm，高鈦渣≤3mm，或二氧化鈦粒度≤0.02mm；鋁粉粒度≤2mm；v2o5粉末≤0.2mm；cao粒度≤0.2mm；kclo3粒度≤2mm；
步驟2：鋁熱自蔓延反應(yīng)
采用以下兩種加料方式之一進(jìn)行梯度鋁熱還原：
加料方式一：
將稱量的除鋁粉以外的鋁熱自蔓延反應(yīng)原料混合均勻，得到混合物料，將混合物料分為若干份；
按照每份混合物料加入反應(yīng)爐的順序，分別配鋁，配鋁量按照反應(yīng)化學(xué)計(jì)量比的1.15～1.35倍逐漸降低至化學(xué)計(jì)量比的0.85～0.65倍；按照化學(xué)反應(yīng)方程式得到加入鋁粉的總質(zhì)量為理論加入總質(zhì)量mt，鋁粉的實(shí)際加入總質(zhì)量為ma，其中，ma＝mt×(95～100)％；
其中，第一批加入反應(yīng)爐的混合物料的質(zhì)量占總混合物料質(zhì)量的10～30％，并且第一批加入反應(yīng)爐的混合物料，需加入鎂粉作為引燃物，點(diǎn)燃混合物料引發(fā)自蔓延反應(yīng)，得到足以引發(fā)后續(xù)反應(yīng)的第一批高溫熔體；
按照配鋁量的化學(xué)計(jì)量比依次降低的順序，依次加其它份混合物料到反應(yīng)爐中，直至所有物料完全反應(yīng)，得到高溫熔體；
加料方式二：
將除鋁粉以外的鋁熱自蔓延反應(yīng)原料混合均勻，得到混合物料，將混合物料以均勻流速加料到連續(xù)混料機(jī)中；
同時(shí)，將鋁粉以梯度遞減的流速加入連續(xù)混料機(jī)，使連續(xù)加入的混合物料的配鋁量由化學(xué)計(jì)量比的1.15～1.35倍逐漸降低至化學(xué)計(jì)量比的0.85～0.65倍，其中，配鋁量梯度變化次數(shù)滿足關(guān)系式：
m＝(b-c)÷a(1)
式中，m為配鋁量梯度變化的次數(shù)，b為最高的配鋁量，c為最低的配鋁量，a為配鋁量梯度變化系數(shù)，0<a≤0.04；
按照化學(xué)反應(yīng)方程式得到加入鋁粉的總質(zhì)量為理論加入總質(zhì)量mt，鋁粉的實(shí)際加入總質(zhì)量為ma，其中，理論加入總質(zhì)量mt和實(shí)際加入總質(zhì)量為ma滿足以下關(guān)系：ma＝mt×(95～100)％；
鋁熱自蔓延反應(yīng)原料在連續(xù)混料機(jī)混勻后連續(xù)加入到反應(yīng)爐中進(jìn)行鋁熱還原反應(yīng)，直至所有物料完全反應(yīng)后得到高溫熔體；
步驟3：電磁場(chǎng)作用下的熔分
采用電磁感應(yīng)對(duì)高溫熔體加熱，進(jìn)行保溫熔分，實(shí)現(xiàn)渣金分離，得到分層熔體，上層為氧化鋁基熔渣，下層合金熔體；其中，熔分過(guò)程中，控制溫度為1700～1800℃，保溫時(shí)間5～25min；
步驟4：渣洗精煉
(1)將上層的氧化鋁基熔渣總體積的85～95％移除，對(duì)剩余的體積的氧化鋁基熔渣和下層的合金熔體進(jìn)行偏心機(jī)械攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速50～150rpm；控制溫度為1700～1800℃；
(2)當(dāng)熔體混合均勻后，持續(xù)攪拌，并以高純惰性氣體為載氣，向混合均勻的熔體噴吹caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣，進(jìn)行渣洗精煉；其中，按質(zhì)量比，鋁熱自蔓延反應(yīng)原料∶caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣＝1.0∶(0.02～0.08)；
所述的caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣，含有的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比分別為caf2∶5％～10％，cao∶40％～60％，na2o∶0～2％，tio2∶30％～40％，v2o5∶5％～15％，余量為不可避免的雜質(zhì)；其中，caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣中含有的各個(gè)組分：cao、caf2、na2o、tio2、v2o5粉末粒度粒度均≤0.2mm；
(3)噴吹caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣后，在1700～1800℃保溫并持續(xù)偏心機(jī)械攪拌10～30min，得到鈦合金熔體；
步驟5：冷卻
將鈦合金熔體冷卻至室溫后，除去上部的熔煉渣，得到鈦合金。
本發(fā)明制備的鈦合金含有的化學(xué)成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：al為5.5％～6.5％，v為3.5％～4.5％，si為0.2％～1.0％，fe為0.2％～1.0％，o≤0.9％，余量為ti。
所述的步驟1中，所述的將鋁熱還原反應(yīng)物料分別進(jìn)行預(yù)處理的方法如下：
(1)將含鈦物料，v2o5粉末，cao分別進(jìn)行焙燒，焙燒溫度≥120℃，焙燒時(shí)間12～36h；
(2)將kclo3在150～300℃干燥時(shí)間12～48h。
所述的步驟2中，所述若干份為n份，n≥4。
所述的步驟3中，所述的電磁感應(yīng)的設(shè)備為中頻感應(yīng)爐，其電磁場(chǎng)的頻率大于等于1000hz。
所述的步驟4中，所述的偏心機(jī)械攪拌，偏心率為0.2～0.4。
所述的步驟4中，所述的噴吹優(yōu)選為在中頻感應(yīng)爐底部噴吹。
所述的步驟4中，所述的高純惰性氣體為高純氬氣，純度大于等于99.95％。
所述的步驟4(2)中，所述的caf2-cao-tio2-v2o5基精練渣使用前，進(jìn)行預(yù)處理：焙燒溫度150～450℃焙燒10～48h。
本發(fā)明的一種基于鋁熱自蔓延梯度還原與渣洗精煉制備鈦合金的方法，和真空自耗電弧熔煉法或混合元素法制備鈦合金相比，具有顯著的進(jìn)步和優(yōu)點(diǎn)：
1、本發(fā)明金紅石或高鈦渣或二氧化鈦、鋁粉、v2o5粉末為原料，提出采用鋁熱還原-渣洗精煉制備鈦合金的的新思路，具有流程短、能耗低、操作簡(jiǎn)單、合金中al、v含量易于控制等優(yōu)點(diǎn)；
2、首先采用比化學(xué)計(jì)量比高的配鋁系數(shù)物料進(jìn)行鋁熱自蔓延，得到更高溫度的高溫熔體，有利于后續(xù)低配鋁系數(shù)物料的反應(yīng)引發(fā)；
3、高的配鋁系數(shù)保證了所得到的熔體中強(qiáng)烈的還原氣氛，保證了金屬氧化物的徹底還原；
4、物料配鋁系數(shù)由大于化學(xué)計(jì)量比逐漸降低至小于化學(xué)計(jì)量比，這樣開始得到熔體中與鈦結(jié)合的過(guò)量的還原劑被逐漸釋放出來(lái)，與后續(xù)加入的低配鋁系數(shù)物料中的鈦、釩的氧化物逐漸反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了最終產(chǎn)品中鋁含量有效控制；
5、加料批次越多或連續(xù)加料梯度越小，配鋁系數(shù)梯度變化越小，梯度還原效果越明顯，合金的收率越高；同時(shí)，調(diào)整加料速度也能對(duì)反應(yīng)過(guò)程中的溫度進(jìn)行控制；
6、渣洗精煉過(guò)程中，利用加入的精煉渣調(diào)整渣的堿度和熔點(diǎn)，降低了渣的粘度，提高了渣的流動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)渣金界面化學(xué)反應(yīng)和渣金分離的徹底進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)氧化鋁等夾雜有效脫除；同時(shí)，保溫熔煉與渣洗精煉過(guò)程充分利用了體系反應(yīng)熱，降低能耗；
7、采用電磁感應(yīng)加熱進(jìn)行渣洗精煉，外加偏心機(jī)械攪拌，形成上層為氧化鋁基熔渣層，下層為金熔體層，強(qiáng)化了渣金分離過(guò)程。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
以下實(shí)施例中：
含鈦物料中：金紅石含有的成分及其質(zhì)量百分比為tio2≥92％，余量為雜質(zhì)，其粒度≤3mm；高鈦渣含有的成分及其質(zhì)量百分比為tio2≥92％，余量為雜質(zhì)，其粒度≤3mm；二氧化鈦含有的成分及其質(zhì)量百分比為tio2≥99.5％，余量為雜質(zhì)，其粒度≤0.02mm；
v2o5粉末粒度≤0.2mm；
鋁粉粒度≤2mm；
造渣劑粒度≤0.2mm；
高純氬氣的純度大于99.95％；
以下實(shí)施例中，熔分過(guò)程和渣洗精練過(guò)程，采用的設(shè)備均為中頻感應(yīng)爐，中頻感應(yīng)爐中的電磁場(chǎng)的頻率不低于1000hz。
實(shí)施例1
一種基于鋁熱自蔓延梯度還原與渣洗精煉制備鈦合金的方法，具體包括以下步驟：
步驟1：物料預(yù)處理
將鋁熱還原反應(yīng)物料分別進(jìn)行預(yù)處理，具體為含tio2的質(zhì)量百分比為92％的高鈦渣、v2o5粉末，分別在600℃焙燒32h；cao在200℃焙燒16h；kclo3在160℃干燥18h；得到預(yù)處理后的鋁熱還原反應(yīng)物料；
按配比，稱量預(yù)處理后的鋁熱還原反應(yīng)物料，其中，按質(zhì)量比，高鈦渣∶鋁粉∶v2o5粉末∶cao∶kclo3＝1.0∶0.26∶0.045∶0.16∶0.28；
所述的鋁熱還原反應(yīng)物料中，各個(gè)物料的粒徑分別為：高鈦渣粒度≤3mm；鋁粉粒度≤2mm；v2o5粉末≤0.2mm；cao粒度≤0.2mm；kclo3粒度≤2mm；
步驟2：鋁熱自蔓延反應(yīng)
將稱量的除鋁粉以外的鋁熱自蔓延反應(yīng)原料混合均勻，得到混合物料，將混合物料分為5份；
按照每份混合物料加入反應(yīng)爐的順序，分別配鋁，配鋁量依次為化學(xué)計(jì)量比的1.20、1.05、1.0、0.90、0.85倍，；按照化學(xué)反應(yīng)方程式得到加入鋁粉的總質(zhì)量為理論加入總質(zhì)量mt，鋁粉的實(shí)際加入總質(zhì)量為ma，其中，ma＝mt×95％；
其中，第一批加入反應(yīng)爐的混合物料的質(zhì)量占總混合物料質(zhì)量的20％，并且第一批加入反應(yīng)爐的混合物料，需加入鎂粉作為引燃物，點(diǎn)燃混合物料引發(fā)自蔓延反應(yīng)，得到足以引發(fā)后續(xù)反應(yīng)的第一批高溫熔體；
按照配鋁量的化學(xué)計(jì)量比依次降低的順序，依次加其它份混合物料到反應(yīng)爐中，直至所有物料完全反應(yīng)，得到高溫熔體；
步驟3：電磁場(chǎng)作用下的熔分
采用電磁感應(yīng)對(duì)高溫熔體加熱，進(jìn)行保溫熔分，實(shí)現(xiàn)渣金分離，得到分層熔體，上層為氧化鋁基熔渣，下層合金熔體；其中，熔分過(guò)程中，控制溫度為1800℃，保溫時(shí)間15min；
步驟4：渣洗精煉
(1)將上層的氧化鋁基熔渣總體積的90％移除，對(duì)剩余的體積的氧化鋁基熔渣和下層的合金熔體進(jìn)行偏心機(jī)械攪拌，偏心距為0.3，攪拌轉(zhuǎn)速50rpm；控制溫度為1800℃；
(2)當(dāng)熔體混合均勻后，持續(xù)攪拌，并從中頻感應(yīng)爐底部以高純惰性氣體為載氣，向混合均勻的熔體噴吹caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣，進(jìn)行渣洗精煉；其中，按質(zhì)量比，鋁熱自蔓延反應(yīng)原料∶caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣＝1.0∶0.02；
所述的caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣，含有的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比分別為caf2∶5％，cao∶60％，na2o∶0％，tio2∶30％，v2o5∶5％；其中，caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣中含有的各個(gè)組分：cao、caf2、na2o、tio2、v2o5粉末粒度粒度均≤0.2mm；所述的caf2-cao-tio2-v2o5基精練渣使用前，進(jìn)行預(yù)處理：焙燒溫度為150℃焙燒10h。
(3)噴吹caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣后，在1800℃保溫并持續(xù)偏心機(jī)械攪拌10min，停止偏心攪拌，得到鈦合金熔體；
步驟5：冷卻
將鈦合金熔體冷卻至室溫后，除去上部的熔煉渣，得到鈦合金。
本發(fā)明制備的鈦合金含有的化學(xué)成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：al為6.2％，v為3.50％，si為0.2％，fe為0.2％，o為0.32％，余量為ti。
實(shí)施例2
一種基于鋁熱自蔓延梯度還原與渣洗精煉制備鈦合金的方法，具體包括以下步驟：
步驟1：物料預(yù)處理
將鋁熱還原反應(yīng)物料分別進(jìn)行預(yù)處理，具體為含tio2的質(zhì)量百分比為99.5％的二氧化鈦、v2o5粉末，分別在650℃焙燒36h；cao在200℃焙燒8h；kclo3在160℃干燥18h；得到預(yù)處理后的鋁熱還原反應(yīng)物料；
按配比，稱量預(yù)處理后的鋁熱還原反應(yīng)物料，其中，按質(zhì)量比，二氧化鈦∶鋁粉∶v2o5粉末∶cao∶kclo3＝1.0∶0.26∶0.045∶0.16∶0.28；
所述的鋁熱還原反應(yīng)物料中，各個(gè)物料的粒徑分別為：二氧化鈦粒度≤0.02mm；鋁粉粒度≤2mm；v2o5粉末≤0.2mm；cao粒度≤0.2mm；kclo3粒度≤2mm；
步驟2：鋁熱自蔓延反應(yīng)
將稱量的除鋁粉以外的鋁熱自蔓延反應(yīng)原料混合均勻，得到混合物料，將混合物料分為6份；
按照每份混合物料加入反應(yīng)爐的順序，分別配鋁，配鋁量依次為化學(xué)計(jì)量比的1.20、1.1、0.95、0.90、0.85、0.80倍，；按照化學(xué)反應(yīng)方程式得到加入鋁粉的總質(zhì)量為理論加入總質(zhì)量mt，鋁粉的實(shí)際加入總質(zhì)量為ma，其中，ma＝mt×98％；
其中，第一批加入反應(yīng)爐的混合物料的質(zhì)量占總混合物料質(zhì)量的28.6％，并且第一批加入反應(yīng)爐的混合物料，需加入鎂粉作為引燃物，點(diǎn)燃混合物料引發(fā)自蔓延反應(yīng)，得到足以引發(fā)后續(xù)反應(yīng)的第一批高溫熔體；
按照配鋁量的化學(xué)計(jì)量比依次降低的順序，依次加其它份混合物料到反應(yīng)爐中，直至所有物料完全反應(yīng)，得到高溫熔體；
步驟3：電磁場(chǎng)作用下的熔分
采用電磁感應(yīng)對(duì)高溫熔體加熱，進(jìn)行保溫熔分，實(shí)現(xiàn)渣金分離，得到分層熔體，上層為氧化鋁基熔渣，下層合金熔體；其中，熔分過(guò)程中，控制溫度為1750℃，保溫時(shí)間20min；
步驟4：渣洗精煉
(1)將上層的氧化鋁基熔渣總體積的95％移除，對(duì)剩余的體積的氧化鋁基熔渣和下層的合金熔體進(jìn)行偏心機(jī)械攪拌，偏心距為0.2，攪拌轉(zhuǎn)速100rpm；控制溫度為1750℃；
(2)當(dāng)熔體混合均勻后，持續(xù)攪拌，并從中頻感應(yīng)爐底部以高純惰性氣體為載氣，向混合均勻的熔體噴吹caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣，進(jìn)行渣洗精煉；其中，按質(zhì)量比，鋁熱自蔓延反應(yīng)原料∶caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣＝1.0∶0.04；
所述的caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣，含有的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比分別為caf2∶10％，cao∶50％，na2o∶0％，tio2∶30％，v2o5∶10％；其中，caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣中含有的各個(gè)組分：cao、caf2、na2o、tio2、v2o5粉末粒度粒度均≤0.2mm；所述的caf2-cao-tio2-v2o5基精練渣使用前，進(jìn)行預(yù)處理：焙燒溫度為150℃焙燒20h。
(3)噴吹caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣后，在1750℃保溫并持續(xù)偏心機(jī)械攪拌30min，停止偏心攪拌，得到鈦合金熔體；
步驟5：冷卻
將鈦合金熔體冷卻至室溫后，除去上部的熔煉渣，得到鈦合金。
本發(fā)明制備的鈦合金含有的化學(xué)成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：al為6.0％，v為3.80％，si為0.3％，fe為0.6％，o為0.24％，余量為ti。
實(shí)施例3
一種基于鋁熱自蔓延梯度還原與渣洗精煉制備鈦合金的方法，具體包括以下步驟：
步驟1：物料預(yù)處理
將鋁熱還原反應(yīng)物料分別進(jìn)行預(yù)處理，具體為含tio2的質(zhì)量百分比為92％的金紅石、v2o5粉末，分別在600℃焙燒24h；cao在300℃焙燒12h；kclo3在200℃干燥18h；得到預(yù)處理后的鋁熱還原反應(yīng)物料；
按配比，稱量預(yù)處理后的鋁熱還原反應(yīng)物料，其中，按質(zhì)量比，金紅石∶鋁粉∶v2o5粉末∶cao∶kclo3＝1.0∶0.26∶0.045∶0.16∶0.28；
所述的鋁熱還原反應(yīng)物料中，各個(gè)物料的粒徑分別為：金紅石粒度≤3mm；鋁粉粒度≤2mm；v2o5粉末≤0.2mm；cao粒度≤0.2mm；kclo3粒度≤2mm；
步驟2：鋁熱自蔓延反應(yīng)
將稱量的除鋁粉以外的鋁熱自蔓延反應(yīng)原料混合均勻，得到混合物料，將混合物料分為8份；
按照每份混合物料加入反應(yīng)爐的順序，分別配鋁，配鋁量依次為化學(xué)計(jì)量比的1.20、1.1、1.0、0.95、0.925、0.90、0.875、0.85倍，；按照化學(xué)反應(yīng)方程式得到加入鋁粉的總質(zhì)量為理論加入總質(zhì)量mt，鋁粉的實(shí)際加入總質(zhì)量為ma，其中，ma＝mt×99％；
其中，第一批加入反應(yīng)爐的混合物料的質(zhì)量占總混合物料質(zhì)量的22.2％，并且第一批加入反應(yīng)爐的混合物料，需加入鎂粉作為引燃物，點(diǎn)燃混合物料引發(fā)自蔓延反應(yīng)，得到足以引發(fā)后續(xù)反應(yīng)的第一批高溫熔體；
按照配鋁量的化學(xué)計(jì)量比依次降低的順序，依次加其它份混合物料到反應(yīng)爐中，直至所有物料完全反應(yīng)，得到高溫熔體；
步驟3：電磁場(chǎng)作用下的熔分
采用電磁感應(yīng)對(duì)高溫熔體加熱，進(jìn)行保溫熔分，實(shí)現(xiàn)渣金分離，得到分層熔體，上層為氧化鋁基熔渣，下層合金熔體；其中，熔分過(guò)程中，控制溫度為1700℃，保溫時(shí)間25min；
步驟4：渣洗精煉
(1)將上層的氧化鋁基熔渣總體積的95％移除，對(duì)剩余的體積的氧化鋁基熔渣和下層的合金熔體進(jìn)行偏心機(jī)械攪拌，偏心距為0.2，攪拌轉(zhuǎn)速100rpm；控制溫度為1700℃；
(2)當(dāng)熔體混合均勻后，持續(xù)攪拌，并從中頻感應(yīng)爐底部以高純惰性氣體為載氣，向混合均勻的熔體噴吹caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣，進(jìn)行渣洗精煉；其中，按質(zhì)量比，鋁熱自蔓延反應(yīng)原料∶caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣＝1.0∶0.06；
所述的caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣，含有的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比分別為caf2∶5％，cao∶40％，na2o∶0％，tio2∶40％，v2o5∶15％；其中，caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣中含有的各個(gè)組分：cao、caf2、na2o、tio2、v2o5粉末粒度粒度均≤0.2mm；所述的caf2-cao-tio2-v2o5基精練渣使用前，進(jìn)行預(yù)處理：焙燒溫度為180℃焙燒20h。
(3)噴吹caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣后，在1700℃保溫并持續(xù)偏心機(jī)械攪拌30min，停止偏心攪拌，得到鈦合金熔體；
步驟5：冷卻
將鈦合金熔體冷卻至室溫后，除去上部的熔煉渣，得到鈦合金。
本發(fā)明制備的鈦合金含有的化學(xué)成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：al為5.8％，v為4.40％，si為0.4％，fe為0.8％，o為0.2％，余量為ti。
實(shí)施例4
一種基于鋁熱自蔓延梯度還原與渣洗精煉制備鈦合金的方法，具體包括以下步驟：
步驟1：物料預(yù)處理
將鋁熱還原反應(yīng)物料分別進(jìn)行預(yù)處理，具體為含tio2的質(zhì)量百分比為93％的高鈦渣、v2o5粉末，分別在700℃焙燒12h；cao在300℃焙燒36h；kclo3在250℃干燥8h；得到預(yù)處理后的鋁熱還原反應(yīng)物料；
按配比，稱量預(yù)處理后的鋁熱還原反應(yīng)物料，其中，按質(zhì)量比，高鈦渣∶鋁粉∶v2o5粉末∶cao∶kclo3＝1.0∶0.26∶0.045∶0.16∶0.28；
所述的鋁熱還原反應(yīng)物料中，各個(gè)物料的粒徑分別為：高鈦渣粒度≤3mm；鋁粉粒度≤2mm；v2o5粉末≤0.2mm；cao粒度≤0.2mm；kclo3粒度≤2mm；
步驟2：鋁熱自蔓延反應(yīng)
將除鋁粉以外的鋁熱自蔓延反應(yīng)原料混合均勻，得到混合物料，將混合物料以均勻流速加料到連續(xù)混料機(jī)中；
同時(shí)，將鋁粉以梯度遞減的流速加入連續(xù)混料機(jī)，使連續(xù)加入的混合物料的配鋁量由化學(xué)計(jì)量比的1.28倍逐漸降低至化學(xué)計(jì)量比的0.7倍，其中，配鋁量梯度變化次數(shù)滿足關(guān)系式：
m＝(b-c)÷a(1)
式中，m為配鋁量梯度變化的次數(shù)，b為最高的配鋁量，c為最低的配鋁量，a為配鋁量梯度變化系數(shù)，a＝0.01；經(jīng)計(jì)算m為58次，鋁粉流量梯度變化的時(shí)間間隔為總反應(yīng)時(shí)間除以m。
按照化學(xué)反應(yīng)方程式得到加入鋁粉的總質(zhì)量為理論加入總質(zhì)量mt，鋁粉的實(shí)際加入總質(zhì)量為ma，其中，理論加入總質(zhì)量mt和實(shí)際加入總質(zhì)量為ma滿足以下關(guān)系：ma＝mt×98％；
鋁熱自蔓延反應(yīng)原料在連續(xù)混料機(jī)混勻后連續(xù)加入到反應(yīng)爐中進(jìn)行鋁熱還原反應(yīng)，直至所有物料完全反應(yīng)后得到高溫熔體；
步驟3：電磁場(chǎng)作用下的熔分
采用電磁感應(yīng)對(duì)高溫熔體加熱，進(jìn)行保溫熔分，實(shí)現(xiàn)渣金分離，得到分層熔體，上層為氧化鋁基熔渣，下層合金熔體；其中，熔分過(guò)程中，控制溫度為1800℃，保溫時(shí)間15min；
步驟4：渣洗精煉
(1)將上層的氧化鋁基熔渣總體積的85％移除，對(duì)剩余的體積的氧化鋁基熔渣和下層的合金熔體進(jìn)行偏心機(jī)械攪拌，偏心距為0.4，攪拌轉(zhuǎn)速50rpm；控制溫度為1800℃；
(2)當(dāng)熔體混合均勻后，持續(xù)攪拌，并從中頻感應(yīng)爐底部以高純惰性氣體為載氣，向混合均勻的熔體噴吹caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣，進(jìn)行渣洗精煉；其中，按質(zhì)量比，鋁熱自蔓延反應(yīng)原料∶caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣＝1.0∶0.05；
所述的caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣，含有的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比分別為caf2∶10％，cao∶50％，na2o∶0％，tio2∶35％，v2o5∶5％；其中，caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣中含有的各個(gè)組分：cao、caf2、na2o、tio2、v2o5粉末粒度粒度均≤0.2mm；所述的caf2-cao-tio2-v2o5基精練渣使用前，進(jìn)行預(yù)處理：焙燒溫度為150℃焙燒10h。
(3)噴吹caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣后，在1800℃保溫并持續(xù)偏心機(jī)械攪拌20min，停止偏心攪拌，得到鈦合金熔體；
步驟5：冷卻
將鈦合金熔體冷卻至室溫后，除去上部的熔煉渣，得到鈦合金。
本發(fā)明制備的鈦合金含有的化學(xué)成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：al為6.1％，v為3.60％，si為0.6％，fe為0.7％，o為0.31％，余量為ti。
實(shí)施例5
一種基于鋁熱自蔓延梯度還原與渣洗精煉制備鈦合金的方法，具體包括以下步驟：
步驟1：物料預(yù)處理
將鋁熱還原反應(yīng)物料分別進(jìn)行預(yù)處理，具體為含tio2的質(zhì)量百分比為92.5％的高鈦渣和含tio2的質(zhì)量百分比為99.6％的二氧化鈦、v2o5粉末，分別在650℃焙燒20h；cao在200℃焙燒12h；kclo3在150℃干燥18h；其中，高鈦渣和二氧化鈦混合質(zhì)量比為1:1，得到預(yù)處理后的鋁熱還原反應(yīng)物料；
按配比，稱量預(yù)處理后的鋁熱還原反應(yīng)物料，其中，按質(zhì)量比，高鈦渣和二氧化鈦∶鋁粉∶v2o5粉末∶cao∶kclo3＝1.0∶0.26∶0.045∶0.16∶0.28；
所述的鋁熱還原反應(yīng)物料中，各個(gè)物料的粒徑分別為：高鈦渣的粒度≤3mm，二氧化鈦粒度≤0.02mm；鋁粉粒度≤2mm；v2o5粉末≤0.2mm；cao粒度≤0.2mm；kclo3粒度≤2mm；
步驟2：鋁熱自蔓延反應(yīng)
將除鋁粉以外的鋁熱自蔓延反應(yīng)原料混合均勻，得到混合物料，將混合物料以均勻流速加料到連續(xù)混料機(jī)中；
同時(shí)，將鋁粉以梯度遞減的流速加入連續(xù)混料機(jī)，使連續(xù)加入的混合物料的配鋁量由化學(xué)計(jì)量比的1.20倍逐漸降低至化學(xué)計(jì)量比的0.75倍，其中，配鋁量梯度變化次數(shù)滿足關(guān)系式：
m＝(b-c)÷a(1)
式中，m為配鋁量梯度變化的次數(shù)，b為最高的配鋁量，c為最低的配鋁量，a為配鋁量梯度變化系數(shù)，a＝0.003；經(jīng)計(jì)算m為150次。
按照化學(xué)反應(yīng)方程式得到加入鋁粉的總質(zhì)量為理論加入總質(zhì)量mt，鋁粉的實(shí)際加入總質(zhì)量為ma，其中，理論加入總質(zhì)量mt和實(shí)際加入總質(zhì)量為ma滿足以下關(guān)系：ma＝mt×96％；
鋁熱自蔓延反應(yīng)原料在連續(xù)混料機(jī)混勻后連續(xù)加入到反應(yīng)爐中進(jìn)行鋁熱還原反應(yīng)，直至所有物料完全反應(yīng)后得到高溫熔體；
步驟3：電磁場(chǎng)作用下的熔分
采用電磁感應(yīng)對(duì)高溫熔體加熱，進(jìn)行保溫熔分，實(shí)現(xiàn)渣金分離，得到分層熔體，上層為氧化鋁基熔渣，下層合金熔體；其中，熔分過(guò)程中，控制溫度為1700℃，保溫時(shí)間15min；
步驟4：渣洗精煉
(1)將上層的氧化鋁基熔渣總體積的90％移除，對(duì)剩余的體積的氧化鋁基熔渣和下層的合金熔體進(jìn)行偏心機(jī)械攪拌，偏心距為0.4，攪拌轉(zhuǎn)速150rpm；控制溫度為1700℃；
(2)當(dāng)熔體混合均勻后，持續(xù)攪拌，并從中頻感應(yīng)爐底部以高純惰性氣體為載氣，向混合均勻的熔體噴吹caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣，進(jìn)行渣洗精煉；其中，按質(zhì)量比，鋁熱自蔓延反應(yīng)原料∶caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣＝1.0∶0.05；
所述的caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣，含有的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比分別為caf2∶5％，cao∶50％，na2o∶0％，tio2∶30％，v2o5∶10％；其中，caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣中含有的各個(gè)組分：cao、caf2、na2o、tio2、v2o5粉末粒度粒度均≤0.2mm；所述的caf2-cao-tio2-v2o5基精練渣使用前，進(jìn)行預(yù)處理：焙燒溫度為450℃焙燒12h。
(3)噴吹caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣后，在1700℃保溫并持續(xù)偏心機(jī)械攪拌10min，停止偏心攪拌，得到鈦合金熔體；
步驟5：冷卻
將鈦合金熔體冷卻至室溫后，除去上部的熔煉渣，得到鈦合金。
本發(fā)明制備的鈦合金含有的化學(xué)成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：al為5.8％，v為4.10％，si為0.3％，fe為0.6％，o為0.22％，余量為ti。
實(shí)施例6
一種基于鋁熱自蔓延梯度還原與渣洗精煉制備鈦合金的方法，具體包括以下步驟：
步驟1：物料預(yù)處理
將鋁熱還原反應(yīng)物料分別進(jìn)行預(yù)處理，具體為含tio2的質(zhì)量百分比為93％的高鈦渣、含tio2的質(zhì)量百分比為99.5％的二氧化鈦和含tio2的質(zhì)量百分比為94％的金紅石、v2o5粉末，分別在650℃焙燒36h；cao在300℃焙燒16h；kclo3在180℃干燥24h；其中，高鈦渣和二氧化鈦和金紅石，三者的混合質(zhì)量比為1:1:1，得到預(yù)處理后的鋁熱還原反應(yīng)物料；
按配比，稱量預(yù)處理后的鋁熱還原反應(yīng)物料，其中，按質(zhì)量比，高鈦渣和二氧化鈦和金紅石∶鋁粉∶v2o5粉末∶cao∶kclo3＝1.0∶0.26∶0.045∶0.16∶0.28；
所述的鋁熱還原反應(yīng)物料中，各個(gè)物料的粒徑分別為：高鈦渣粒度≤3mm，金紅石粒度≤3mm，二氧化鈦粒度≤0.02mm；鋁粉粒度≤2mm；v2o5粉末≤0.2mm；cao粒度≤0.2mm；kclo3粒度≤2mm；
步驟2：鋁熱自蔓延反應(yīng)
將除鋁粉以外的鋁熱自蔓延反應(yīng)原料混合均勻，得到混合物料，將混合物料以均勻流速加料到連續(xù)混料機(jī)中；
同時(shí)，將鋁粉以梯度遞減的流速加入連續(xù)混料機(jī)，使連續(xù)加入的混合物料的配鋁量由化學(xué)計(jì)量比的1.2倍逐漸降低至化學(xué)計(jì)量比的0.75倍，其中，配鋁量梯度變化次數(shù)滿足關(guān)系式：
m＝(b-c)÷a(1)
式中，m為配鋁量梯度變化的次數(shù)，b為最高的配鋁量，c為最低的配鋁量，a為配鋁量梯度變化系數(shù)，a＝0.001；經(jīng)計(jì)算m為450次。
按照化學(xué)反應(yīng)方程式得到加入鋁粉的總質(zhì)量為理論加入總質(zhì)量mt，鋁粉的實(shí)際加入總質(zhì)量為ma，其中，理論加入總質(zhì)量mt和實(shí)際加入總質(zhì)量為ma滿足以下關(guān)系：ma＝mt×95％；
鋁熱自蔓延反應(yīng)原料在連續(xù)混料機(jī)混勻后連續(xù)加入到反應(yīng)爐中進(jìn)行鋁熱還原反應(yīng)，直至所有物料完全反應(yīng)后得到高溫熔體；
步驟3：電磁場(chǎng)作用下的熔分
采用電磁感應(yīng)對(duì)高溫熔體加熱，進(jìn)行保溫熔分，實(shí)現(xiàn)渣金分離，得到分層熔體，上層為氧化鋁基熔渣，下層合金熔體；其中，熔分過(guò)程中，控制溫度為1750℃，保溫時(shí)間20min；
步驟4：渣洗精煉
(1)將上層的氧化鋁基熔渣總體積的90％移除，對(duì)剩余的體積的氧化鋁基熔渣和下層的合金熔體進(jìn)行偏心機(jī)械攪拌，偏心距為0.4，攪拌轉(zhuǎn)速50rpm；控制溫度為1750℃；
(2)當(dāng)熔體混合均勻后，持續(xù)攪拌，并從中頻感應(yīng)爐底部以高純惰性氣體為載氣，向混合均勻的熔體噴吹caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣，進(jìn)行渣洗精煉；其中，按質(zhì)量比，鋁熱自蔓延反應(yīng)原料∶caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣＝1.0∶0.06；
所述的caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣，含有的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比分別為caf2∶10％，cao∶40％，na2o∶0％，tio2∶35％，v2o5∶15％；其中，caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣中含有的各個(gè)組分：cao、caf2、na2o、tio2、v2o5粉末粒度粒度均≤0.2mm；所述的caf2-cao-tio2-v2o5基精練渣使用前，進(jìn)行預(yù)處理：焙燒溫度為200℃焙燒12h。
(3)噴吹caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣后，在1750℃保溫并持續(xù)偏心機(jī)械攪拌30min，停止偏心攪拌，得到鈦合金熔體；
步驟5：冷卻
將鈦合金熔體冷卻至室溫后，除去上部的熔煉渣，得到鈦合金。
本發(fā)明制備的鈦合金含有的化學(xué)成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：al為5.6％，v為4.40％，si為0.6％，fe為0.8％，o為0.18％，余量為ti。
實(shí)施例7
一種基于鋁熱自蔓延梯度還原與渣洗精煉制備鈦合金的方法，具體包括以下步驟：
步驟1：物料預(yù)處理
將鋁熱還原反應(yīng)物料分別進(jìn)行預(yù)處理，具體為含tio2的質(zhì)量百分比為92％的金紅石、v2o5粉末，分別在600℃焙燒24h；cao在200℃焙燒16h；kclo3在180℃干燥20h；得到預(yù)處理后的鋁熱還原反應(yīng)物料；
按配比，稱量預(yù)處理后的鋁熱還原反應(yīng)物料，其中，按質(zhì)量比，金紅石∶鋁粉∶v2o5粉末∶cao∶kclo3＝1.0∶0.26∶0.045∶0.16∶0.28；
所述的鋁熱還原反應(yīng)物料中，各個(gè)物料的粒徑分別為：金紅石粒度≤3mm；鋁粉粒度≤2mm；v2o5粉末≤0.2mm；cao粒度≤0.2mm；kclo3粒度≤2mm；
步驟2：鋁熱自蔓延反應(yīng)
將稱量的除鋁粉以外的鋁熱自蔓延反應(yīng)原料混合均勻，得到混合物料，將混合物料分為5份；
按照每份混合物料加入反應(yīng)爐的順序，分別配鋁，配鋁量依次為化學(xué)計(jì)量比的1.20、1.05、1.0、0.90、0.85倍，；按照化學(xué)反應(yīng)方程式得到加入鋁粉的總質(zhì)量為理論加入總質(zhì)量mt，鋁粉的實(shí)際加入總質(zhì)量為ma，其中，ma＝mt×98％；
其中，第一批加入反應(yīng)爐的混合物料的質(zhì)量占總混合物料質(zhì)量的20％，并且第一批加入反應(yīng)爐的混合物料，需加入鎂粉作為引燃物，點(diǎn)燃混合物料引發(fā)自蔓延反應(yīng)，得到足以引發(fā)后續(xù)反應(yīng)的第一批高溫熔體；
按照配鋁量的化學(xué)計(jì)量比依次降低的順序，依次加其它份混合物料到反應(yīng)爐中，直至所有物料完全反應(yīng)，得到高溫熔體；
步驟3：電磁場(chǎng)作用下的熔分
采用電磁感應(yīng)對(duì)高溫熔體加熱，進(jìn)行保溫熔分，實(shí)現(xiàn)渣金分離，得到分層熔體，上層為氧化鋁基熔渣，下層合金熔體；其中，熔分過(guò)程中，控制溫度為1700℃，保溫時(shí)間15min；
步驟4：渣洗精煉
(1)將上層的氧化鋁基熔渣總體積的90％移除，對(duì)剩余的體積的氧化鋁基熔渣和下層的合金熔體進(jìn)行偏心機(jī)械攪拌，偏心距為0.3，攪拌轉(zhuǎn)速100rpm；控制溫度為1700℃；
(2)當(dāng)熔體混合均勻后，持續(xù)攪拌，并從中頻感應(yīng)爐底部以高純惰性氣體為載氣，向混合均勻的熔體噴吹caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣，進(jìn)行渣洗精煉；其中，按質(zhì)量比，鋁熱自蔓延反應(yīng)原料∶caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣＝1.0∶0.04；
所述的caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣，含有的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比分別為caf2∶5％，cao∶50％，na2o∶0％，tio2∶40％，v2o5∶5％；其中，caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣中含有的各個(gè)組分：cao、caf2、na2o、tio2、v2o5粉末粒度粒度均≤0.2mm；所述的caf2-cao-tio2-v2o5基精練渣使用前，進(jìn)行預(yù)處理：焙燒溫度為150℃焙燒10h。
(3)噴吹caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣后，在1700℃保溫并持續(xù)偏心機(jī)械攪拌10min，停止偏心攪拌，得到鈦合金熔體；
步驟5：冷卻
將鈦合金熔體冷卻至室溫后，除去上部的熔煉渣，得到鈦合金。
本發(fā)明制備的鈦合金含有的化學(xué)成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：al為6.3％，v為3.70％，si為0.4％，fe為0.6％，o為0.35％，余量為ti。
實(shí)施例8
一種基于鋁熱自蔓延梯度還原與渣洗精煉制備鈦合金的方法，具體包括以下步驟：
步驟1：物料預(yù)處理
將鋁熱還原反應(yīng)物料分別進(jìn)行預(yù)處理，具體為含tio2的質(zhì)量百分比為99.7％的二氧化鈦和含tio2的質(zhì)量百分比為93％的金紅石、v2o5粉末，分別在700℃焙燒16h；cao在250℃焙燒16h；kclo3在180℃干燥36h，其中，二氧化鈦和金紅石的混合質(zhì)量比例為1:1，得到預(yù)處理后的鋁熱還原反應(yīng)物料；
按配比，稱量預(yù)處理后的鋁熱還原反應(yīng)物料，其中，按質(zhì)量比，二氧化鈦和金紅石∶鋁粉∶v2o5粉末∶cao∶kclo3＝1.0∶0.26∶0.045∶0.16∶0.28；
所述的鋁熱還原反應(yīng)物料中，各個(gè)物料的粒徑分別為：二氧化鈦粒度≤0.02mm，金紅石粒度≤3mm；鋁粉粒度≤2mm；v2o5粉末≤0.2mm；cao粒度≤0.2mm；kclo3粒度≤2mm；
步驟2：鋁熱自蔓延反應(yīng)
將稱量的除鋁粉以外的鋁熱自蔓延反應(yīng)原料混合均勻，得到混合物料，將混合物料分為6份；
按照每份混合物料加入反應(yīng)爐的順序，分別配鋁，配鋁量依次為化學(xué)計(jì)量比的1.20、1.1、0.95、0.90、0.85、0.80倍，；按照化學(xué)反應(yīng)方程式得到加入鋁粉的總質(zhì)量為理論加入總質(zhì)量mt，鋁粉的實(shí)際加入總質(zhì)量為ma，其中，ma＝mt×98％；
其中，第一批加入反應(yīng)爐的混合物料的質(zhì)量占總混合物料質(zhì)量的28.6％，并且第一批加入反應(yīng)爐的混合物料，需加入鎂粉作為引燃物，點(diǎn)燃混合物料引發(fā)自蔓延反應(yīng)，得到足以引發(fā)后續(xù)反應(yīng)的第一批高溫熔體；
按照配鋁量的化學(xué)計(jì)量比依次降低的順序，依次加其它份混合物料到反應(yīng)爐中，直至所有物料完全反應(yīng)，得到高溫熔體；
步驟3：電磁場(chǎng)作用下的熔分
采用電磁感應(yīng)對(duì)高溫熔體加熱，進(jìn)行保溫熔分，實(shí)現(xiàn)渣金分離，得到分層熔體，上層為氧化鋁基熔渣，下層合金熔體；其中，熔分過(guò)程中，控制溫度為1800℃，保溫時(shí)間15min；
步驟4：渣洗精煉
(1)將上層的氧化鋁基熔渣總體積的95％移除，對(duì)剩余的體積的氧化鋁基熔渣和下層的合金熔體進(jìn)行偏心機(jī)械攪拌，偏心距為0.4，攪拌轉(zhuǎn)速50rpm；控制溫度為1800℃；
(2)當(dāng)熔體混合均勻后，持續(xù)攪拌，并從中頻感應(yīng)爐底部以高純惰性氣體為載氣，向混合均勻的熔體噴吹caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣，進(jìn)行渣洗精煉；其中，按質(zhì)量比，鋁熱自蔓延反應(yīng)原料∶caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣＝1.0∶0.06；
所述的caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣，含有的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比分別為caf2∶10％，cao∶40％，na2o∶0％，tio2∶40％，v2o5∶10％；其中，caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣中含有的各個(gè)組分：cao、caf2、na2o、tio2、v2o5粉末粒度粒度均≤0.2mm；所述的caf2-cao-tio2-v2o5基精練渣使用前，進(jìn)行預(yù)處理：焙燒溫度為150℃焙燒48h。
(3)噴吹caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣后，在1800℃保溫并持續(xù)偏心機(jī)械攪拌20min，停止偏心攪拌，得到鈦合金熔體；
步驟5：冷卻
將鈦合金熔體冷卻至室溫后，除去上部的熔煉渣，得到鈦合金。
本發(fā)明制備的鈦合金含有的化學(xué)成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：al為5.7％，v為4.20％，si為0.7％，fe為0.9％，o為0.18％，余量為ti。
實(shí)施例9
一種基于鋁熱自蔓延梯度還原與渣洗精煉制備鈦合金的方法，具體包括以下步驟：
步驟1：物料預(yù)處理
將鋁熱還原反應(yīng)物料分別進(jìn)行預(yù)處理，具體為含tio2的質(zhì)量百分比為92％的金紅石、v2o5粉末，分別在650℃焙燒16h；cao在200℃焙燒16h；kclo3在180℃干燥24h；得到預(yù)處理后的鋁熱還原反應(yīng)物料；
按配比，稱量預(yù)處理后的鋁熱還原反應(yīng)物料，其中，按質(zhì)量比，金紅石∶鋁粉∶v2o5粉末∶cao∶kclo3＝1.0∶0.26∶0.045∶0.16∶0.28；
所述的鋁熱還原反應(yīng)物料中，各個(gè)物料的粒徑分別為：金紅石粒度≤3mm；鋁粉粒度≤2mm；v2o5粉末≤0.2mm；cao粒度≤0.2mm；kclo3粒度≤2mm；
步驟2：鋁熱自蔓延反應(yīng)
將稱量的除鋁粉以外的鋁熱自蔓延反應(yīng)原料混合均勻，得到混合物料，將混合物料分為8份；
按照每份混合物料加入反應(yīng)爐的順序，分別配鋁，配鋁量依次為化學(xué)計(jì)量比的1.20、1.1、1.0、0.95、0.925、0.90、0.875、0.85倍，；按照化學(xué)反應(yīng)方程式得到加入鋁粉的總質(zhì)量為理論加入總質(zhì)量mt，鋁粉的實(shí)際加入總質(zhì)量為ma，其中，ma＝mt×98％；
其中，第一批加入反應(yīng)爐的混合物料的質(zhì)量占總混合物料質(zhì)量的22.2％，并且第一批加入反應(yīng)爐的混合物料，需加入鎂粉作為引燃物，點(diǎn)燃混合物料引發(fā)自蔓延反應(yīng)，得到足以引發(fā)后續(xù)反應(yīng)的第一批高溫熔體；
按照配鋁量的化學(xué)計(jì)量比依次降低的順序，依次加其它份混合物料到反應(yīng)爐中，直至所有物料完全反應(yīng)，得到高溫熔體；
步驟3：電磁場(chǎng)作用下的熔分
采用電磁感應(yīng)對(duì)高溫熔體加熱，進(jìn)行保溫熔分，實(shí)現(xiàn)渣金分離，得到分層熔體，上層為氧化鋁基熔渣，下層合金熔體；其中，熔分過(guò)程中，控制溫度為1750℃，保溫時(shí)間15min；
步驟4：渣洗精煉
(1)將上層的氧化鋁基熔渣總體積的95％移除，對(duì)剩余的體積的氧化鋁基熔渣和下層的合金熔體進(jìn)行偏心機(jī)械攪拌，偏心距為0.2，攪拌轉(zhuǎn)速150rpm；控制溫度為1750℃；
(2)當(dāng)熔體混合均勻后，持續(xù)攪拌，并從中頻感應(yīng)爐底部以高純惰性氣體為載氣，向混合均勻的熔體噴吹caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣，進(jìn)行渣洗精煉；其中，按質(zhì)量比，鋁熱自蔓延反應(yīng)原料∶caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣＝1.0∶0.05；
所述的caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣，含有的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比分別為caf2∶5％，cao∶50％，na2o∶0％，tio2∶30％，v2o5∶15％；其中，caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣中含有的各個(gè)組分：cao、caf2、na2o、tio2、v2o5粉末粒度粒度均≤0.2mm；所述的caf2-cao-tio2-v2o5基精練渣使用前，進(jìn)行預(yù)處理：焙燒溫度為180℃焙燒20h。
(3)噴吹caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣后，在1750℃保溫并持續(xù)偏心機(jī)械攪拌15min，停止偏心攪拌，得到鈦合金熔體；
步驟5：冷卻
將鈦合金熔體冷卻至室溫后，除去上部的熔煉渣，得到鈦合金。
本發(fā)明制備的鈦合金含有的化學(xué)成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：al為5.5％，v為4.30％，si為0.2％，fe為0.6％，o為0.16％，余量為ti。
實(shí)施例10
一種基于鋁熱自蔓延梯度還原與渣洗精煉制備鈦合金的方法，具體包括以下步驟：
步驟1：物料預(yù)處理
將鋁熱還原反應(yīng)物料分別進(jìn)行預(yù)處理，具體為含tio2的質(zhì)量百分比為93％的金紅石、v2o5粉末，分別在500℃焙燒24h；cao在250℃焙燒12h；kclo3在150℃干燥18h；得到預(yù)處理后的鋁熱還原反應(yīng)物料；
按配比，稱量預(yù)處理后的鋁熱還原反應(yīng)物料，其中，按質(zhì)量比，金紅石∶鋁粉∶v2o5粉末∶cao∶kclo3＝1.0∶0.26∶0.045∶0.16∶0.28；
所述的鋁熱還原反應(yīng)物料中，各個(gè)物料的粒徑分別為：金紅石粒度≤3mm；鋁粉粒度≤2mm；v2o5粉末≤0.2mm；cao粒度≤0.2mm；kclo3粒度≤2mm；
步驟2：鋁熱自蔓延反應(yīng)
將除鋁粉以外的鋁熱自蔓延反應(yīng)原料混合均勻，得到混合物料，將混合物料以均勻流速加料到連續(xù)混料機(jī)中；
同時(shí)，將鋁粉以梯度遞減的流速加入連續(xù)混料機(jī)，使連續(xù)加入的混合物料配鋁量由化學(xué)計(jì)量比的1.28倍逐漸降低至化學(xué)計(jì)量比的0.78倍，其中，配鋁量梯度變化次數(shù)滿足關(guān)系式：
m＝(b-c)÷a(1)
式中，m為配鋁量梯度變化的次數(shù)，b為最高的配鋁量，c為最低的配鋁量，a為配鋁量梯度變化系數(shù)，a＝0.004；經(jīng)計(jì)算m為128次，鋁粉流量梯度變化的時(shí)間間隔為總反應(yīng)時(shí)間除以m。
按照化學(xué)反應(yīng)方程式得到加入鋁粉的總質(zhì)量為理論加入總質(zhì)量mt，鋁粉的實(shí)際加入總質(zhì)量為ma，其中，理論加入總質(zhì)量mt和實(shí)際加入總質(zhì)量為ma滿足以下關(guān)系：ma＝mt×98％；
鋁熱自蔓延反應(yīng)原料在連續(xù)混料機(jī)混勻后連續(xù)加入到反應(yīng)爐中進(jìn)行鋁熱還原反應(yīng)，直至所有物料完全反應(yīng)后得到高溫熔體；
步驟3：電磁場(chǎng)作用下的熔分
采用電磁感應(yīng)對(duì)高溫熔體加熱，進(jìn)行保溫熔分，實(shí)現(xiàn)渣金分離，得到分層熔體，上層為氧化鋁基熔渣，下層合金熔體；其中，熔分過(guò)程中，控制溫度為1700℃，保溫時(shí)間20min；
步驟4：渣洗精煉
(1)將上層的氧化鋁基熔渣總體積的85％移除，對(duì)剩余的體積的氧化鋁基熔渣和下層的合金熔體進(jìn)行偏心機(jī)械攪拌，偏心距為0.4，攪拌轉(zhuǎn)速100rpm；控制溫度為1700℃；
(2)當(dāng)熔體混合均勻后，持續(xù)攪拌，并從中頻感應(yīng)爐底部以高純惰性氣體為載氣，向混合均勻的熔體噴吹caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣，進(jìn)行渣洗精煉；其中，按質(zhì)量比，鋁熱自蔓延反應(yīng)原料∶caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣＝1.0∶0.04；
所述的caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣，含有的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比分別為caf2∶5％，cao∶49％，na2o∶1％，tio2∶40％，v2o5∶5％；其中，caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣中含有的各個(gè)組分：cao、caf2、na2o、tio2、v2o5粉末粒度粒度均≤0.2mm；所述的caf2-cao-tio2-v2o5基精練渣使用前，進(jìn)行預(yù)處理：焙燒溫度為150℃焙燒10h。
(3)噴吹caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣后，在1700℃保溫并持續(xù)偏心機(jī)械攪拌10min，停止偏心攪拌，得到鈦合金熔體；
步驟5：冷卻
將鈦合金熔體冷卻至室溫后，除去上部的熔煉渣，得到鈦合金。
本發(fā)明制備的鈦合金含有的化學(xué)成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：al為5.8％，v為4.50％，si為0.4％，fe為0.7％，o為0.22％，余量為ti。
實(shí)施例11
一種基于鋁熱自蔓延梯度還原與渣洗精煉制備鈦合金的方法，具體包括以下步驟：
步驟1：物料預(yù)處理
將鋁熱還原反應(yīng)物料分別進(jìn)行預(yù)處理，具體為含tio2的質(zhì)量百分比為93％的高鈦渣和含tio2的質(zhì)量百分比為99.8％的二氧化鈦、v2o5粉末，分別在在550℃焙燒36h；cao在250℃焙燒12h；kclo3在150℃干燥24h；其中，高鈦渣和二氧化鈦混合質(zhì)量比為1:1，得到預(yù)處理后的鋁熱還原反應(yīng)物料；
按配比，稱量預(yù)處理后的鋁熱還原反應(yīng)物料，其中，按質(zhì)量比，高鈦渣和二氧化鈦∶鋁粉∶v2o5粉末∶cao∶kclo3＝1.0∶0.26∶0.045∶0.16∶0.28；
所述的鋁熱還原反應(yīng)物料中，各個(gè)物料的粒徑分別為：高鈦渣粒度≤3mm，二氧化鈦粒度≤0.02mm，鋁粉粒度≤2mm；v2o5粉末≤0.2mm；cao粒度≤0.2mm；kclo3粒度≤2mm；
步驟2：鋁熱自蔓延反應(yīng)
將除鋁粉以外的鋁熱自蔓延反應(yīng)原料混合均勻，得到混合物料，將混合物料以均勻流速加料到連續(xù)混料機(jī)中；
同時(shí)，將鋁粉以梯度遞減的流速加入連續(xù)混料機(jī)，使連續(xù)加入的混合物料的配鋁量由化學(xué)計(jì)量比的1.27倍逐漸降低至化學(xué)計(jì)量比的0.7倍，其中，配鋁量梯度變化次數(shù)滿足關(guān)系式：
m＝(b-c)÷a(1)
式中，m為配鋁量梯度變化的次數(shù)，b為最高的配鋁量，c為最低的配鋁量，a為配鋁量梯度變化系數(shù)，a＝0.002；經(jīng)計(jì)算m為285次。
按照化學(xué)反應(yīng)方程式得到加入鋁粉的總質(zhì)量為理論加入總質(zhì)量mt，鋁粉的實(shí)際加入總質(zhì)量為ma，其中，理論加入總質(zhì)量mt和實(shí)際加入總質(zhì)量為ma滿足以下關(guān)系：ma＝mt×97％；
鋁熱自蔓延反應(yīng)原料在連續(xù)混料機(jī)混勻后連續(xù)加入到反應(yīng)爐中進(jìn)行鋁熱還原反應(yīng)，直至所有物料完全反應(yīng)后得到高溫熔體；
步驟3：電磁場(chǎng)作用下的熔分
采用電磁感應(yīng)對(duì)高溫熔體加熱，進(jìn)行保溫熔分，實(shí)現(xiàn)渣金分離，得到分層熔體，上層為氧化鋁基熔渣，下層合金熔體；其中，熔分過(guò)程中，控制溫度為1750℃，保溫時(shí)間15min；
步驟4：渣洗精煉
(1)將上層的氧化鋁基熔渣總體積的90％移除，對(duì)剩余的體積的氧化鋁基熔渣和下層的合金熔體進(jìn)行偏心機(jī)械攪拌，偏心距為0.4，攪拌轉(zhuǎn)速150rpm；控制溫度為1750℃；
(2)當(dāng)熔體混合均勻后，持續(xù)攪拌，并從中頻感應(yīng)爐底部以高純惰性氣體為載氣，向混合均勻的熔體噴吹caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣，進(jìn)行渣洗精煉；其中，按質(zhì)量比，鋁熱自蔓延反應(yīng)原料∶caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣＝1.0∶0.06；
所述的caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣，含有的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比分別為caf2∶10％，cao∶43％，na2o∶2％，tio2∶35％，v2o5∶10％；其中，caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣中含有的各個(gè)組分：cao、caf2、na2o、tio2、v2o5粉末粒度粒度均≤0.2mm；所述的caf2-cao-tio2-v2o5基精練渣使用前，進(jìn)行預(yù)處理：焙燒溫度為200℃焙燒12h。
(3)噴吹caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣后，在1750℃保溫并持續(xù)偏心機(jī)械攪拌10min，停止偏心攪拌，得到鈦合金熔體；
步驟5：冷卻
將鈦合金熔體冷卻至室溫后，除去上部的熔煉渣，得到鈦合金。
本發(fā)明制備的鈦合金含有的化學(xué)成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：al為5.6％，v為4.0％，si為0.7％，fe為0.9％，o為0.13％，余量為ti。
實(shí)施例12
一種基于鋁熱自蔓延梯度還原與渣洗精煉制備鈦合金的方法，具體包括以下步驟：
步驟1：物料預(yù)處理
將鋁熱還原反應(yīng)物料分別進(jìn)行預(yù)處理，具體為含tio2的質(zhì)量百分比為92％的高鈦渣、v2o5粉末，分別在700℃焙燒24h；cao在250℃焙燒12h；kclo3在250℃干燥24h；得到預(yù)處理后的鋁熱還原反應(yīng)物料；
按配比，稱量預(yù)處理后的鋁熱還原反應(yīng)物料，其中，按質(zhì)量比，高鈦渣∶鋁粉∶v2o5粉末∶cao∶kclo3＝1.0∶0.26∶0.045∶0.16∶0.28；
所述的鋁熱還原反應(yīng)物料中，各個(gè)物料的粒徑分別為：高鈦渣粒度≤3mm；鋁粉粒度≤2mm；v2o5粉末≤0.2mm；cao粒度≤0.2mm；kclo3粒度≤2mm；
步驟2：鋁熱自蔓延反應(yīng)
將除鋁粉以外的鋁熱自蔓延反應(yīng)原料混合均勻，得到混合物料，將混合物料以均勻流速加料到連續(xù)混料機(jī)中；
同時(shí)，將鋁粉以梯度遞減的流速加入連續(xù)混料機(jī)，使連續(xù)加入的混合物料配鋁量由化學(xué)計(jì)量比的1.23倍逐漸降低至化學(xué)計(jì)量比的0.72倍，其中，配鋁量梯度變化次數(shù)滿足關(guān)系式：
m＝(b-c)÷a(1)
式中，m為配鋁量梯度變化的次數(shù)，b為最高的配鋁量，c為最低的配鋁量，a為配鋁量梯度變化系數(shù)，a＝0.001；經(jīng)計(jì)算m為450次。
按照化學(xué)反應(yīng)方程式得到加入鋁粉的總質(zhì)量為理論加入總質(zhì)量mt，鋁粉的實(shí)際加入總質(zhì)量為ma，其中，理論加入總質(zhì)量mt和實(shí)際加入總質(zhì)量為ma滿足以下關(guān)系：ma＝mt×95％；
鋁熱自蔓延反應(yīng)原料在連續(xù)混料機(jī)混勻后連續(xù)加入到反應(yīng)爐中進(jìn)行鋁熱還原反應(yīng)，直至所有物料完全反應(yīng)后得到高溫熔體；
步驟3：電磁場(chǎng)作用下的熔分
采用電磁感應(yīng)對(duì)高溫熔體加熱，進(jìn)行保溫熔分，實(shí)現(xiàn)渣金分離，得到分層熔體，上層為氧化鋁基熔渣，下層合金熔體；其中，熔分過(guò)程中，控制溫度為1750℃，保溫時(shí)間15min；
步驟4：渣洗精煉
(1)將上層的氧化鋁基熔渣總體積的90％移除，對(duì)剩余的體積的氧化鋁基熔渣和下層的合金熔體進(jìn)行偏心機(jī)械攪拌，偏心距為0.4，攪拌轉(zhuǎn)速50rpm；控制溫度為1750℃；
(2)當(dāng)熔體混合均勻后，持續(xù)攪拌，并從中頻感應(yīng)爐底部以高純惰性氣體為載氣，向混合均勻的熔體噴吹caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣，進(jìn)行渣洗精煉；其中，按質(zhì)量比，鋁熱自蔓延反應(yīng)原料∶caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣＝1.0∶0.07；
所述的caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣，含有的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比分別為caf2∶5％，cao∶49％，na2o∶1％，tio2∶30％，v2o5∶15％；其中，caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣中含有的各個(gè)組分：cao、caf2、na2o、tio2、v2o5粉末粒度粒度均≤0.2mm；所述的caf2-cao-tio2-v2o5基精練渣使用前，進(jìn)行預(yù)處理：焙燒溫度為200℃焙燒24h。
(3)噴吹caf2-cao-tio2-v2o5基精煉渣后，在1750℃保溫并持續(xù)偏心機(jī)械攪拌10min，停止偏心攪拌，得到鈦合金熔體；
步驟5：冷卻
將鈦合金熔體冷卻至室溫后，除去上部的熔煉渣，得到鈦合金。
本發(fā)明制備的鈦合金含有的化學(xué)成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：al為5.5％，v為3.60％，si為0.4％，fe為0.9％，o為0.10％，余量為ti。