专利名称：一种生产高氧海绵钛的工艺及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种有色金属冶炼领域，具体涉及一种生产高氧海绵钛的工艺及其装置。
背景技术：
在钛合金的熔炼过程中，需要添加二氧化钛来增加钛合金的强度。当合金原料熔点高于被熔炼合金的熔点时，会出现因合金原料熔化不完全而造成化学成分不均匀，二氧化钛熔点高于钛的熔点，因此添加二氧化钛会出现添加不均匀，导致钛锭的成分偏析，同时添加二氧化钛还会产生硬α缺陷，此类缺陷出现的位置往往是很小的、不连续的区域，容 易引起应力集中，造成危害。为消除上述缺陷，通常需要通过三次熔炼才能获得更好的成分均匀性，但三次重熔往往也不是一个彻底的解决方法。要控制钛合金铸锭质量，需要先控制海绵钛的质量。
发明内容
本发明目的是解决上述生产中存在的问题，通过直接在海绵钛生成过程中添加氧，提供一种生产高氧海绵钛的工艺方法及其装置。本发明通过控制四氯化钛中的氧含量，以达到稳定控制海绵钛中氧含量的目的。根据钛合金对氧含量的要求，生产氧量符合要求的海绵钛，不必在海绵钛熔炼过程中添加二氧化钛，避免了因添加二氧化钛造成的成分偏析和局部缺陷，同时也降低了合金混料的难度，提闻了钦淀成分的均勻和质量稳定，有效提闻了钦合金材料的性能。本发明可以将海绵钛氧含量稳定控制在O. 06、. 2%之间，根据使用需求氧含量通常控制在O. I O. 12%之间，其它主要杂质的控制范围为C :0. 01 O. 03%,Fe :0. 01 O. 03%，Cl
O.035 O. 05%, N 0. 003 O. 005%。为实现本发明的目的，采取以下技术方案是
一种生产高氧海绵钛的工艺，包括以下步骤
(一)从充氧管通入氧，从充氩管通入高纯氩气，用气液混合泵进行气液混合；
(二)根据海绵钛含氧量的要求，确定氧的加入量，向高位槽内通入氧，高位槽内压力保持在 O. 03-0. IMPa ；
(三)在镁的利用率为5-10%时，开始向高位槽通入氧，通过加料管将四氯化钛加入反应器，在反应器中镁将四氯化钛还原得到海绵钛；
(四)反应器内的压力保持在O.02、. 05MPa,反应器内的熔体温度为72(T840°C，当镁的利用率达到50%时，不再向高位槽通入氧，高位槽压力低于O. 03MPa时补充氩气维持高位槽内的压力。氧可一次加入，也可分多次加入，加入的氧为高纯氧气、二氧化碳或者两者的混合气体。一种生产高氧海绵钛工艺的装置，四氯化钛储存在高位槽8内，槽体的下部有一个管路与气液混合泵相连，在槽体的一侧设有两个管路，一个是充氧管1，一个是充氩管2槽体顶部是注料管3，底部有加料管7，加料管7与反应器相连接，该装置还设有泵吸入口 4、泵排料口 6。所述充氧管I上有单向阀，氧由充氧管I通入，氩气由充氩管2通入，用气液混合泵在槽体内进行气液混合。在充氩管2前端安装压力监测器，用来监测槽体内的压力。本发明具有如下有益效果
I、本发明通过控制四氯化钛中的氧含量，最终获得满足使用需求的高氧海绵钛，氧含量达到使用需求范围。2、本发明生产的海绵钛中氧分布均匀，熔炼钛合金过程中，无需添加二氧化钛等 原料来增加钛合金中的氧含量。3、本发明中的装置简单，易制作安装，工艺容易操作实施，能够实现稳定、批量生产。4、本发明中的海绵钛产品有较好的市场前景，能够满足高端客户的需求。本申请中的比例均为重量百分比例。
I为充氧管,2为充気管；3为注料管,4为泵吸入口，5为气液混合泵,6为出料管，7为加料管，8为高位槽。
具体实施例方式实施例I :以五吨还原炉为例，共需加入20吨四氯化钛，当加入2吨四氯化钛后，向四氯化钛高位槽加入高纯氧气I. 8kg，补充氩气保证高位槽内压力保持在O. 03、. IMPa,用气液混合泵进行高位槽内气液的混合。保证四氯化钛的对氧充分吸收。通过加料管将四氯化钛加入反应器，反应器中镁将四氯化钛还原得到海绵钛。反应器内的压力保持在O. 02、· 05MPa之间，反应器内熔体温度控制72(T840°C之间，高位槽压力低于O. 03MPa时补充氩气维持高位槽压力。最终可获得海绵钛的主要指标为氧含量O. 09 O. 1%，C :0. 0Γ0. 15%，Fe O. ΟΓΟ. 03%, Cl 0. 035 O. 05%, N :0. 003 O. 005%。实施例2 :以五吨还原炉为例，共需加入20吨四氯化钛，当加入2吨四氯化钛后，向四氯化钛高位槽加入高纯氧气2. 35kg，补充氩气保证高位槽内压力保持在0.03、. IMPa，用气液混合泵进行高位槽内气液的混合。保证四氯化钛的对氧充分吸收。通过加料管将四氯化钛加入反应器，反应器中镁将四氯化钛还原得到海绵钛。反应器内的压力保持在O. 02、· 05MPa之间，反应器内熔体温度控制72(T840°C之间，高位槽压力低于O. 03MPa时补充氩气维持高位槽压力。最终可获得海绵钛的主要指标为氧含量O. Γ0. 11%，C 0. 0Γ0. 015%, Fe O. ΟΓΟ. 03%, Cl 0. 035 O. 05%, N :0. 003 0. 005%。实施例3 :以五吨还原炉为例，共需加入20吨四氯化钛，当加入2吨四氯化钛后，向四氯化钛高位槽加入高纯二氧化碳6. 2kg，补充氩气保证高位槽内压力保持在0.03、. IMPa，用气液混合泵进行高位槽内气液的混合。保证四氯化钛的对氧充分吸收。通过加料管将四氯化钛加入反应器，反应器中镁将四氯化钛还原得到海绵钛。反应器内的压力保持在O. 02、· 05MPa之间，反应器内熔体温度控制72(T840°C之间，高位槽压力低于O. 03MPa时补充氩气维持高位槽压力。最终可获得海绵钛的主要指标为氧含量O. 15^0. 16%，C :0. 02、. 03%, Fe O. ΟΓΟ. 03%, Cl 0. 035 O. 05%, N 0. 003 O. 005%。实施例4 :以五吨还原炉为例，共需加入20吨四氯化钛，当加入2吨四氯化钛后，向四氯化钛高位槽加入高纯氧气2. 4kg,高纯二氧化碳5kg,补充気气保证高位槽内压力保持在O. 03、. IMPa，用气液混合泵进行高位槽内气液的混合。保证四氯化钛的对氧充分吸收。通过加料管将四氯化钛加入反应器，反应器中镁将四氯化钛还原得到海绵钛， 反应器内的压力保持在O. 02、. 05MPa之间，反应器内熔体温度控制72(T840°C之间，高位槽压力低于O. 03MPa时补充氩气维持高位槽压力。最终可获得海绵钛的主要指标为氧含量O. 18^0. 2%，C :0. 02、. 03%, Fe
O.ΟΓΟ. 03%, Cl 0. 035 O. 05%, N 0. 003 O. 005%。
权利要求
1.一种生产高氧海绵钛的工艺，其特征在于包括以下步骤 (一)从充氧管通入氧，从充氩管通入高纯氩气，用气液混合泵进行气液混合； (二)根据海绵钛含氧量的要求，确定氧的加入量，向高位槽内通入氧，高位槽内压力保持在 O. 03-0. IMPa ； (三)在镁的利用率为5-10%时，开始向高位槽通入氧，通过加料管将四氯化钛加入反应器，在反应器中镁将四氯化钛还原得到海绵钛； (四)反应器内的压力保持在O.02、. 05MPa,反应器内的熔体温度为72(T840°C，当镁的利用率达到50%时，不再向高位槽通入氧，高位槽压力低于O. 03MPa时补充氩气维持高位槽内的压力。
2.根据权利要求I所述的工艺，其特征在于氧可一次加入，也可分多次加入，加入的氧为高纯氧气、二氧化碳或者两者的混合气体。
3.一种基于权利要求I所述生产高氧海绵钛工艺的装置，其特征在于四氯化钛储存在高位槽(8)内，槽体的下部有一个管路(6)与气液混合泵(5)相连，在槽体的一侧设有两个管路，一个是充氧管(I)，一个是充氩管(2 )槽体顶部是注料管(3 )，底部有加料管(7 )，加料管(7)与反应器相连接，该装置还设有泵吸入口(4)、泵排料口(6)。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于所述充氧管(I)上有单向阀，氧由充氧管(I)通入，氩气由充氩管(2)通入，用气液混合泵在槽体内进行气液混合。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于在充氩管(2)前端安装压力监测器，用来监测槽体内的压力。
全文摘要
本发明通过在海绵钛冶炼过程直接添加氧，提供了一种生产高氧海绵钛的工艺及其装置。本发明通过控制四氯化钛中的氧含量，以达到稳定控制海绵钛中氧含量的目的。根据钛合金对氧含量的要求，生产氧量符合要求的海绵钛，不必在海绵钛熔炼过程中添加二氧化钛，避免了添加二氧化钛造成的成分偏析和局部缺陷，同时也降低了合金混料的难度，提高了钛锭的成分均匀和质量稳定，有效提高了钛合金材料的性能。
文档编号C22B34/12GK102816941SQ20121033362
公开日2012年12月12日 申请日期2012年9月11日 优先权日2012年9月11日
发明者张军, 王继宪, 张金宝 申请人:朝阳金达钛业有限责任公司