一种利用钛屑料制备TA1钛锭的方法与流程

文档序号:11246560

本发明属于钛锭制备技术领域,具体涉及一种利用钛屑料制备TA1钛锭的方法。



背景技术:

钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属,钛及钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于航空、航天、海洋运输、化工、冶金、医疗卫生等领域。随着工业的飞速发展,各行业对钛及钛合金的需求量与日俱增。由于钛的加工工艺复杂、流程长、成品率低,导致产生了大量钛及钛合金的块状和屑状残废料,这一直是困扰着钛工业发展的一个重大问题。

目前回收钛屑的方法主要为真空自耗电弧熔炼法(Vacuum Arc Remelting,VAR),该法在熔炼前需要将钛屑和海绵钛混合压制成电极,钛屑的添加量最多为10%~20%,钛屑利用率偏低;并且电极在熔炼前需要焊接,容易引入高低密度夹杂,产品需经两次VAR熔炼后再经机加、锻造后方能制备板坯,整个工序过于复杂。

电子束冷床熔炼法(Electron Beam Cold Hearth Melting,EB)是一种新兴的熔炼技术,它的工作原理是以电子束为热源,在高电压下,电子从阴极发出,经阳极加速,形成高速电子束,轰击被熔炼的金属原料,将电子的动能转变成热能,从而将原料进行熔化生成铸锭。电子束冷床熔炼炉主要分为三个区域,即原料熔炼区、精炼区和凝固区,三个区域分别由对应的电子枪控制温度;熔炼时,原料在熔炼区熔化后流入精炼区,然后流入凝固区,凝固形成铸锭。

众多公司和科研机构都开展使用电子束冷床熔炼法回收屑料的研究。宝鸡钛业股份有限公司建有一条完整的残废钛料处理生产线,熔炼设备是一台功率为2400kW的电子束冷床熔炼炉和若干台真空自耗电弧炉,采用VAR和EB结合技术回收钛屑;中铝沈阳有色金属加工厂从事钛残废料处理及回收工作,回收牌号比较单一,生产规模比较小;另外有电子束冷床熔炼炉的青海聚能钛业虽具备设备能力,但以带料加工为主,以上生产厂家均不直接熔炼钛屑料,主要进行纯海绵钛熔炼和海绵钛添加钛屑料熔炼,回收效率低,经济效益不高。



技术实现要素:

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足,提供了一种利用钛屑料制备TA1钛锭的方法。该制备方法不需添加海绵钛,直接将不同加工来源和含氧量的钛屑进行电子束冷床熔炼制备TA1钛锭,大大提高了钛屑料的综合使用率,产品质量优异,工序简单,过程可控,经济效益明显。

为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种利用钛屑料制备TA1钛锭的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:

步骤一、将低氧冷加工钛屑、高氧冷加工钛屑和高氧钛屑分别依次进行破碎、清洗、烘干和磁选处理;

所述低氧冷加工钛屑为将氧含量小于0.08wt%的钛铸锭冷加工车下的屑料,所述低氧冷加工钛屑中氧含量为0.10wt%~0.12wt%;所述高氧冷加工钛屑为将氧含量为0.08wt%~0.20wt%的钛铸锭冷加工车下的屑料,所述高氧冷加工钛屑中氧含量为0.24%wt~0.38wt%;所述高氧钛屑是将加热锻造或热处理后的钛坯料的氧化表面机械加工得到的屑料,所述高氧钛屑中氧含量为0.22wt%~0.32wt%;

步骤二、将步骤一中经磁选处理后的高氧冷加工钛屑和高氧钛屑中的一种与低氧冷加工钛屑混合均匀,形成混合料;所述高氧冷加工钛屑的质量不超过混合料质量的40%,所述高氧钛屑的质量不超过混合料质量的30%;

步骤三、将步骤一中经磁选处理后的低氧冷加工钛屑或者步骤二中的混合料由螺旋进料器送入电子束冷床熔炼炉中进行熔炼,得到TA1钛锭。

上述的方法,其特征在于,步骤三的熔炼过程中控制熔炼的速度为600kg/h~1000kg/h,控制电子束冷床熔炼炉熔炼区对应的1#电子枪的功率为550kW~700kW,精炼区对应的2#电子枪的功率为650kW~700kW,精炼区对应的3#电子枪的功率为350kW~450kW,凝固区对应的4#电子枪的功率为320kW~400kW;熔炼的具体过程为:

步骤301、先调节电子束冷床熔炼炉的真空度为8×10-2Pa,漏气率为9.5Pa·L/S,开启电子束冷床熔炼炉中1#电子枪、2#电子枪、3#电子枪和4#电子枪预热,然后调节1#电子枪、2#电子枪、3#电子枪的功率和扫面图形,将送至熔炼炉的低氧冷加工钛屑或混合料熔化为钛液,钛液流至凝固区的结晶器中时,调节4#电子枪的功率和扫面图形,使钛液保持液态;

步骤302、调节1#电子枪、2#电子枪、3#电子枪、4#电子枪的功率和扫面图形,使步骤301所述钛液在电子束冷床的熔炼区、精炼区和凝固区中连续流动,最终流入凝固区的结晶器中逐渐冷凝成钛锭粗品;

步骤303、调节4#电子枪的功率和扫面图形,对步骤302中所述钛锭粗品进行补缩处理,最后经冷却后出炉,得到TA1钛锭。

上述的方法,其特征在于,步骤303中所述补缩处理的时间为1.5h。

上述的方法,其特征在于,步骤303中所述冷却的时间为6h以上。

上述的方法,其特征在于,步骤303中所述TA1钛锭的尺寸为248mm×1070mm×4000mm或248mm×1580mm×4000mm。

上述的方法,其特征在于,步骤一中破碎处理后的低氧冷加工钛屑、高氧冷加工钛屑和高氧钛屑的长度均为5mm~15mm,宽度均为8mm~12mm,厚度均为2mm~4mm。

为了获得特定形状和尺寸的钛产品,钛锭需要通过锻造、挤压、轧制等热、冷加工工艺的处理。由于钛具有热导率低,易弹性变形等特点,钛锭加工的成品率比较低,加工过程中会产生大量的钛屑废料,造成巨大的浪费。

本发明按照加工来源和氧含量将钛屑分为三类:低氧冷加工钛屑为将氧含量小于0.08wt%的钛铸锭冷加工车下的屑料,加工过程中的氧化反应使该低氧冷加工钛屑中氧含量为0.10wt%~0.12wt%;高氧冷加工钛屑为将氧含量为0.08wt%~0.20wt%的钛铸锭冷加工车下的屑料,加工过程中的氧化反应使该高氧冷加工钛屑中氧含量为0.24%wt~0.38wt%;所述高氧钛屑是将加热锻造或热处理后的钛坯料的氧化表面机械加工得到的屑料,加工过程中的氧化反应使该高氧钛屑中氧含量为0.22wt%~0.32wt%;本发明选取低氧冷加工钛屑作为制备TA1钛锭的必需原料成分,将高氧冷加工钛屑和高氧钛屑作为制备TA1钛锭的可择一的非必需原料成分。

低氧冷加工钛屑、高氧冷加工钛屑和高氧钛屑分别进行破碎处理,破碎后钛屑长度为5mm~15mm,宽度为8mm~12mm,厚度为2mm~4mm。尺寸过小的钛屑制备的产品成材率低,且后续处理不方便;尺寸过大的钛屑通过螺旋进料器进料时容易堵塞进料口,使进料不连续,进料不连续导致熔炼不连续,严重时会影响生产。粉碎处理后的钛屑经清水洗涤后除去浮尘,在干燥房中烘干,最后用电磁铁除去铁磁性夹杂物,磁选处理后的钛屑按照类别存放备用。

将磁选处理后的高氧冷加工钛屑和高氧钛屑中的一种与低氧冷加工钛屑同时倒入同一个料桶内,通过调整不同料仓的下料速度,达到按比例混合的目的。GB/T3620.1-2007钛及钛合金牌号和化学成分中规定工业纯钛TA1中氧含量要不大于0.18wt%。本发明利用电子束冷床熔炼钛屑料制备TA1钛锭的过程中,钛屑中氧含量没有发生改变。当熔炼原料为低氧冷加工钛屑时,产品TA1钛锭中氧含量为0.10wt%~0.12wt%,满足GB/T3620.1-2007的规定;当熔炼原料为高氧冷加工屑和高氧钛屑中的一种与低氧冷加工钛屑的混合料时,要严格控制高氧冷加工钛屑与低氧冷加工钛屑或高氧钛屑与低氧冷加工屑的比例,否则会使产品TA1钛锭中氧含量均超过GB/T3620.1-2007的规定,导致产品质量不合格。

本发明中电子束冷床熔炼炉熔炼区对应的1#电子枪负责将钛屑熔化成钛液;精炼区对应的2#电子枪保证钛液从熔炼区流到精炼区,并提供精炼区中钛液维持液态所需的部分能量,3#电子枪负责保持精炼区钛液的流动性,4#电子枪负责提供凝固区的结晶器中钛液维持液态的能量。通过调节1#电子枪、2#电子枪、3#电子枪、4#电子枪的功率和扫描图形来控制钛屑的熔炼过程,使钛液在熔炼区、精炼区和凝固区中连续流动,最终流入凝固区的结晶器中,从下到上逐渐冷凝成钛锭粗品,利用4#电子枪对钛锭粗品进行补缩处理,最终得到TA1钛锭。

本发明与现有技术相比具有以下优点:

1、本发明利用钛屑料制备TA1钛锭,钛屑料经过简单处理后即可作为原料送入电子束冷床熔炼炉熔炼,无需添加海绵钛,大大提高了钛屑料使用量,降低原料成本。

2、本发明中的钛屑料直接进入电子束冷床熔炼炉熔炼制备TA1钛锭,无需提前压制和焊接电极,缩短了生产工序;产品TA1钛锭直接成型,无需二次处理,即可直接锻造或轧制成板材,成材率高,经济效益明显;并且整个制备过程可控,生产效率高,易实现工业化生产。

3、本发明使用电子束冷床熔炼法可有效去除钛屑料中的高低密度夹杂,保证产品的质量;经检测,产品TA1钛锭中的Fe、C、N、H、O元素含量均符合GB3620.1-2007标准中的规定。

下面通过实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

具体实施方式

实施例1

步骤一、将低氧冷加工钛屑进行破碎处理,使破碎后钛屑的长度为10mm,宽度为10mm,厚度为2mm,破碎后钛屑经清水洗涤后除去浮尘,在干燥房中烘干,最后用电磁铁除去铁磁性夹杂物;所述低氧冷加工钛屑为将氧含量小于0.08wt%的钛铸锭冷加工车下的屑料,所述低氧冷加工钛屑中氧含量为0.12wt%;

步骤二、将步骤一中经磁选处理后的低氧冷加工钛屑6500kg由螺旋进料器送入电子束冷床熔炼炉中进行熔炼,熔炼过程中控制熔炼的速度为600kg/h,控制电子束冷床熔炼炉熔炼区对应的1#电子枪的功率为550kW~700kW,精炼区对应的2#电子枪的功率为650kW~700kW,精炼区对应的3#电子枪的功率为350kW~450kW,凝固区对应的4#电子枪的功率为320kW~400kW;熔炼的具体过程为:

步骤201、先调节电子束冷床熔炼炉的真空度为8×10-2Pa,漏气率为9.5Pa·L/S,开启电子束冷床熔炼炉中1#电子枪、2#电子枪、3#电子枪和4#电子枪预热,然后调节1#电子枪、2#电子枪、3#电子枪的功率和扫面图形,将送至熔炼炉的低氧冷加工钛屑熔化为钛液,钛液流至凝固区的结晶器中时,调节4#电子枪的功率和扫面图形,使钛液保持液态;

步骤202、调节1#电子枪、2#电子枪、3#电子枪、4#电子枪的功率和扫面图形,使步骤201所述钛液在电子束冷床的熔炼区、精炼区和凝固区中连续流动,最终流入凝固区的结晶器中逐渐冷凝成钛锭粗品;

步骤203、调节4#电子枪的功率和扫面图形,对步骤202中所述钛锭粗品进行补缩处理1.5h,最后经冷却6h后出炉,得到TA1钛锭,该TA1钛锭尺寸为248mm×1070mm×4000mm。

实施例2

步骤一、将低氧冷加工钛屑和高氧钛屑分别进行破碎处理,使破碎后钛屑的长度为5mm,宽度为8mm,厚度为4mm,破碎后钛屑经清水洗涤后除去浮尘,在干燥房中烘干,最后用电磁铁除去铁磁性夹杂物;所述低氧冷加工钛屑为将氧含量小于0.08wt%的钛铸锭冷加工车下的屑料,所述低氧冷加工钛屑中氧含量为0.12wt%;所述高氧钛屑是将加热锻造后的钛坯料的氧化表面机械加工得到的屑料,所述高氧钛屑中氧含量为0.22wt%;

步骤二、将步骤一中经磁选处理后的高氧钛屑1300kg与低氧冷加工屑5200kg同时倒入同一料桶内,混合均匀,形成混合料;

步骤三、将步骤二中的混合料由螺旋进料器送入电子束冷床熔炼炉中进行熔炼,熔炼过程中控制熔炼的速度为800kg/h,控制电子束冷床熔炼炉熔炼区对应的1#电子枪的功率为550kW~700kW,精炼区对应的2#电子枪的功率为650kW~700kW,精炼区对应的3#电子枪的功率为350kW~450kW,凝固区对应的4#电子枪的功率为320kW~400kW;熔炼的具体过程为:

步骤301、先调节电子束冷床熔炼炉的真空度为8×10-2Pa,漏气率为9.5Pa·L/S,开启电子束冷床熔炼炉中1#电子枪、2#电子枪、3#电子枪和4#电子枪预热,然后调节1#电子枪、2#电子枪、3#电子枪的功率和扫面图形,将送至熔炼炉的混合料熔化为钛液,钛液流至凝固区的结晶器中时,调节4#电子枪的功率和扫面图形,使钛液保持液态;

步骤302、调节1#电子枪、2#电子枪、3#电子枪、4#电子枪的功率和扫面图形,使步骤301所述钛液在电子束冷床的熔炼区、精炼区和凝固区中连续流动,最终流入凝固区的结晶器中逐渐冷凝成钛锭粗品;

步骤303、调节4#电子枪的功率和扫面图形,对步骤302中所述钛锭粗品进行补缩处理1.5h,最后经冷却8h后出炉,得到TA1钛锭,该TA1钛锭的尺寸为248mm×1070mm×4000mm。

实施例3

步骤一、将低氧冷加工钛屑和高氧钛屑分别进行破碎处理,使破碎后钛屑的长度为8mm,宽度为10mm,厚度为3mm,破碎后钛屑经清水洗涤后除去浮尘,在干燥房中烘干,最后用电磁铁除去铁磁性夹杂物;所述低氧冷加工钛屑为将氧含量小于0.08wt%的钛铸锭冷加工车下的屑料,所述低氧冷加工钛屑中氧含量为0.11wt%;所述高氧钛屑是将热处理后的钛坯料的氧化表面机械加工得到的屑料,所述高氧钛屑中氧含量为0.28wt%;

步骤二、将步骤一中经磁选处理后的高氧屑钛1950kg与低氧冷加工钛屑4550kg同时倒入同一料桶内,混合均匀,形成混合料;

步骤三、将步骤二中的混合料由螺旋进料器送入电子束冷床熔炼炉中进行熔炼,熔炼过程中控制熔炼的速度为900kg/h,控制电子束冷床熔炼炉熔炼区对应的1#电子枪的功率为550kW~700kW,精炼区对应的2#电子枪的功率为650kW~700kW,精炼区对应的3#电子枪的功率为350kW~450kW,凝固区对应的4#电子枪的功率为320kW~400kW;熔炼的具体过程为:

步骤301、先调节电子束冷床熔炼炉的真空度为8×10-2Pa,漏气率为9.5Pa·L/S,开启电子束冷床熔炼炉中1#电子枪、2#电子枪、3#电子枪和4#电子枪预热,然后调节1#电子枪、2#电子枪、3#电子枪的功率和扫面图形,将送至熔炼炉的混合料熔化为钛液,钛液流至凝固区的结晶器中时,调节4#电子枪的功率和扫面图形,使钛液保持液态;

步骤302、调节1#电子枪、2#电子枪、3#电子枪、4#电子枪的功率和扫面图形,使步骤301所述钛液在电子束冷床的熔炼区、精炼区和凝固区中连续流动,最终流入凝固区的结晶器中逐渐冷凝成钛锭粗品;

步骤303、调节4#电子枪的功率和扫面图形,对步骤302中所述钛锭粗品进行补缩处理1.5h,最后经冷却10h后出炉,得到TA1钛锭,该TA1钛锭的尺寸为248mm×1070mm×4000mm。

实施例4

步骤一、将低氧冷加工钛屑和高氧钛屑分别进行破碎处理,使破碎后钛屑的长度为15mm,宽度为8mm,厚度为2mm,破碎后钛屑经清水洗涤后除去浮尘,在干燥房中烘干,最后用电磁铁除去铁磁性夹杂物;所述低氧冷加工钛屑为将氧含量小于0.08wt%的钛铸锭冷加工车下的屑料,所述低氧冷加工钛屑中氧含量为0.10wt%;所述高氧钛屑是将加热锻造后的钛坯料的氧化表面机械加工得到的屑料,所述高氧钛屑中氧含量为0.32wt%;

步骤二、将步骤一中经磁选处理后的高氧钛屑2250kg与低氧冷加工钛屑5250kg倒入同一配料桶内,混合均匀,形成混合料;

步骤三、将步骤二中的混合料由螺旋进料器送入电子束冷床熔炼炉中进行熔炼,熔炼过程中控制熔炼的速度为900kg/h,控制电子束冷床熔炼炉熔炼区对应的1#电子枪的功率为550kW~700kW,精炼区对应的2#电子枪的功率为650kW~700kW,精炼区对应的3#电子枪的功率为350kW~450kW,凝固区对应的4#电子枪的功率为320kW~400kW;熔炼的具体过程为:

步骤301、先调节电子束冷床熔炼炉的真空度为8×10-2Pa,漏气率为9.5Pa·L/S,开启电子束冷床熔炼炉中1#电子枪、2#电子枪、3#电子枪和4#电子枪预热,然后调节1#电子枪、2#电子枪、3#电子枪的功率和扫面图形,将送至熔炼炉的低氧冷加工钛屑或混合料熔化为钛液,钛液流至凝固区的结晶器中时,调节4#电子枪的功率和扫面图形,使钛液保持液态;

步骤302、调节1#电子枪、2#电子枪、3#电子枪、4#电子枪的功率和扫面图形,使步骤301所述钛液在电子束冷床的熔炼区、精炼区和凝固区中连续流动,最终流入凝固区的结晶器中逐渐冷凝成钛锭粗品;

步骤303、调节4#电子枪的功率和扫面图形,对步骤302中所述钛锭粗品进行补缩处理1.5h,最后经冷却12h后出炉,得到TA1钛锭,该TA1钛锭的尺寸为248mm×1580mm×4000mm。

实施例5

步骤一、将低氧冷加工钛屑和高氧冷加工钛屑分别进行破碎处理,使破碎后钛屑的长度为15mm,宽度为8mm,厚度为2mm,破碎后钛屑经清水洗涤后除去浮尘,在干燥房中烘干,最后用电磁铁除去铁磁性夹杂物;所述低氧冷加工钛屑为将氧含量小于0.08wt%的钛铸锭冷加工车下的屑料,所述低氧冷加工钛屑中氧含量为0.11wt%;所述高氧冷加工钛屑为将氧含量为0.08wt%~0.20wt%的钛铸锭冷加工车下的屑料,所述高氧冷加工钛屑中氧含量为0.28wt%;

步骤二、将步骤一中经磁选处理后的高氧冷加工钛屑1300kg与低氧冷加工钛屑5200kg同时倒入同一料桶内,混合均匀,形成混合料;

步骤三、将步骤二中的混合料由螺旋进料器送入电子束冷床熔炼炉中进行熔炼,熔炼过程中控制熔炼的速度为800kg/h,控制电子束冷床熔炼炉熔炼区对应的1#电子枪的功率为550kW~700kW,精炼区对应的2#电子枪的功率为650kW~700kW,精炼区对应的3#电子枪的功率为350kW~450kW,凝固区对应的4#电子枪的功率为320kW~400kW;熔炼的具体过程为:

步骤301、先调节电子束冷床熔炼炉的真空度为8×10-2Pa,漏气率为9.5Pa·L/S,开启电子束冷床熔炼炉中1#电子枪、2#电子枪、3#电子枪和4#电子枪预热,然后调节1#电子枪、2#电子枪、3#电子枪的功率和扫面图形,将送至熔炼炉的混合料熔化为钛液,钛液流至凝固区的结晶器中时,调节4#电子枪的功率和扫面图形,使钛液保持液态;

步骤302、调节1#电子枪、2#电子枪、3#电子枪、4#电子枪的功率和扫面图形,使步骤301所述钛液在电子束冷床的熔炼区、精炼区和凝固区中连续流动,最终流入凝固区的结晶器中逐渐冷凝成钛锭粗品;

步骤303、调节4#电子枪的功率和扫面图形,对步骤302中所述钛锭粗品进行补缩处理1.5h,最后经冷却10h后出炉,得到TA1钛锭,该TA1钛锭的尺寸为248mm×1070mm×4000mm

实施例6

步骤一、将低氧冷加工钛屑和高氧冷加工钛屑分别进行破碎处理,使破碎后钛屑的长度为15mm,宽度为8mm,厚度为2mm,破碎后钛屑经清水洗涤后除去浮尘,在干燥房中烘干,最后用电磁铁除去铁磁性夹杂物;所述低氧冷加工钛屑为将氧含量小于0.08wt%的钛铸锭冷加工车下的屑料,所述低氧冷加工钛屑中氧含量为0.12wt%;所述高氧冷加工钛屑为将氧含量为0.08wt%~0.20wt%的钛铸锭冷加工车下的屑料,所述高氧冷加工钛屑中氧含量为0.24wt%;;

步骤二、将步骤一中经磁选处理后的高氧冷加工钛屑2600kg与低氧冷加工钛屑3900kg同时倒入同一料桶内,混合均匀,形成混合料;

步骤三、将步骤二中的混合料由螺旋进料器送入电子束冷床熔炼炉中进行熔炼,熔炼过程中控制熔炼的速度为1000kg/h,控制电子束冷床熔炼炉熔炼区对应的1#电子枪的功率为550kW~700kW,精炼区对应的2#电子枪的功率为650kW~700kW,精炼区对应的3#电子枪的功率为350kW~450kW,凝固区对应的4#电子枪的功率为320kW~400kW;熔炼的具体过程为:

步骤301、先调节电子束冷床熔炼炉的真空度为8×10-2Pa,漏气率为9.5Pa·L/S,开启电子束冷床熔炼炉中1#电子枪、2#电子枪、3#电子枪和4#电子枪预热,然后调节1#电子枪、2#电子枪、3#电子枪的功率和扫面图形,将送至熔炼炉的混合料熔化为钛液,钛液流至凝固区的结晶器中时,调节4#电子枪的功率和扫面图形,使钛液保持液态;

步骤302、调节1#电子枪、2#电子枪、3#电子枪、4#电子枪的功率和扫面图形,使步骤301所述钛液在电子束冷床的熔炼区、精炼区和凝固区中连续流动,最终流入凝固区的结晶器中逐渐冷凝成钛锭粗品;

步骤303、调节4#电子枪的功率和扫面图形,对步骤302中所述钛锭粗品进行补缩处理1.5h,最后经冷却15h后出炉,得到TA1钛锭,该TA1钛锭的尺寸为248mm×1070mm×4000mm。

实施例7

步骤一、将低氧冷加工钛屑和高氧冷加工钛屑分别进行破碎处理,使破碎后钛屑的长度为15mm,宽度为8mm,厚度为2mm,破碎后钛屑经清水洗涤后除去浮尘,在干燥房中烘干,最后用电磁铁除去铁磁性夹杂物;所述低氧冷加工钛屑为将氧含量小于0.08wt%的钛铸锭冷加工车下的屑料,所述低氧冷加工钛屑中氧含量为0.10wt%;所述高氧冷加工钛屑为将氧含量为0.08wt%~0.20wt%的钛铸锭冷加工车下的屑料,所述高氧冷加工钛屑中氧含量为0.38wt%;

步骤二、将步骤一中经磁选处理后的高氧冷加工钛屑1625kg与低氧冷加工钛屑4875kg同时倒入同一料桶内,混合均匀,形成混合料;

步骤三、将步骤二中的混合料由螺旋进料器送入电子束冷床熔炼炉中进行熔炼,熔炼过程中控制熔炼的速度为800kg/h,控制电子束冷床熔炼炉熔炼区对应的1#电子枪的功率为550kW~700kW,精炼区对应的2#电子枪的功率为650kW~700kW,精炼区对应的3#电子枪的功率为350kW~450kW,凝固区对应的4#电子枪的功率为320kW~400kW;熔炼的具体过程为:

步骤301、先调节电子束冷床熔炼炉的真空度为8×10-2Pa,漏气率为9.5Pa·L/S,开启电子束冷床熔炼炉中1#电子枪、2#电子枪、3#电子枪和4#电子枪预热,然后调节1#电子枪、2#电子枪、3#电子枪的功率和扫面图形,将送至熔炼炉的混合料熔化为钛液,钛液流至凝固区的结晶器中时,调节4#电子枪的功率和扫面图形,使钛液保持液态;

步骤302、调节1#电子枪、2#电子枪、3#电子枪、4#电子枪的功率和扫面图形,使步骤301所述钛液在电子束冷床的熔炼区、精炼区和凝固区中连续流动,最终流入凝固区的结晶器中逐渐冷凝成钛锭粗品;

步骤303、调节4#电子枪的功率和扫面图形,对步骤302中所述钛锭粗品进行补缩处理1.5h,最后经冷却10h后出炉,得到TA1钛锭,该TA1钛锭的尺寸为248mm×1580mm×4000mm。

实施例1至实施例7制备的TA1钛锭皆为扁长型钛锭。按照GB/T26060-2010钛及钛合金铸锭中规定的取样方法,沿着钛锭长度方向,在实施例1至实施例7制备的TA1钛锭的头部、中部、尾部分别取样进行化学成分检测。TA1钛锭中Fe、C含量采用ICP发射光谱仪测定,N、H、O采用LECO氧氮测定仪进行测定,所测得的实验数据如表1。

表1实施例1~7制备的TA1钛锭头、中、尾三点的化学成分测定数据

GB/T3620.1-2007钛及钛合金牌号和化学成分中规定工业纯钛TA1各成分的质量百分含量为:Fe≤0.2%,C≤0.08,N≤0.03,H≤0.015,O≤0.18。将表1与GB/T3620.1-2007标准中的数据进行对比,可以看出采用本发明的方法制备的TA1钛锭中Fe、C、N、H、O元素含量均符合GB/T3620.1-2007标准中对工业纯钛TA1的规定,为质量合格的TA1钛产品。

本发明的制备方法为电子束冷床熔炼法(Electron Beam Cold Hearth Melting,EB),利用钛屑料制备TA1钛锭,大大提高了钛屑料的使用量,与传统的利用钛屑制备TA1钛锭的真空自耗电弧熔炼法(Vacuum Arc Remelting,VAR)相比,具有明显的成本优势。本发明的制备方法与传统的VAR法利用钛屑制备TA1钛锭过程中的各项费用具体数据如表2。

表2本发明的制备方法与VAR法制备TA1钛锭过程中的各项费用

本发明制备TA1钛锭的原料选用成本低廉的钛屑,而传统的VAR法制备TA1钛锭的原料中需要价格较贵的海绵钛,并且添加量达80%以上,因此,通过对表2中的数据进行对比,可以得知:仅原料成本一项,本发明的制备方法较VAR法降低26400元/吨;本发明制备的TA1钛锭无需机加、锻造等二次处理,节省了后处理成本;本发明制备TA1钛锭的总费用较VAR法制备TA1钛锭的总费用低,而且利用本发明制备TA1钛锭进行加工得到的光板,其成材率较VAR法制备TA1钛锭的光板成材率高,毛利润增加26030元/吨,经济效益明显,可推动行业发展。

以上所述,仅是本发明的较佳配料范围实施例,并非对本发明做任何限制,凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化,均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

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