一种电子束冷床炉回收重熔TC4废料的工艺的制作方法

本发明涉及一种TC4废料和铸锭加工锯切TC4头尾料的回收重熔处理工艺，属于钛合金铸锭制备技术领域。

背景技术：

再生资源回收以物资不断循环利用的经济发展模式，目前正成为全球潮流，走可持续发展道路的再生资源回收行业成为国家重点扶持对象。钛合金废料作为一种再生资源，对他的综合利用比开发原生矿要节约大量能源。TC4合金占到钛合金总量的50%，占到全部钛合金加工件的95%。用途极其广泛，TC4废料的回收重熔意义也非同寻常。

传统的真空自耗电弧熔炼工艺的固有缺陷，杂质只能通过一个有底的结晶器的侧壁和自耗炉电极之间的狭窄圆形缺口排出，这个缺口宽度通常不会超过30~50mm，这样生产的钛合金铸锭存在低密度夹杂等冶金缺陷，宏观偏析也比较严重。另一方面，真空自耗炉熔炼需要提前焊接电极，对物料的形状尺寸要求较高，TC4废料及锭头锭尾料形状极不规则，真空自耗电弧熔炼回收残料的能力极低。

电子束冷床炉熔炼技术最大的特点是将熔化区、精炼区和结晶区进行了分离。除能比较好地消除高密度和低密度夹杂，获得细晶均质铸锭外，还可以大幅度降低钛合金材的生产成本，并且电子束冷床炉具有较强的残料回收能力，用电子束冷床炉回收重熔TC4废料具有强大的技术优势。但由于TC4废料中的主要合金元素Al远大于基体元素，若直接重熔，Al元素必然大面积挥发损失导致最终的TC4铸锭化学成分无法达标。以至于，电子束冷床炉回收重熔TC4废料的技术尚未见诸报道。

技术实现要素：

本发明主要目的是为了解决现有技术中回收重熔TC4废料存在的上述问题，提供了一种能够降低生产成本、能够一次熔炼成合格铸锭的电子束冷床炉回收重熔TC4废料的工艺。

本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：

一种电子束冷床炉回收重熔TC4废料的工艺，包括如下流程：备料→Al板的裁剪→摆料→烘干→入炉熔炼。其工艺步骤包括：⑴确定TC4回收料的的化学成分，并按要求称取2540kg物料，其中TC4废料98%～99%，Al板1%～2%；⑵限定物料的长度和宽度，按要求对Al板进行裁剪；⑶采用TC4废料与Al板叠加的方式进行摆料，并将摆放好的物料进行烘干；⑷将烘干后的物料送入电子束冷床炉进行熔炼，一次熔炼得到TC4钛合金铸锭。

进一步的，步骤1中所述的TC4废料化学成分符合国标GB/T3620.1－2007：其具体成分含量为：Al的含量为5.5%～6.75%，V的含量为3.5%～4.5%，O的含量为≤0.20%，Fe的含量为≤0.30%，O的含量为≤0.05%，C的含量为≤0.08%，H的含量为≤0.015%；

所述Al板的纯度大于99.7%，厚度为1.5mm。

进一步的，步骤2中对Al板进行裁剪，包括如下步骤：

步骤21：根据估算的TC4废料堆积密度，结算料箱的高度确定物料的摆放长度，即确定好Al板的长度；

步骤22：按步骤21中Al板长度，再结合其总重量和厚度，计算Al板的总宽度，再根据料箱的宽度，确定Al板的块数和规格；

步骤23：按步骤22中Al板块数和规格要求，对Al板进行裁剪。

进一步的，所述步骤3中采用TC4废料与Al板叠加的方式进行摆料并烘干，包括如下步骤：

步骤31:将称重好的TC4废料和裁剪好的Al板，以叠加的方式，进行摆放，摆放时，保证TC4废料堆积致密均匀，其与Al板的接触面应平整。

步骤32：将摆放好的物料进行烘干，烘干时长2～4h，温度115～125℃。

进一步的，所述步骤4电子束冷床炉炉熔炼，包括如下步骤：

步骤41：将装好的物料，利用天车吊入两侧进料室，封闭好炉膛，抽取真空；

步骤42：检查电子束冷床炉的设备状况（水、电、气），待一切正常（特别是真空度和漏气率），启动熔化区和精炼区电子枪，进行烘炉；

步骤43：炉内真空稳定，且高于1.0×10-2 Torr，提高熔化区和精炼区电子枪功率，同时启动结晶区电子枪，并调节其功率，进行制底工作；

步骤44：完成电子枪启动工作后开始进料，正常熔炼时，提高熔化区、精炼区和结晶区电流，保证物料正常熔化、合金液顺利流入结晶器，冷床结晶器内无冷区，熔炼完成后，第一时间关闭所以电子枪。

本发明的有益技术效果：

1、本发明提供的一种电子束冷床炉回收重熔TC4废料的工艺，设计合理、制备工艺步骤简单且操作方便，且使用效果好。

2、本发明提供的一种电子束冷床炉回收重熔TC4废料的工艺，解决了现有技术中真空自耗炉对形态复杂的TC4废料无法焊制电极及熔铸过程中除杂不彻底的问题。

3、本发明提供的一种电子束冷床炉回收重熔TC4废料的工艺，第一次提出了电子束冷床炉回收重熔TC4废料的完整工艺，并且已经投入生产，能一次熔炼得到高洁净度、高表面质量、化学成分符合国标的TC4合金铸锭。解决了现有技术中利用电子束冷床炉回收重熔TC废料铝元素挥发率无法控制的问题。

4、本发明提供的一种电子束冷床炉回收重熔TC4废料的工艺，利用本专利，不仅可以回收重熔TC4废料，还可以对TC4合金铸锭后续加工锯切下来的锭头、锭尾以及成分不合格的TC4铸锭进行二次重熔加工，其实际意义十分重大，产生的经济效益非常明显。

附图说明：

图1为本发明电子束冷床炉炉内真空度与各区域电子枪电流加总拟合的曲线；

图2为本发明料块熔化区域电子枪电流占各枪电流加总比例图；

图3为本发明左右两侧进料速度的拟合曲线图；

图4为本发明平均拉锭速度和熔炼速度曲线图。

具体实施方式

一种电子束冷床炉回收重熔TC4废料的工艺，包括如下流程：备料→Al板的裁剪→摆料→烘干→入炉熔炼。其工艺步骤包括：⑴确定TC4回收料的的化学成分，并按要求称取2540kg物料，其中TC4废料98%～99%，Al板1%～2%；⑵限定物料的长度和宽度，按要求对Al板进行裁剪；⑶采用TC4废料与Al板叠加的方式进行摆料，并将摆放好的物料进行烘干；⑷将烘干后的物料送入电子束冷床炉进行熔炼，一次熔炼得到TC4钛合金铸锭。

进一步的，步骤1中所述的TC4废料化学成分符合国标GB/T3620.1－2007：其具体成分含量为：Al的含量为5.5%～6.75%，V的含量为3.5%～4.5%，O的含量为≤0.20%，Fe的含量为≤0.30%，O的含量为≤0.05%，C的含量为≤0.08%，H的含量为≤0.015%；

所述Al板的纯度大于99.7%，厚度为1.5mm。

进一步的，步骤2中对Al板进行裁剪，包括如下步骤：

步骤21：根据估算的TC4废料堆积密度，结算料箱的高度确定物料的摆放长度，即确定好Al板的长度；

步骤22：按步骤21中Al板长度，再结合其总重量和厚度，计算Al板的总宽度，再根据料箱的宽度，确定Al板的块数和规格；

步骤23：按步骤22中Al板块数和规格要求，对Al板进行裁剪。

进一步的，所述步骤3中采用TC4废料与Al板叠加的方式进行摆料并烘干，包括如下步骤：

步骤31:将称重好的TC4废料和裁剪好的Al板，以叠加的方式，进行摆放，摆放时，保证TC4废料堆积致密均匀，其与Al板的接触面应平整。

步骤32：将摆放好的物料进行烘干，烘干时长2～4h，温度115～125℃。

进一步的，所述步骤4电子束冷床炉炉熔炼，包括如下步骤：

步骤41：将装好的物料，利用天车吊入两侧进料室，封闭好炉膛，抽取真空；

步骤42：检查电子束冷床炉的设备状况（水、电、气），待一切正常（特别是真空度和漏气率），启动熔化区和精炼区电子枪，进行烘炉；

步骤43：炉内真空稳定，且高于1.0×10-2 Torr，提高熔化区和精炼区电子枪功率，同时启动结晶区电子枪，并调节其功率，进行制底工作；

步骤44：完成电子枪启动工作后开始推料，正常熔炼时，提高熔化区、精炼区及结晶区电流，保证物料正常熔化、合金液顺利流入结晶器，冷床结晶器内无冷区，熔炼完成后，第一时间关闭所有电子枪。

综上所述，本实例提供了一种电子束冷床炉回收重熔TC4废料的方法，现有技术中真空自耗炉对形态复杂的TC4废料无法焊制电极及除杂不彻底的问题。已及现有技术中电子束冷床炉回收重熔TC4废料铝元素挥发率无法控制，得到的TC4合金铸锭成分不合格的问题。而且可以对TC4合金铸锭锭头、锭尾以及成分不合格的TC4铸锭进行重熔得到高质量、高洁净度、成分合格的TC4合金铸锭。TC4钛合金废料作为一种再生资源，对他的综合利用比开发原生矿要节约大量能源。同时，大大降低了生产成本。

以上所述，仅为本发明优选的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。