CN102816942B - 一种生产高氮海绵钛的工艺及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生产高氮海绵钛的工艺及其装置。工艺包括维持储料罐内正压状态,氮气由储料罐底部加入,通过液位计计量四氯化钛的加入量,在储料罐中将氮气充分溶解于四氯化钛;根据海绵钛氮含量的要求,计算储料罐中四氯化钛和纯四氯化钛的混合比例,储料罐中四氯化钛加入高位槽后,通过搅拌器混合;通过加料管将四氯化钛加入反应器,反应器中的镁将四氯化钛还原得到海绵钛,反应器的压力保持在0.02~0.05MPa之间,反应器内熔体温度控制在720~840℃之间,高位槽压力低于0.03MPa时补充氩气维持高位槽压力。装置包括高位槽液位计、充氩管、充氮管、储料罐压力表、储料罐注料管、储料罐液位计、高位槽注料管、连接管、搅拌器、高位槽压力表、加料管、高位槽和储料罐。
Description
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氮海绵钛的工艺及其装置。
背景技术
氮能够提高钛合金的室温强度,且氮对钛合金的强化效应最高,同时氮能够促进亚稳定β相的分解,使“C”型曲线向右推移,同时氮能够提高相变温度,提高钛开始再结晶温度。海绵钛的氮含量低于0.005%,不能达到合金强化的目的,一部分高强钛合金、铸造钛合金需要添加氮来增加强度,但国内却没有合适工艺方法向钛合金中添加氮元素。通过添加钛粉导致钛合金成本增加,还会引入其他间隙相杂质。通过添加残料或者钛粉难以控制,成分不均匀导致材料性能不均匀,氮化钛熔点较高,局部原料不能充分熔化,造成合金缺陷。现阶段工业采用方法普遍存在添加不均匀,钛锭的成分偏析,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,这些区域会引起应力集中, 造成危害。为消除上述缺陷,必须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,同时也增加了加工成本。
发明内容
本发明目的是解决上述技术存在的问题,通过直接在海绵钛生成过程中添加氮,提供一种生产高氮海绵钛的工艺及其装置。
本发明通过控制四氯化钛的氮含量,以达到稳定控制海绵钛中氮含量的目的。根据钛合金对氮含量的要求,生产含氮量符合要求的海绵钛,不需要在海绵钛熔炼过程中添加残料或钛粉,避免了常规方法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,解决了国内钛合金无法准确添加氮元素的技术难题。
本发明可以将海绵钛氮含量稳定控制在0.008~0.03%之间,根据使用需求氮含量通常控制在0.01~0.02%之间,其它主要杂质的控制范围为C:0.01~0.03%,Fe:0.01~0.03%,Cl:0.035~0.05%,O:0.05~0.065%。
为实现本发明的目的,采取如下技术方案:
一种生产高氮海绵钛的工艺,包括以下步骤:
(一)维持储料罐内正压状态,氮气由储料罐底部加入,通过液位计计量四氯化钛的加入量,在储料罐中将氮气充分溶解于四氯化钛;
(二)根据海绵钛氮含量的要求,计算储料罐中四氯化钛和纯四氯化钛的混合比例,储料罐中四氯化钛加入高位槽后,通过搅拌器混合;
(三)通过加料管将四氯化钛加入反应器,反应器中的镁将四氯化钛还原得到海绵钛,反应器的压力保持在0.02~0.05MPa之间,反应器内熔体温度控制在720~840℃之间,高位槽压力低于0.03MPa时补充氩气维持高位槽压力。
一种生产高氮海绵钛工艺的装置,该装置包括高位槽液位计1、充氩管2、充氮管3、储料罐压力表4、储料罐注料管5、储料罐液位计6、高位槽注料管8、连接管7、搅拌器9、高位槽压力表10、加料管11、高位槽12和储料罐13。
四氯化钛储存在高位槽12内,槽体上部是储料罐13,通过连接管7相互连接。
所述储料罐13底部有充氮管3,通过该管通入高纯氮气,储料罐13上部有储料罐注料管5和储料罐压力表4,侧面有储料罐液位计6。
氮气从储料罐13底部加入,通过储料罐液位计6计量四氯化钛的加入量。
本发明具有如下有益效果:
1 、本发明通过控制四氯化钛中的氮含量,最终获得客户需要的高氮海绵钛,该工艺方法控制能够准确控制到客户需要的氮含量范围,很好的满足了客户需求;
2、本发明获得的海绵钛中的氮均匀分布,熔炼钛合金过程中,无需添加钛粉或残钛料等来增加钛合金中的氮含量,钛合金中的氮能够均匀分布;
3、本发明所涉及的技术装备简单,容易制作安装,工艺方法容易操作实施,能够实现稳定、批量生产;
4、本发明开发的海绵钛产品有较好的市场前景,能够很好的满足高端客户的对海绵钛的特殊需求,特别适合航空航天用高强钛合金和铸造钛合金。
本申请中的百分比例为重量百分比例。
附图说明
1为高位槽液位计,2为充氩管,3为充氮管,4为储料罐压力表,5为储料罐注料管,6为储料罐液位计,7为连接管,8为高位槽注料管,9为搅拌器,10为高位槽压力表,11为加料管,12为高位槽,13为储料罐。
具体实施方式
实施例1 :以五吨还原炉为例,储料罐中加入5吨四氯化钛,通入氮气,保证储料罐压力0.03~0.1MPa,向高位槽注入15吨四氯化钛,将储料罐的四氯化钛加入高位槽,用搅拌器充分混合。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0.02~0.05MPa之间,反应器内熔体温度控制720~840℃之间,高位槽压力低于0.03MPa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:N:0.009~0.01%,C:0.01~0.15%,Fe:0.01~0.03%,Cl:0.035~0.05%,O:0.05~0.06%。
实施例2:以五吨还原炉为例,储料罐中加入7吨四氯化钛,通入氮气,保证储料罐压力0.03~0.1MPa,向高位槽注入13吨四氯化钛,将储料罐的四氯化钛加入高位槽,用搅拌器充分混合。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0.02~0.05MPa之间,反应器内熔体温度控制720~840℃之间,高位槽压力低于0.03MPa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:N:0.012~0.013%,C:0.01~0.15%,Fe:0.01~0.03%,Cl:0.035~0.05%,O:0.05~0.06%。
实施例3:以五吨还原炉为例,储料罐中加入11吨四氯化钛,通入氮气,保证储料罐压力0.03~0.1MPa,向高位槽注入10吨四氯化钛,再将储料罐的四氯化钛加入高位槽,用搅拌器充分混合。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0.02~0.05MPa之间,反应器内熔体温度控制720~840℃之间,高位槽压力低于0.03MPa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:N:0.016~0.018%,C:0.01~0.15%,Fe:0.01~0.03%,Cl:0.035~0.05%,O:0.05~0.06%。
Claims (5)
1.一种生产高氮海绵钛的工艺,其特征在于包括以下步骤:
(一)维持储料罐内正压状态,氮气由储料罐底部加入,通过液位计计量四氯化钛的加入量,在储料罐中将氮气充分溶解于四氯化钛;
(二)根据海绵钛氮含量的要求,计算储料罐中四氯化钛和高位槽四氯化钛的混合比例,储料罐中四氯化钛加入高位槽后,通过搅拌器混合;
(三)通过加料管将高位槽内的四氯化钛加入反应器,反应器中的镁将四氯化钛还原得到海绵钛,反应器的压力保持在0.02~0.05MPa之间,反应器内熔体温度控制在720~840℃之间,高位槽压力低于0.03MPa时补充氩气维持高位槽压力。
2.一种基于权利要求1所述的生产高氮海绵钛工艺的装置,其特征在于:该装置包括高位槽液位计(1)、充氩管(2)、充氮管(3)、储料罐压力表(4)、储料罐注料管(5)、储料罐液位计(6)、连接管(7)、高位槽注料管(8)、搅拌器(9)、高位槽压力表(10)、加料管(11)、高位槽(12)和储料罐(13)。
3.根据权利要求2所述的装置,其特征在于:四氯化钛储存在高位槽(12)内,槽体上部是储料罐(13),通过连接管(7)相互连接。
4.根据权利要求2所述的装置,其特征在于:所述储料罐(13)底部有充氮管(3),通过该管通入高纯氮气,储料罐(13)上部有储料罐注料管(5)和储料罐压力表(4),侧面有储料罐液位计(6)。
5.根据权利要求2所述的装置,其特征在于:氮气从储料罐(13)底部加入,通过储料罐液位计(6)计量四氯化钛的加入量。
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