CN103773979B

CN103773979B - 一种再生利用钛屑或钛边角料制备铝钛中间合金的方法

Info

Publication number: CN103773979B
Application number: CN201410076486.7A
Authority: CN
Inventors: 胡茂良; 王春雷; 吉泽升; 许红雨; 董浩
Original assignee: Harbin University of Science and Technology
Current assignee: Harbin University of Science and Technology
Priority date: 2014-03-04
Filing date: 2014-03-04
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2034-03-04
Also published as: CN103773979A

Abstract

一种再生利用钛屑或钛边角料制备铝钛中间合金的方法，本发明涉及一种制备铝钛中间合金的方法，它为了解决现有钛制品在生产加工过程中产生的钛屑或钛边角料再生利用率低的问题。制备方法：一、钛屑或钛边角料在破碎机上粉碎，除油烘干后用铝箔包装成袋，得到袋装钛块；二、在熔炼炉中熔化纯铝，得到铝液；三、升高铝液温度，采用钟罩压入式加入部分袋装钛块，搅拌一段时间后加入剩余的袋装钛块，继续搅拌得到熔融铝液；四、利用旋转除气机除气，扒渣浇铸成锭得到铝钛中间合金。本发明将钛制品加工工程中产生的废弃钛屑及钛边角料重新利用，使钛元素的回收利用率达到（85～90）%。

Description

一种再生利用钛屑或钛边角料制备铝钛中间合金的方法

技术领域

本发明涉及一种制备铝钛中间合金的方法，具体涉及一种利用钛屑或钛边角料制备铝钛中间合金的方法。

背景技术

随着钛金属日益广泛的应用，钛制品在生产加工过程中产生的钛屑和钛边角料日益增多。数据显示，在钛材和钛制件的生产过程中产生的废钛约占熔炼金属料重的60％～70％，其中产生的废钛屑达到1/3。常用的回收方式采用炉前回收，把符合直接重熔要求的钛屑、钛边角料及次品铸件进行破碎，除油及混料后放回电弧熔炼炉、电解精炼炉或感应熔化炉等重熔，可以再生利用符合重熔要求的钛屑或钛边角料。因为钛熔点高于1600℃，且钛在高温下化合能力极强，可以与氧、碳、氮以及其他许多元素化合，钛屑或钛边角料重熔过程要求的设备、工艺及成本一直很高。

针对重熔技术中存在的缺点和问题加以改进和创新，提出了采用钛屑或钛边角料去制备二次产品工艺。目前再生利用钛屑的生产工艺有，用钛屑制取TiC粉末，通常碳化的温度在1800℃以上，为了达到钛屑完全碳化，需要更长的静置时间和更高的温度，但廉价的钛屑生产TiC粉末可以大大降低其成本，并且有效地处理钛及其合金残料。另外一种采用钛屑废料和含硼矿物制取TiB₂粉末，此方法合成温度可以降到1200-1300℃，能够使TiB₂的生产成本降低二分之一到三分之二之间，但是因为反应不完全，存在TiC和TiO₂相，影响了产品质量。此外，还有利用金属热法重熔废钛屑生产钛铁，与用铝热法比较，每生产一吨钛铁可节约铝0.33吨，但其缺点是反应产物中，钛主要是以低价氧化钛存在炉渣中，钛元素回收利用率不足45％。

发明内容

本发明目的是为了解决现有钛制品在生产加工过程中产生的钛屑或钛边角料再生利用率低的问题，而提供一种再生利用钛屑或钛边角料制备铝钛中间合金的方法。

本发明再生利用钛屑或钛边角料制备铝钛中间合金的方法按下列步骤实现：

一、将生产加工中产生的钛屑或钛边角料在破碎机上进行粉碎，粉碎得到的钛块除油后烘干，然后把烘干的钛块用铝箔包装成袋，得到袋装钛块；

二、在熔炼炉中将纯铝熔化后在表面均匀撒上预热处理后的覆盖剂，得到铝液；

三、将铝液升温至850～880℃，采用钟罩压入式按照所要制备的铝钛中间合金中铝与钛的质量比加入所需袋装钛块的1/2，搅拌15～20分钟后保温4～5分钟，再加入剩余的袋装钛块，继续搅拌25～30分钟，在搅拌的过程中在铝液表面均匀撒上预热处理后的覆盖剂，得到熔融铝液；

四、在熔融铝液温度为740～760℃的条件下，利用旋转除气机使用N₂与Cl₂的混合气体进行除气处理，利用测氢仪测量氢含量，当氢含量达到0.2ml/100gAl以下时，停止除气并撇渣，然后在熔融铝液温度为720～740℃时，进行扒渣浇铸成锭得到铝钛中间合金。

本发明再生利用钛屑或钛边角料制备铝钛中间合金的方法的优点在于将钛制品加工工程中产生的废弃钛屑及钛边角料重新利用，同时制造出一种价格相对较低而且质量合格的铝钛中间合金，钛元素回收利用率可达到(85～90)％。

本发明与利用钛屑及钛边角料制取TiC及TiB₂粉末工艺相比，生产工艺简单，生产成本显著降低。与利用金属热法重熔废钛屑生产钛铁工艺相比，钛元素回收利用率大幅提高。与铝热法生产铝钛中间合金相比，用海绵钛(或TiO₂和冰晶石)为原料，铝液过热到1100～1200℃才能加入，本发明降低了熔炼温度，减少了熔炼时的金属氧化，节约了制备铝钛中间合金的成本和能源消耗，同时原料采用废钛屑及钛边角料，大幅降低铝钛中间合金的生产成本。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式再生利用钛屑或钛边角料制备铝钛中间合金的方法按下列步骤实施：

三、将铝液升温至850～880℃，采用钟罩压入式按照所要制备的铝钛中间合金中铝与钛质量比加入所需袋装钛块的1/2，搅拌15～20分钟后保温4～5分钟，再加入剩余的袋装钛块，继续搅拌25～30分钟，在搅拌的过程中在铝液表面均匀撒上预热处理后的覆盖剂，得到熔融铝液；

本实施方式步骤四所述的利用测氢仪测量氢含量，当氢含量达到0.2ml/100gAl以下时，停止除气并撇渣，其中0.2ml/100gAl的概念是每100g铝液中含氢量0.2ml。步骤一所述的钛屑除油是将钛屑浸渍到有机溶剂里；步骤二所述的预热处理后的覆盖剂，其中预热处理是指在120-180℃温度下干燥至覆盖剂中H₂O的质量含量在0.5％以下。

本实施方式制备铝钛中间合金的方法是先将生产加工中产生的钛屑或钛边角料在原料破碎机上进行粉碎，除油后进行烘干，或者也可以先将钛屑或钛边角料除油处理，在破碎机上进行粉碎后烘干，然后对经烘干处理后的钛块用铝箔机械包装成袋或者手工包装成袋，分次加入熔融铝液中，经过搅拌、除气及除杂处理后浇铸成铸锭，完成铝钛中间合金的制备。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中粉碎得到的钛块的尺寸小于5mm。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤一所用的铝箔选用0.025～0.05mm的中厚箔或0.05～0.2mm的厚箔。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至之三之一不同的是步骤一每袋袋装钛块的质量为0.25～1kg。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤三搅拌的速度为10～40cm/s。其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤二和步骤三中所述的覆盖剂按重量百分比由45％～48％的KCl，40％～43％的NaCl，5.7％～6.6％的Na₃AlF₆，4.2％～4.4％的CaF₂，Na₂SiF₆≤0.5％，MgCl₂≤0.5％和BaCl₂≤0.5％组成。其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤四所述的N₂与Cl₂的混合气体是按质量百分比由80％的N₂和20％的Cl₂混合组成。其它步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。

实施例一：本实施例再生利用钛屑或钛边角料制备铝钛中间合金AlTi₄的方法按下列步骤实现：

一、将生产加工中产生的钛屑或钛边角料在破碎机上进行粉碎，粉碎得到的钛块除油后烘干，然后再把0.5kg烘干的钛块用0.05mm铝箔机械包装成袋，得到每袋0.5kg的袋装钛块；

二、在熔炼炉中将100kg纯铝熔化后在表面均匀撒上预热处理后的覆盖剂，得到铝液；

三、将铝液升温至870℃，采用钟罩压入式加入所需袋装钛块的1/2，即2.5kg袋装钛块，搅拌20分钟后保温5分钟，再加入剩余的2.5kg袋装钛块，继续搅拌30分钟，在搅拌的过程中在铝液表面均匀撒上预热处理后的覆盖剂，得到熔融铝液；

四、在熔融铝液温度为760℃的条件下，利用旋转除气机使用N₂与Cl₂的混合气体进行除气处理，利用测氢仪测量氢含量，当氢含量达到0.2ml/100gAl以下时，停止除气并撇渣，然后在熔融铝液温度为730℃时，进行扒渣浇铸成锭得到铝钛中间合金。

本实施例步骤一粉碎得到的钛块最大尺寸≦5mm。

本实施例所述的覆盖剂按重量百分比由46％的KCl，42.5％的NaCl，6.2％的Na₃AlF₆，4.3％的CaF₂，0.3％的Na₂SiF₆，0.3％的MgCl₂和0.4％的BaCl₂混合制成。

按照实施例一铝钛中间合金AlTi₄的制备方法得到的两组实验数据见表1；

表1

实施例二：本实施例再生利用钛屑或钛边角料制备铝钛中间合金AlTi₅的方法按下列步骤实现：

一、将生产加工中产生的钛屑或钛边角料在破碎机上进行粉碎，粉碎得到的钛块除油后烘干，然后再把0.25kg烘干的钛块用0.05mm铝箔机械包装成袋，得到每袋0.25kg的袋装钛块；

三、将铝液升温至870℃，采用钟罩压入式加入所需袋装钛块的1/2，即3kg袋装钛块，搅拌20分钟后保温5分钟，再加入剩余的3kg袋装钛块，继续搅拌30分钟，在搅拌的过程中在铝液表面均匀撒上预热处理后的覆盖剂，得到熔融铝液；

四、在熔融铝液温度为750℃的条件下，利用旋转除气机使用N₂与Cl₂的混合气体进行除气处理，利用测氢仪测量氢含量，当氢含量达到0.2ml/100gAl以下时，停止除气并撇渣，然后在熔融铝液温度为720℃时，进行扒渣浇铸成锭得到铝钛中间合金。

本实施例步骤一粉碎得到的钛块最大尺寸≦5mm。

本实施例所述的覆盖剂按重量百分比由47.6％的KCl，40.5％的NaCl，6.5％的Na₃AlF₆，4.4％的CaF₂，0.4％的Na₂SiF₆，0.3％的MgCl₂和0.3％的BaCl₂混合制成。

按照实施例二铝钛中间合金AlTi₄的制备方法得到的两组实验数据见表2；

表2

实施例三：本实施例再生利用钛屑或钛边角料制备铝钛中间合金AlTi₄的方法按下列步骤实现：

一、将生产加工中产生的钛屑或钛边角料在破碎机上进行粉碎，粉碎得到的钛块除油后烘干，然后再把0.25kg烘干的钛块用0.025mm铝箔机械包装成袋，得到每袋0.25kg的袋装钛块；

三、将铝液升温至880℃，采用钟罩压入式加入所需袋装钛块的1/2，即2.5kg袋装钛块，搅拌18分钟后保温5分钟，再加入剩余的2.5kg袋装钛块，继续搅拌25分钟，在搅拌的过程中在铝液表面均匀撒上预热处理后的覆盖剂，得到熔融铝液；

本实施例步骤一粉碎得到的钛块最大尺寸≦5mm。

本实施例所述的覆盖剂按重量百分比由45.5％的KCl，42.8％的NaCl，6.6％的Na₃AlF₆，4.2％的CaF₂，0.3％的Na₂SiF₆，0.3％的MgCl₂和0.3％的BaCl₂混合制成。

按照实施例三铝钛中间合金AlTi₄的制备方法得到的两组实验数据见表3；

表3

综上可知，本发明制备铝钛中间合金的方法利用钛屑或钛边角料的再生利用率高。

Claims

1.一种再生利用钛屑或钛边角料制备铝钛中间合金的方法，其特征在于再生利用钛屑或钛边角料制备铝钛中间合金的方法按下列步骤实现：

2.根据权利要求1所述的一种再生利用钛屑或钛边角料制备铝钛中间合金的方法，其特征在于步骤一中粉碎得到的钛块的尺寸小于5mm。

3.根据权利要求1所述的一种再生利用钛屑或钛边角料制备铝钛中间合金的方法，其特征在于步骤一所用的铝箔选用0.025～0.05mm的中厚箔或0.05～0.2mm的厚箔。

4.根据权利要求1所述的一种再生利用钛屑或钛边角料制备铝钛中间合金的方法，其特征在于步骤一每袋袋装钛块的质量为0.25～1kg。

5.根据权利要求1所述的一种再生利用钛屑或钛边角料制备铝钛中间合金的方法，其特征在于步骤三中搅拌的速度为10～40cm/s。

6.根据权利要求1所述的一种再生利用钛屑或钛边角料制备铝钛中间合金的方法，其特征在于步骤二与步骤三中所述的覆盖剂按重量百分比由45％～48％的KCl，40％～43％的NaCl，5.7％～6.6％的Na₃AlF₆，4.2％～4.4％的CaF₂，Na₂SiF₆≤0.5％，MgCl₂≤0.5％和BaCl₂≤0.5％组成。

7.根据权利要求1所述的一种再生利用钛屑或钛边角料制备铝钛中间合金的方法，其特征在于步骤四所述的N₂与Cl₂的混合气体是按质量百分比由80％的N₂和20％的Cl₂混合组成。