CN106756082B - 一种电子束冷床炉回收重熔tc11屑料的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电子束冷床炉回收重熔TC11屑料的工艺，属于钛合金制备技术领域，包括：步骤1：结合料箱尺寸，选用薄钛板焊接成钛框，并称重；步骤2：根据TC11屑料的堆积密度，估算钛框中可盛装TC11屑料的重量，计算Al板添加量并按要求裁剪；步骤3：采用TC11屑料与Al板叠加的方式摆放到钛框中，并对物料进行烘干；步骤4：将烘干的物料送入电子束冷床炉进行熔炼，一次熔炼得到TC11钛合金。本发明提供了一种可靠、实用、高效、低成本回收重熔TC11屑料的处理方案，同时，本发明流程连贯、操作便捷、处理彻底，能够解决无法压制电极的TC11屑料回收重熔处理的需求。

Description

一种电子束冷床炉回收重熔TC11屑料的工艺
技术领域
本发明涉及一种TC11屑料的回收重熔处理工艺，特别是涉及一种电子束冷床炉回收重熔TC11屑料的工艺，属于钛合金铸锭制备技术领域。
背景技术
再生资源回收、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。TC11合金熔点高耐腐蚀性强、比强度高、塑性好，是较为理想的航天工程结构材料，从TC11毛锭到光锭，钻铣产生的屑量占铸锭总量的7％以上，回收重熔TC11屑料意义重大。
钛合金熔炼以真空自耗炉和电子束冷床炉熔炼为主，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，TC11屑料弹性模量高、比强度大，压制电极极为困难，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TC11屑料具有强大的技术优势。但由于TC11屑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TC11铸锭化学成分无法达标。Al元素的补加量及补加方式困难，以至于，电子束冷床炉回收重熔TC11屑料的技术尚未见诸报道。
发明内容
本发明主要目的是为了解决现有技术中回收重熔TC11屑料存在的上述问题，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TC11屑料的工艺。
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TC11屑料的工艺，包括如下流程：备料→钛框焊接→Al板的裁剪→摆料→烘干→入炉熔炼。其工艺步骤包括：步骤1：结合料箱尺寸，选用薄钛板焊接成钛框，并称重；步骤2：根据TC11屑料的堆积密度，估算钛框中可盛装TC11屑料的重量，计算Al板添加量并按要求裁剪；步骤3：采用TC11屑料与Al板叠加的方式摆放到钛框中，并对物料进行烘干；步骤4：将烘干的物料送入电子束冷床炉进行熔炼，一次熔炼得到TC11钛合金。
进一步的，步骤1中钛框的焊接，包括以下步骤：
步骤11：选用纯度大于99.7％，厚度为1.5mm的钛板；
步骤12：根据料箱尺寸，确定钛框的尺寸，钛框的高度与料箱高度平齐，宽度较料箱小30mm左右，长度较料箱小200mm(保证钛框能正常推动的情况的下，钛框的容积尽可能大)；
步骤13：按要求对钛板进行裁剪；
步骤14：以钛丝作为焊条，采用点焊的方式按要求对钛框进行焊接，在保证强度的情况的下，焊点尽可能少。
进一步的，步骤2中所述的TC11屑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5.8％～7.0％，Mo的含量为2.8％～3.8％，Zr的含量为0.8％～2.0％，Si的含量为0.2％～0.35％，O的含量为≤0.15％，Fe的含量为≤0.25％，N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。
所述步骤2中对Al板进行裁剪，包括如下步骤：
步骤21：根据估算的TC11屑料堆积密度，结合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TC11屑料与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TC11屑料和裁剪好的Al板，以叠加的方式，进行摆放，摆放时，保证TC11屑料堆积致密均匀，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1.0×10-2Torr，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，正常熔炼过程中，物料熔化区获得功率占总功率的65％，精炼区功率占比为15％，凝固区功率占比为25％～20％。熔炼完成后，第一时间关闭所有电子枪。
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TC11屑料的工艺，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TC11屑料的工艺，解决了现有技术中真空自耗炉对强度大、弹性模量高的TC11屑料无法压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TC11屑料的工艺，第一次提出了电子束冷床炉回收重熔TC11屑料的完整工艺，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TC11合金铸锭。
4、本发明提供的一种电子束冷床炉回收重熔TC11屑料的工艺，解决了现有技术中电子束冷床炉回收重熔TC11屑料物料摆放及Al元素添加量难以控制的问题。本专利，同样适用于其他钛合金屑料的回收重熔，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为料箱中物料摆放示意图；
图2为冷床中物料摆放示意图；
图3为本发明中电子束冷床炉炉内真空变化拟合曲线图；
图4为本发明左右两侧进料速度的拟合曲线图；
图5为本发明铸锭长度和拉锭速度变化曲线。
具体实施方式
一种电子束冷床炉回收重熔TC11屑料的工艺，包括如下流程：备料→钛框焊接→Al板的裁剪→摆料→烘干→入炉熔炼。其工艺步骤包括：步骤1：结合料箱尺寸，选用薄钛板焊接成钛框，并称重；步骤2：根据TC11屑料的堆积密度，估算钛框中可盛装TC11屑料的重量，计算Al板添加量并按要求裁剪；步骤3：采用TC11屑料与Al板叠加的方式摆放到钛框中，并对物料进行烘干；步骤4：将烘干的物料送入电子束冷床炉进行熔炼，一次熔炼得到TC11钛合金。
进一步的，步骤1中钛框的焊接，包括以下步骤：
步骤11：选用纯度大于99.7％，厚度为1.5mm的钛板；
步骤12：根据料箱尺寸，确定钛框的尺寸，钛框的高度与料箱高度平齐，宽度较料箱小30mm左右，长度较料箱小200mm(保证钛框能正常推动的情况的下，钛框的容积尽可能大)；
步骤13：按要求对钛板进行裁剪；
步骤14：以钛丝作为焊条，采用点焊的方式按要求对钛框进行焊接，在保证强度的情况的下，焊点尽可能少。
进一步的，步骤2中所述的TC11屑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5.8％～7.0％，Mo的含量为2.8％～3.8％，Zr的含量为0.8％～2.0％，Si的含量为0.2％～0.35％，O的含量为≤0.15％，Fe的含量为≤0.25％，N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。
所述步骤2中对Al板进行裁剪，包括如下步骤：
步骤21：根据估算的TC11屑料堆积密度，结合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TC11屑料与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TC11屑料和裁剪好的Al板，以叠加的方式，进行摆放，摆放时，保证TC11屑料堆积致密均匀，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1.0×10-2Torr，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，正常熔炼过程中，物料熔化区获得功率占总功率的65％，精炼区功率占比为15％，凝固区功率占比为25％～20％。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TC11屑料的方法，现有技术中真空自耗炉对比强度大、弹性模量大的TC11屑料无法焊制电极及除杂不彻底的问题。以及现有技术中电子束冷床炉回收重熔TC11屑料无法正常推料和铝元素挥发率无法控制，得到的TC11合金铸锭成分不合格的问题。而且对其他钛合金回收重熔得到高质量、高洁净度、成分合格的钛合金铸锭具有指导意义。TC11钛合金屑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。

Claims (4)

1.一种电子束冷床炉回收重熔TC11屑料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：结合料箱尺寸，选用薄钛板焊接成钛框，并称重；所述薄钛板的纯度大于99.7％，厚度不大于2mm；所述钛框的高度与料箱高度平齐，宽度较料箱小30mm，长度较料箱小200mm；
步骤2：根据TC11屑料的堆积密度，估算钛框中可盛装TC11屑料的重量，计算Al板添加量并按要求裁剪；其中，钛框重量不大于7％，Al板1％～2％，TC11屑料91％～92％；所述TC11屑料的成分符合国标GB/T3620.1－2007，Al板纯度在99.7％以上；
步骤3：采用TC11屑料与Al板叠加的方式摆放到钛框中，并对物料进行烘干；
步骤4：将烘干的物料送入电子束冷床炉进行熔炼，一次熔炼得到TC11钛合金铸锭。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，焊接钛框的焊条选用钛丝，采用点焊的方式，在保证强度的条件下，所述的焊点尽可能少。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的叠加摆料，应控制TC11屑料与Al板的接触面平整，TC11屑料堆积致密均匀，孔隙率尽可能小。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烘干采用箱式烘干机进行烘干，烘干时长2～4h，温度115～125℃。
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