CN116004996A - 超低氧含量的电子束冶炼高纯钛的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超低氧含量的电子束冶炼高纯钛的方法，属于钛冶炼制备技术领域。所述方法可包括如下步骤：向海绵钛初级料中加入海绵钛初级料重量0.1～2％的铝，混匀，得到混合料；混合料在电子束熔炼炉中进行熔炼，冷却后得到钛锭；切除上一步所得钛锭上端0.1～10厘米处的锭头，余下的钛锭进入电子束熔炼炉进行二次精炼，冷却后得到高纯钛产品。本发明采用的一种超低氧含量的电子束冶炼高纯钛的方法，得到的高纯钛产品氧含量低，减少了设备投资，降低成本，具有良好的社会经济效益。

Description

超低氧含量的电子束冶炼高纯钛的方法

技术领域

本发明涉及一种超低氧含量的电子束冶炼高纯钛的方法，属于钛冶炼制备技术领域。

背景技术

金属钛具有可塑性，高纯度钛的可塑性更高，其延伸率可达50％-60％，断面收缩率可达70％-80％，但强度较低，不宜用作结构材料。高纯钛中的间隙杂质O、N、C以及金属杂质中Fe等对其物理化学性质影响显著。尤其是氧元素，钛在高温下和氧的亲和力特别强，它们之间不仅会生成化合物，而且还能形成多种固溶体，从而硬度显著增高，可塑性明显降低，同时也会使钛的电阻率增加、β转变温度升高。

为获得高纯度金属钛，通常先采用化学方法获得一定纯度的金属，然后用物理方法达到更高的纯度。目前，国内外得到广泛应用的制备高纯钛的工艺有Kroll法(Mg热还原法)、碘化钛热分解法、熔盐电解法以及电子束熔融精炼法等。电子束熔炼方法的主要优点有：①采用的是水冷铜坩埚，因此与炉材的反应和污染少；②由于电子束易控制，熔炼速度和能量可任意选择，因此提纯效果相当好。缺点是除Fe、Ni、O效果不佳，较难通过电子束熔炼获得氧含量低于200ppm的高纯钛，而且重金属必须在电子束熔炼前用熔盐电解法或碘化法除去。

专利公开号为CN111187916A的专利申请公开了一种利用工业钛渣制备高纯钛的方法，该方法将工业钛渣、铝粉、氧化钙、氟化钙和引爆剂混合，得到反应物，所述引爆剂包括氯酸钾和/或氯酸钠；在所述反应物的表面放置引燃层后引燃，得到含铝粗钛合金；将所述含铝粗钛合金进行熔盐电解精炼，得到精炼钛；将所述精炼钛进行电子束熔炼，得到高纯钛。该方法以工业钛渣为原料，解决了之前工业钛渣无法利用，造成钛资源浪费，严重污染环境的问题。但是，该方法将钛渣与引爆剂反应，再熔盐电解，再电子束熔炼，其流程过长，电解能耗高，且该方法需要消耗大量的铝，成本较高，此外，该专利申请采用一次电子束精炼，O含量将较难低于80～200ppm，这也是电子束熔炼自身技术特点所决定的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电子束冶炼高纯钛的方法，该方法可以制备得到超低氧含量(<10ppm)的高纯钛产品。

一种电子束冶炼高纯钛的方法，包括如下步骤：

A、向海绵钛初级料中加入海绵钛初级料重量0.1～2％的铝，混匀，得到混合料；混合料在电子束熔炼炉中进行熔炼，冷却后得到钛锭；

B、切除A步骤所得钛锭上端0.1～10厘米处的锭头，余下的钛锭进入电子束熔炼炉进行二次精炼，冷却后得到高纯钛产品。

其中，A步骤所述的铝为铝粉、铝粒、铝条、铝块中至少一种，纯度≥99.99％。

其中，A步骤熔炼、B步骤二次精炼的温度为1800-3000℃。

其中，A步骤中电子束熔炼炉所用电子枪的功率为60kW-120kW，熔炼采用热阴极电子枪，熔炼时的真空度为(0.5～1)×10^-2Pa，熔炼温度为1800-2500℃，熔炼时间为10-80min；B步骤中电子束熔炼炉所用电子枪的功率为80kW-100kW，熔炼采用热阴极电子枪，熔炼时的真空度为(0.5～1)×10^-3Pa，熔炼温度为2000-2200℃，熔炼时间为5-60min。

其中，所述海绵钛初级料为符合国家标准GB/T2524-2002中的0～5级海绵钛原料。

其中，B步骤中切除钛锭上端0.1～10厘米左右的锭头所用切除方法为电火花切割、火焰切割或砂轮锯切。

本发明的有益效果：

1、本发明所提供的一种超低氧含量的电子束冶炼高纯钛的方法，在现有电子束熔炼工艺基础上，不改变设备基础上，仅通过添加铝就可实现超低氧含量(<10ppm)高纯钛产品。

2、本发明所提供的一种超低氧含量的电子束冶炼高纯钛的方法，使用的铝属于价格较便宜的金属脱氧剂，可获得价格高昂的超低氧高纯钛产品，此外，工艺不需要额外添加其他设备，减少了设备投资，降低成本，具有良好的社会经济效益。

3、本发明所提供的一种超低氧含量的电子束冶炼高纯钛的方法，脱氧剂铝在高纯钛产品中的残余较低，产品质量较好。

具体实施方式

下面结合具体实例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应该视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件进行。

实施例1

向200kg0级海绵钛原料中加入2kg的99.99％铝粉，经过混料器混合均匀。混合后的海绵钛料在电子束冷床熔炼炉中进行熔炼，电子束冷床熔炼炉的真空度为1×10^-2Pa，熔炼电子枪功率为80kW，完成熔炼。冷却后将钛锭钛锭上端切除3厘米锭头，余下的钛锭进入电子束熔炼炉进行二次精炼，二次电子束精炼真空度为0.5×10^-3Pa，二次精炼电子枪功率为100kW，冷却后得到超低氧含量的高纯钛锭，高纯钛纯度99.99％，钛产品的氧含量为8ppm。

实施例2

向250kg0级海绵钛原料中加入1.5kg的99.99％铝粉，经过混料器混合均匀。混合后的海绵钛料在电子束冷床熔炼炉中进行熔炼，电子束冷床熔炼炉的真空度为0.8×10^{- 2}Pa，熔炼电子枪功率为100kW，完成熔炼。冷却后将钛锭钛锭上端切除5厘米锭头，余下的钛锭进入电子束熔炼炉进行二次精炼，二次电子束精炼真空度为1×10^-3Pa，二次精炼电子枪功率为120kW，冷却后得到超低氧含量的高纯钛锭，高纯钛纯度99.99％，钛产品的氧含量为6ppm。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本发明说明书后，在本发明基础上做一些修改或改进，但是只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.超低氧含量的电子束冶炼高纯钛的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

A、向海绵钛初级料中加入海绵钛初级料重量0.1～2％的铝，混匀，得到混合料；混合料在电子束熔炼炉中进行熔炼，冷却后得到钛锭；

B、切除A步骤所得钛锭上端0.1～10厘米处的锭头，余下的钛锭进入电子束熔炼炉进行二次精炼，冷却后得到高纯钛产品。

2.根据权利要求1所述的超低氧含量的电子束冶炼高纯钛的方法，其特征在于：A步骤所述的铝为铝粉、铝粒、铝条、铝块中至少一种，纯度≥99.99％。

3.根据权利要求1所述的超低氧含量的电子束冶炼高纯钛的方法，其特征在于：A步骤熔炼、B步骤二次精炼的温度为1800-3000℃。

4.根据权利要求3所述的超低氧含量的电子束冶炼高纯钛的方法，其特征在于：A步骤中电子束熔炼炉所用电子枪的功率为60kW-120kW，熔炼采用热阴极电子枪，熔炼时的真空度为(0.5～1)×10^-2Pa，熔炼温度为1800-2500℃，熔炼时间为10-80min；B步骤中电子束熔炼炉所用电子枪的功率为80kW-100kW，熔炼采用热阴极电子枪，熔炼时的真空度为(0.5～1)×10^-3Pa，熔炼温度为2000-2200℃，熔炼时间为5-60min。

5.根据权利要求1所述的超低氧含量的电子束冶炼高纯钛的方法，其特征在于：所述海绵钛初级料为符合国家标准GB/T 2524-2002中的0～5级海绵钛原料。

6.根据权利要求1所述的超低氧含量的电子束冶炼高纯钛的方法，其特征在于：B步骤中切除钛锭上端0.1～10厘米左右的锭头所用切除方法为电火花切割、火焰切割或砂轮锯切。