CN116814998A - 一种全流程回收钛合金铸锭扒皮屑的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钛材加工技术领域，公开了一种全流程回收钛合金铸锭扒皮屑的方法，包括如下四个步骤：步骤一：通过车床回收同牌号、同标准下钛合金铸锭扒皮屑，将铸锭扒皮屑通过屑加工专用破碎机和磁选设备进行破碎、磁选；步骤二：将破碎、磁选后的铸锭扒皮屑进行配料计算，将配料计算得到的物料均分为两份，两份均与海绵钛和中间合金混合均匀后压制成电极块；步骤三：所述电极块按组拼顺序拼接后，以非钨极氩气保护的等离子弧焊接方式焊接成自耗电极；步骤四：将自耗电极在真空自耗电弧炉内经过三次熔炼，得到钛合金成品铸锭。通过本申请上述四个步骤回收铸锭扒皮屑的成本低、效率高，获得的钛合金铸锭质量可靠，成分分布均匀。
Description
技术领域
本发明涉及钛材加工技术领域，特别是涉及一种全流程回收钛合金铸锭扒皮屑的方法。
背景技术
钛合金是一种重要的结构金属，具有质量轻、强度高、耐腐蚀、耐热性高等特点，广泛应用于航空航天、舰船兵器、生物医疗、石油化工等领域。由于钛合金原材料及其生产成本高等因素影响，导致其在普通商用及民用领域应用甚少。因此钛屑回收成为钛合金行业近年来重点关注的技术性问题，也是钛合金应用市场进一步开拓的重要途径。
现有技术下，钛及钛合金回收料类别主要为残料块、料头、冒口、板条等，通过将不同尺寸的块状料组拼焊接多次VAR(真空自耗熔炼炉)或EB炉(电子束冷床熔炼炉)进行初熔，然后再利用VAR炉进行若干次熔炼后获得钛合金铸锭。比如中国专利申请CN201610500892公开的“一种钛合金残料转制异种牌号钛合金的熔炼回收方法”、中国专利申请CN202011183248公开的“一种用真空自耗电弧炉回收重熔钛或钛合金残料的方法”。这种方式回收料种类局限于块状料，无法直接回收屑状铸锭扒皮料，且存在需将块状料加工成定尺物料过程繁琐、块状料焊接过程引入高熔点W夹杂风险高、熔中Al烧损铸锭成分难以精确控制等问题。
发明内容
为解决上述背景技术中存在的至少一种问题，本发明提供一种全流程回收钛合金铸锭扒皮屑的方法。
本发明实施例提供的一种全流程回收钛合金铸锭扒皮屑的方法，包括如下四个步骤：
步骤一：通过车床回收同牌号、同标准下钛合金铸锭扒皮屑，将所述铸锭扒皮屑通过屑加工专用破碎机和磁选设备进行破碎、磁选；
步骤二：将破碎、磁选后的铸锭扒皮屑进行配料计算，将配料计算得到的物料均分为两份，两份均与海绵钛和中间合金混合均匀后压制成电极块；
步骤三：电极块按组拼顺序拼接后，以非钨极氩气保护的等离子弧焊接方式焊接成自耗电极；
步骤四：将自耗电极在真空自耗电弧炉内经过三次熔炼，得到钛合金成品铸锭。
进一步地，上述一种全流程回收钛合金铸锭扒皮屑的方法中，步骤一中通过车床回收同牌号、同标准下钛合金铸锭扒皮屑中的铸锭扒皮屑尺寸的宽度为5mm至10mm、厚度为0mm至1mm、长度为5mm至20mm。
进一步地，上述一种全流程回收钛合金铸锭扒皮屑的方法中，步骤二中扒皮屑添加比例为20％至40％，将破碎、磁选后的铸锭扒皮屑进行配料计算是通过如下公式计算的：
其中，A表示扒皮屑中某元素对铸锭贡献值，单位为kg，A1至An表示不同批次扒皮屑中某元素含量，单位为wt％，M1至Mn表示不同批次扒皮屑重量，单位为kg，X表示铸锭投料量，单位为kg，N表示扒皮屑添加比例，比例为20％至40％。
进一步地，上述一种全流程回收钛合金铸锭扒皮屑的方法中，步骤二中两份均与海绵钛和中间合金混合均匀后压制成电极块的方法为两次进料、一次压制和双向压制。
进一步地，上述一种全流程回收钛合金铸锭扒皮屑的方法中，两次进料、一次压制和双向压制是将两份中的第一份在混料器中混料60s至80s后加入油压机模腔，采取一次压制的方式压制，一次压制是油压机滑块一次施压完成压制；一次压制完成后两份中的第二份在混料器中混料60s至80s加入油压机模腔，通过浮动缸的作用实现双向压制。
进一步地，上述一种全流程回收钛合金铸锭扒皮屑的方法中，一次压制的压制压强1MPa至3MPa，保压时间为1s至5s，双向压制的压制压强25MPa至30MPa，保压时间为5s至10s。
进一步地，上述一种全流程回收钛合金铸锭扒皮屑的方法中，以非钨极氩气保护的等离子弧焊接方式焊接成自耗电极过程中使用真空等离子焊箱进行焊接。
进一步地，上述一种全流程回收钛合金铸锭扒皮屑的方法中，焊接前真空等离子焊箱抽空≥1.0小时，当炉室预真空≤1.0Pa测漏，漏气率≤0.5Pa/min时充氩，氩气压力≥8000Pa。
进一步地，上述一种全流程回收钛合金铸锭扒皮屑的方法中，步骤四中，三次熔炼中的第一次熔炼自耗电极与结晶器之间留有的间隙在35mm至65mm之间。
进一步地，上述一种全流程回收钛合金铸锭扒皮屑的方法中，步骤四中，三次熔炼中的第一次熔炼至熔化1000kg±100kg时，由起弧期进入正常熔炼期，将熔炼电流降低1kA、熔炼电压降低1V。
本发明有益效果在于：本发明实施例提供的一种全流程回收钛合金铸锭扒皮屑的方法，通过采用两次进料、一次压制和双向压制的方式提高电极块成分均匀性的同时解决了因钛屑添加量大引起电极块开裂的现象，有利于提高铸锭成分均匀性、降低熔炼掉块引起的冶金缺陷风险；通过采用延长抽空时间、加严预真空条件防止屑状料焊点氧化引起铸锭氧超标；通过控制一次熔炼自耗电极与结晶器之间间隙保证熔池到边效果的同时增强熔中排气，避免铸锭氧超标；通过起弧期进入正常熔炼期降低熔炼电流和熔炼电压避免因添加屑状料引起熔炼过程中发生掉块、喷溅，降低熔炼掉块引起的冶金缺陷风险。同时降低异物及高密度夹杂带入风险，有效控制杂质元素增加。得到的钛合金铸锭质量更可靠，成分分布更均匀。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种全流程回收钛合金铸锭扒皮屑的方法流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵时做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
图1为本发明实施例提供的一种全流程回收钛合金铸锭扒皮屑的方法流程示意图。
本发明实施例提供的一种全流程回收钛合金铸锭扒皮屑的方法，结合图1，包括S101至S104四个步骤：
S101：通过车床回收同牌号、同标准下钛合金铸锭扒皮屑，将铸锭扒皮屑通过屑加工专用破碎机和磁选设备进行破碎、磁选。
具体的，本申请实施例中，通过车床回收同牌号、同标准下钛合金铸锭扒皮屑中的铸锭扒皮屑尺寸的宽度为5mm至10mm、厚度为0mm至1mm、长度为5mm至20mm。
S102：将破碎、磁选后的铸锭扒皮屑进行配料计算，将配料计算得到的物料均分为两份，两份均与海绵钛和中间合金混合均匀后压制成电极块。
具体的，本申请实施例中，S102中，扒皮屑添加比例为20％至40％，将破碎、磁选后的铸锭扒皮屑进行配料计算是通过如下公式计算的：
其中，A表示扒皮屑中某元素对铸锭贡献值，如Al、V、Fe、Si、C、N、O等元素，单位为kg，A1至An表示不同批次扒皮屑中某元素含量，单位为wt％，M1至Mn表示不同批次扒皮屑重量，单位为kg，X表示铸锭投料量，单位为kg，N表示扒皮屑添加比例，比例为20％至40％。
S102中，两份均与海绵钛和中间合金混合均匀后压制成电极块的方法为两次进料、一次压制和双向压制。
本申请实施例中的两次进料、一次压制和双向压制的方式是将两份中的第一份在混料器中混料60s至80s后加入油压机模腔，采取一次压制的方式压制，一次压制是油压机滑块一次施压完成压制；一次压制完成后两份中的第二份在混料器中混料60s至80s加入油压机模腔，通过浮动缸的作用实现双向压制。一次压制的压制压强1MPa至3MPa，保压时间为1s至5s，双向压制的压制压强25MPa至30MPa，保压时间为5s至10s。
应理解，本申请通过采用两次进料、一次压制和双向压制的方式提高电极块成分均匀性的同时解决了因钛屑添加量大引起电极块开裂的现象，有利于提高铸锭成分均匀性、降低熔炼掉块引起的冶金缺陷风险。
S103：电极块按组拼顺序拼接后，以非钨极氩气保护的等离子弧焊接方式焊接成自耗电极。
具体的，本申请实施例中，S103中焊接前真空等离子焊箱抽空≥1.0小时，当炉室预真空≤1.0Pa测漏，漏气率≤0.5Pa/min时充氩，氩气压力≥8000Pa。应理解，本申请通过采用延长抽空时间、加严预真空条件防止屑状料焊点氧化引起铸锭氧超标。
S104：将自耗电极在真空自耗电弧炉内经过三次熔炼，得到钛合金成品铸锭。
具体的，本申请实施例中，S104中，三次熔炼中的第一次熔炼自耗电极与结晶器之间留有的间隙在35mm至65mm之间。通过控制第一次熔炼自耗电极与结晶器之间间隙保证熔池到边效果的同时增强熔中排气，避免铸锭氧超标。
步骤S104中，三次熔炼中的第一次熔炼至熔化1000kg±100kg时，由起弧期进入正常熔炼期，将熔炼电流降低1kA、熔炼电压降低1V。起弧期进入正常熔炼期降低熔炼电流和熔炼电压避免因添加屑状料引起熔炼过程中发生掉块、喷溅，降低熔炼掉块引起的冶金缺陷风险。同时降低异物及高密度夹杂带入风险，有效控制杂质元素增加。
具体的，本申请通过S101至S104四个步骤所获得的钛合金铸锭质量更可靠，成分分布更均匀，成分满足并优于GB/T 3620.1《钛及钛合金牌号和化学成分》国标。本发明工艺可控性高，易实现自动化生产。
下文结合两个实施例介绍本申请中的一种全流程回收钛合金铸锭扒皮屑的方法：
实施例一:
本实施例涉及回收TC4铸锭扒皮屑制备规格5060kgTC4铸锭的方法：
步骤一：通过车床回收TC4铸锭扒皮屑，将回收的铸锭扒皮屑通过屑加工专用破碎机和磁选设备进行破碎、磁选，得到的铸锭扒皮屑宽度为5mm至10mm、厚度0mm至1mm、长度5mm至20mm；
步骤二：扒皮屑添加比例为30％，对铸锭各元素贡献值如表1所示。
表130％扒皮屑对铸锭各元素贡献值
按TC4牌号各元素质量百分比经配料计算后得到每块电极块所需扒皮屑与海绵钛和中间合金添加量，将单块电极块所需的扒皮屑、海绵钛和中间合金均分为两份，第一份在混料器中混料60s后加入油压机模腔，采取一次压制，即油压机滑块一次施压完成压制，压制压强1MPa，保压时间1s。完成后第二份在混料器中混料60s加入油压机模腔，利用浮动缸的作用实现双向压制，压制压强26.5MPa，保压时间5s，得到的电极块致密度高、表面质量好；
步骤三：电极块拼接后，以氩气保护的等离子弧焊接，其中焊接前抽空1.2小时，炉室预真空0.5Pa时测漏，漏气率0.25Pa/min充氩，氩气压力8500Pa，焊接出炉后检查焊点为银灰色，焊缝饱满，焊接质量可靠；
步骤四：三次熔炼中的第一次熔炼自耗电极与结晶器之间间隙为43.5mm，转阶段降电流和电压参数如表2：
表2起弧期进入正常熔炼期工艺参数
| 重量kg | 电流kA | 电压V |
| 900 | 10至20 | 30至40 |
| 1100 | 9至19 | 29至39 |
经过三次VAR熔炼后得到1根规格5060kgTC4成品铸锭。
对步骤四得到的TC4铸锭进行扒皮处理，并在铸锭头中尾取样检测，锯切铸锭冒口。
最终获得成分为TC4扒皮屑回收铸锭成分合格，并优于国标，其成分如表3所示：
表3TC4牌号扒皮屑回收铸锭化学成分(wt％)
实施例二:
本实施例涉及回收TC4铸锭扒皮屑制备规格5060kgTA15铸锭的方法：
步骤一：通过车床回收TC4铸锭扒皮屑，将回收的铸锭扒皮屑通过屑加工专用破碎机和磁选设备进行破碎、磁选，得到的铸锭扒皮屑宽度为5mm至10mm、厚度0mm至1mm、长度5mm至20mm；
步骤二：扒皮屑添加比例为40％，对铸锭各元素贡献值如表4所示。
表440％扒皮屑对铸锭各元素贡献值
按TA15牌号各元素质量百分比经配料计算后得到每块电极块所需扒皮屑与海绵钛和中间合金添加量，将单块电极块所需的扒皮屑、海绵钛和中间合金均分为两份，第一份在混料器中混料60s后加入油压机模腔，采取一次压制，即油压机滑块一次施压完成压制，压制压强1MPa，保压时间1s。完成后第二份在混料器中混料60s加入油压机模腔，利用浮动缸的作用实现双向压制，压制压强26.5MPa，保压时间5s，得到的电极块致密度高、表面质量好；
步骤三：电极块拼接后，以氩气保护的等离子弧焊接，其中焊接前抽空1.2小时，炉室预真空0.60Pa时测漏，漏气率0.27Pa/min充氩，氩气压力8500Pa，焊接出炉后检查焊点为银灰色，焊缝饱满，焊接质量可靠；
步骤四：三次熔炼中的第一次熔炼自耗电极与结晶器间隙为43.5mm，转阶段降电流和电压参数如下：
表5起弧期进入正常熔炼期工艺参数
经过三次VAR熔炼后得到1根规格5060kgTA15成品铸锭。
对步骤四得到的TA15铸锭进行扒皮处理，并在铸锭头中尾取样检测，锯切冒口。
最终获得成分为TA15扒皮屑回收铸锭成分合格，并优于国标，其成分如表6所示：
表6TA15牌号扒皮屑回收铸锭化学成分(wt％)
通过上述实施例1到实施例2两个实施例得到的所获得的钛合金铸锭质量更可靠，成分分布更均匀，成分满足并优于GB/T 3620.1《钛及钛合金牌号和化学成分》国标。本发明工艺可控性高，易实现自动化生产。
本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。
本领域的技术人员能够理解，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
以上，仅为本发明的具体实施方式，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揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种全流程回收钛合金铸锭扒皮屑的方法，其特征在于，包括如下四个步骤：
步骤一：通过车床回收同牌号、同标准下钛合金铸锭扒皮屑，将所述铸锭扒皮屑通过屑加工专用破碎机和磁选设备进行破碎、磁选；
步骤二：将破碎、磁选后的铸锭扒皮屑进行配料计算，将配料计算得到的物料均分为两份，两份均与海绵钛和中间合金混合均匀后压制成电极块；
步骤三：所述电极块按组拼顺序拼接后，以非钨极氩气保护的等离子弧焊接方式焊接成自耗电极；
步骤四：将所述自耗电极在真空自耗电弧炉内经过三次熔炼，得到钛合金成品铸锭。
2.根据权利要求1所述的一种全流程回收钛合金铸锭扒皮屑的方法，其特征在于，所述步骤一中通过车床回收同牌号、同标准下钛合金铸锭扒皮屑中的铸锭扒皮屑尺寸的宽度为5mm至10mm、厚度为0mm至1mm、长度为5mm至20mm。
3.根据权利要求1所述的一种全流程回收钛合金铸锭扒皮屑的方法，其特征在于，所述步骤二中扒皮屑添加比例为20％至40％，将破碎、磁选后的铸锭扒皮屑进行配料计算是通过如下公式计算的：
其中，A表示扒皮屑中某元素对铸锭贡献值，单位为kg，A1至An表示不同批次扒皮屑中某元素含量，单位为wt％，M1至Mn表示不同批次扒皮屑重量，单位为kg，X表示铸锭投料量，单位为kg，N表示扒皮屑添加比例，比例为20％至40％。
4.根据权利要求1所述的一种全流程回收钛合金铸锭扒皮屑的方法，其特征在于，所述步骤二中两份均与海绵钛和中间合金混合均匀后压制成电极块的方法为两次进料、一次压制和双向压制。
5.根据权利要求4所述的一种全流程回收钛合金铸锭扒皮屑的方法，其特征在于，所述两次进料、一次压制和双向压制是将两份中的第一份在混料器中混料60s至80s后加入油压机模腔，采取一次压制的方式压制，一次压制是油压机滑块一次施压完成压制；一次压制完成后两份中的第二份在混料器中混料60s至80s加入油压机模腔，通过浮动缸的作用实现双向压制。
6.根据权利要求4所述的一种全流程回收钛合金铸锭扒皮屑的方法，其特征在于，一次压制的压制压强1MPa至3MPa，保压时间为1s至5s，双向压制的压制压强25MPa至30MPa，保压时间为5s至10s。
7.根据权利要求1所述的一种全流程回收钛合金铸锭扒皮屑的方法，其特征在于，所述以非钨极氩气保护的等离子弧焊接方式焊接成自耗电极过程中使用真空等离子焊箱进行焊接。
8.根据权利要求7所述的一种全流程回收钛合金铸锭扒皮屑的方法，其特征在于，焊接前真空等离子焊箱抽空≥1.0小时，当炉室预真空≤1.0Pa测漏，漏气率≤0.5Pa/min时充氩，氩气压力≥8000Pa。
9.根据权利要求1所述的一种全流程回收钛合金铸锭扒皮屑的方法，其特征在于，所述步骤四中，三次熔炼中的第一次熔炼自耗电极与结晶器之间留有的间隙在35mm至65mm之间。
10.根据权利要求1所述的一种全流程回收钛合金铸锭扒皮屑的方法，其特征在于，所述步骤四中，三次熔炼中的第一次熔炼至熔化1000kg±100kg时，由起弧期进入正常熔炼期，将熔炼电流降低1kA、熔炼电压降低1V。
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