CN202164343U - 用于残废钛回收重熔工艺的电极装置 - Google Patents

Abstract

提供一种用于残废钛回收重熔工艺的电极装置，所述电极装置具有作为电极中心的钛棒，所述钛棒上固定捆绑后的管棒残钛和残钛电极块并使钛棒和捆绑后的管棒残钛及残钛电极块成为一个粗细均匀且紧实的整体电极。本实用新型以钛棒为电极中心，将管棒残钛和残钛电极块固定在钛棒上并使三者成为一个紧实的整体电极，整体电极具备足够的机械稳定性，即使在熔炼过程中加热时也不会开裂，并确保电流畅通无阻地通过。

Description

用于残废钛回收重熔工艺的电极装置

技术领域

本实用新型属有色金属材料回收技术领域，具体涉及一种用于残废钛回收重熔工艺的电极装置。

背景技术

钛是一种稀有金属，钝钛及钛合金是新型材料，由于其良好的物理化学性能，因此被广泛应用于航天、航空、冶金和化工等领域，并一直被发达国家视为战略物资。我国是钛的生产大国，也是钛的消费大国，由于我国工业的快速发展，对钛的需求量日益倍增，国内生产钛及合金仅能满足需求的一半，缺口很大，且这种局面不可能在短期内得到缓解。残废钛主要是加工过程中的边角料和报废的钛制品，大量的残废钛遗弃过程中，对环境造成大量污染，同时浪费钛资源，因此，废钛、残钛回收利用是弥补我国钛资源不足的一条重要途径之一，可以减少我国对钛工业的投资，缓解资源与环境的压力，减少能源浪费，减少环境污染，因此，废钛的再生利用已成为钛工业应用、加工迫切需要解决的问题，现有残废钛回收重熔技术，一般是把残钛洗净粉碎整理后按20％的量做为返回料加入海绵钛中压制电极进行熔炼，但纯回收重熔废残钛型材技术尚未见诸报道，因此有必要改进。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题：提供一种用于残废钛回收重熔工艺的电极装置，以钛棒为电极中心，将管棒残钛和残钛电极块固定在钛棒上并使三者成为一个紧实的整体电极，整体电极具备足够的机械稳定性，即使在熔炼过程中加热时也不会开裂，并确保电流畅通无阻地通过。

本实用新型采用的技术方案：用于残废钛回收重熔工艺的电极装置，所述电极装置具有作为电极中心的钛棒，所述钛棒上固定捆绑后的管棒残钛和残钛电极块并使钛棒和捆绑后的管棒残钛及残钛电极块成为一个粗细均匀且紧实的整体自耗电极。

其中，所述管棒残钛采用经酸洗、剪切、风干工序的管状、板带状、块状、车削状制成并将多个捆绑在一起后焊接在钛棒上。

其中，所述残钛电极块采用残废钛屑压制而成并焊接在钛棒上。

进一步地，所述钛棒为多根。

进一步地，所述钛棒为￠20-30mm×L3000mm的纯钛棒。

进一步地，所述整体电极为￠350mm×L3000mm的自耗电极。

本实用新型与现有技术相比的优点：

1、采用国内常用的真空自耗电极熔炼炉直接回收重熔残废钛，并通过钛棒作为自耗电极的‘中心极’，整个自耗电极处于轴同心，即自耗电极是圆形而‘中心极’在电极的中心，有利于电弧的方向性，使得电极的电弧较集中对准熔池；

2、自耗电极以钛棒为中心，自耗电极的压制电极块或管、板带材料有依托，使得整个自耗电极有整体性，在熔炼过程中，防止了电极开散、电极‘掉蛋’现象，从而熔炼铸锭的组织结构、质量得以有效的控制；

3、由于以残废钛为自耗电极，使得原熔炼工艺参数有所改变，加强了人工控制电极的给进速度的控制，使熔滴熔速有控性，基本保证所要求弧长的稳定性和漫散型，提高了冶炼质量；

4、由于以钛棒为中心极，可将废钛产品及钛设备加工余料，钛加工各工序的残料边角料根据原料质量的不同，都可以回收重熔为优质成品铸锭，成品率可达83％-92％之间；

5、该工艺重熔残废钛，由于以钛棒为中心极，可获得优质铸锭，表面质量和组织性能方面均达到国家标准，在减少环境污染、节约能源的同时生产效率大大提高，劳动条件也得到明显改善。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型结构侧视图。

具体实施方式

下面结合附图1、2描述本实用新型的一种实施例。

用于残废钛回收重熔工艺的电极装置，具有作为电极中心的钛棒1，钛棒1上焊接捆绑后的管棒残钛2和残钛电极块3并使钛棒1和捆绑后的管棒残钛2及残钛电极块3成为一个粗细均匀且紧实的整体电极4；管棒残钛2采用经酸洗、剪切、风干工序的管状、板带状、块状、车削状或残铸锭制成并将多个捆绑在一起后焊接在钛棒1上，残钛电极块3采用残废钛屑压制而成并焊接在钛棒1上。

上述钛棒1可以为多根，优选2-3根，钛棒1选用规格为￠20-30mm×L3000mm的纯钛棒，当选用一根钛棒1做中心电极时，整体电极4为￠350mm×L3000mm的自耗电极。捆绑后的管棒残钛2和残钛电极块3与钛棒1焊接在真空保护或在惰性气氛下的容器里进行。

本实用新型所应用于的真空自耗电弧炉熔炼回收重熔残废钛工艺，包括以下步骤：

步骤1，电极的制备：

制备1，把残、废的钛型材进行牌号筛选，对于管状、板带状、块状、车削状或残铸锭均按工艺规范进行除油、除杂质的酸洗、剪切、风干等工序备用；

制备2，对于块状钛料进行喷砂除去氧化物；

制备3，剪切定尺，或压制电极块厚200-250mm×200-300mm×300-350mm的电极块；

制备4，管状、板带状废钛需要捆绑后焊接到中心电极钛棒1上，选用一根￠25-35mm×3000mm的钛棒1作为电极中心，然后把制备2、制备3的钛材焊接或捆绑在钛棒上，制成￠350mm×3000mm的整体电极4，即自耗电极，经整理后备用。

残废钛料通过以上步骤，焊接制成350mm×3000mm的自耗电极。自耗电极捆绑和焊接方法为自耗电弧焊或等离子焊，焊接应进行真空保护或在惰性气氛下的容器里进行，以避免污染和难熔氧化物或氮化物的形成。制备的自耗电极必须具备足够的机械稳定性，即使在熔炼过程中加热时也不会开裂，并确保电流畅通无阻地通过。整体电极4要求粗细均匀、干燥，含气量和挥发性杂质少。

步骤2，一次熔炼：

一次熔炼采用(VAR)熔炼法，能确保相互消除反向电流磁场而经过改进电路的同轴电弧炉熔炼，可避免电弧不稳定和磁场对钛锭表面产生不良影响。

将步骤1制备的自耗电极，放入真空自耗电弧炉熔炼进行熔炼，选用3吨真空自耗电极熔炼炉，通过一次熔炼可得直径300-470mm的一次性熔锭。电压设置在40V～50V之间，初始电流设置取决于电极和炉室中的气体含量、电流大小、电弧间隙、电极的电阻及铸锭的尺寸。形成熔池后，将熔炼功率增加到高于主熔炼期所预定的水平，以弥补坩埚底部的激冷效应。正常期间，功率应保持不变，直到熔炼末期，按照预定热封顶工艺降低功率，以便把锭料头部缩孔和偏析减少到最小。

熔速的控制；冶炼原理的实质是尽可能保持电极和熔池间弧隙的恒定，但残废钛料的熔炼，因电极密度小于海绵钛电极，在熔炼过程中熔速自然加快，因此通过人工调节，增大电极进给系统。残废钛为自耗电极，熔炼速度5-12Kg/min。

电弧长度(弧距)，电弧长度太短会造成频繁的短路，降低铸锭质量，太长会使电弧移动，击穿坩埚壁。在高的电流情况下，如果电弧集中在坩埚表面某一位置就会瞬间击穿坩埚而造成严重的爆炸事件，相应采取防爆措施，弧距不能超过电极和坩埚之间的最小距离，控制在25mm～40mm之间

坩埚比，是指电极与坩埚直径之比，它是影响铸锭质量和安全生产的重要参数之一。对于海绵钛的熔炼，坩埚比一般在0.625～0.88，坩埚比值大，铸锭表面质量好，致密度高，但易产生边弧；残废钛熔炼过程中，应保证电极与坩埚间隙为40mm～60mm之间，合理的间隙一方面确保安全性，另一方面为气体排除提供良好的通道。

熔炼电流；8-20千安。

铸锭长度的确定，必须考虑到炉子的生产率，一定的电流下，随着铸锭长度的增加，生产率增加较小。应当指出，长度的增加应合理，否则，会给生产带来困难，实际上起不到提高生产率的作用。一般铸锭的合理长度可依下式确定：

L＝0.16I(I为熔化电流；0.16为系数，单位为mm/A)

残废钛一次熔炼，自耗电极的长度控制在2500～3000mm为理想。

冷却出炉，铸锭一般在真空或惰性气体保护下冷却至400℃以下可出炉。惰性气体保护会加速冷却，如果还需进一步的熔炼，应避免铸锭氧化。有些对铸锭有特殊要求的，应在热态时出炉，然后缓慢冷却。经机械车去氧化层及技术处理可得一次性铸锭。

步骤3，二次熔炼：

将步骤2获得的一次铸锭，通过机械氧化处理后作为自耗电极放入真空自耗电极熔炼炉中进行二次熔炼。

为了保证最终产品的均匀性，两次熔炼是必要的。将一次熔炼的铸锭作为二次熔炼的电极，是为了获得成分分布均匀、表面质量好的铸锭。而三次熔炼则是为了获得更好的成分均匀性。

二次熔炼应注意炉内压力，炉压和原料的气体含量影响电弧行为和产品质量。当电弧区内残余压力增大到13Pa～66Pa时就达到辉光放电的临界压力范围，电弧燃烧不稳定，甚至导致电弧熄灭，严重时会产生边弧而击穿设备。依据VAR熔炼实践经验，炉内压力通常在0.13Pa～1.3Pa压力下进行，高的弧电压则产生长弧，也应避免。惰性气体保护下熔炼目的在于解决一些钛合金严重偏析。如果有惰性气体保护，其电压应高于真空熔炼电压的5V～10V。电压波动较大、炉内灰尘多、几乎没有辉光放电(但易引起侧弧)。

为保证重熔产品的质量，二次熔炼首要的问题就是要确保熔化速度符合工艺要求，进而弧电压(或弧长)、熔炼电流、电极进给速度、电极材料的结构都是影响熔化速度的关键参数，因此，要较好地解决自耗炉的技术参数控制问题。

残废钛熔炼工艺基本参数  表一

步骤4，机加处理及超声波检查：

将步骤3的二次熔炼铸锭，进行表面机械加工，清除肉眼可见的缺陷：超声检验，检查是否存在表面缺陷和内部缺陷以及铸锭化学成分是否符合国标GB/26060-2010要求。即可获得优质钛铸锭

钛TA2铸锭的力学性能  表-2

牌号

工业纯钛

σb/MPa

σ0.2/MPa

δ/％

ψ(％)

E./MPa

TA2

Ti

≥925

≥870

6-8

≥25

1.078×105

步骤5，化学成分分析：

铸锭经表面处理后，按铸锭的上、中、下分别取样，送检测部门进行化学成分检验。残废钛型材，通过以上步骤，即可获得符合国标的优质钛铸锭。

上述实施例，只是本实用新型的较佳实施例，并非用来限制本实用新型实施范围，故凡以本实用新型权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本实用新型权利要求范围之内。

Claims (6)

1.用于残废钛回收重熔工艺的电极装置，其特征在于：所述电极装置具有作为电极中心的钛棒(1)，所述钛棒(1)上固定捆绑后的管棒残钛(2)和残钛电极块(3)并使钛棒(1)和捆绑后的管棒残钛(2)及残钛电极块(3)成为一个粗细均匀且紧实的整体电极(4)。

2.根据权利要求1所述的用于残废钛回收重熔工艺的电极装置，其特征在于：所述管棒残钛(2)采用经酸洗、剪切、风干工序的管状、板带状、块状、车削状或残铸锭制成并将多个捆绑在一起后焊接在钛棒(1)上。

3.根据权利要求1所述的用于残废钛回收重熔工艺的电极装置，其特征在于：所述残钛电极块(3)采用残废钛屑压制而成并焊接在钛棒(1)上。

4.根据权利要求1、2或3所述的用于残废钛回收重熔工艺的电极装置，其特征在于：所述钛棒(1)为多根。

5.根据权利要求4所述的用于残废钛回收重熔工艺的电极装置，其特征在于：所述钛棒(1)为￠20-30mm×L3000mm的纯钛棒。

6.根据权利要求5所述的用于残废钛回收重熔工艺的电极装置，其特征在于：所述整体电极(4)为￠350mm×L3000mm的自耗电极。

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