[发明专利]一种稀有金属回收电极增重方法及其设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种稀有金属回收电极增重的新技术方法及其设计的专有设备领域。

背景技术

锆、钛等稀有金属主要应用在核电、航空、航天等先进领域，该类金属因在地壳中含量少或分布稀散，采矿、冶炼因难等原因，被归于稀有金属。由于稀有金属材料的价格较高，一般在40-200万元/吨。随着近些年人类对稀有金属的进一步认识，其应用领域和需求量在世界范围内迅速增加，其也成了“朝阳”金属，尤其在我国，近几年国家大力发展核电站，使锆金属材料加工成为国家投资支持的重点，钛材也成为国内投资的热门，仅在5年内其加工产能就提高了10多倍。但是锆、钛等稀有金属也属于一种难加工金属，加工工序长、变形较困难，加工过程中产生的残料约占总投料量的50％-70％，因此生产过程中会产生大量废残料，如何能有效利用废残料成为可使用的返回料，达到节约资源、降低成本的目的，这一直以来是行业内大家公认的难题，世界各个企业都将稀有金属的废残料的综合回收技术等同与合金配方一样进行重视和保密。

由于锆、钛稀有金属是活性金属，用于回收利用锆、钛稀有金属的常规设备一般为真空自耗电弧炉，该炉子虽然是理想的熔炼高质量产品的设备，但需要制备较大且外形规则的锆、钛等稀有金属或其合金的自耗电极。而在生产中产生的废残料外形大小各异、种类不同，给制备规则自耗电极造成异常大的困难，限制了废残料的回收利用率。

目前美国采用的稀有金属回收电极增重方法是将能制备自耗电极的屑状原料等制备成电极，难以制备电极的原料(一般指不规则块料或直径超过30厘米的大直径块料等)直接放入真空自耗电弧炉内，采用熔炼的金属液包裹块料进行回收铸锭，回收的铸锭可作自耗电极用于后期生产，即为回收电极，以此方法达到锆、钛等稀有金属的回收电极增重，其使用的设备为常规的真空自耗电弧炉，但是上述操作过程复杂，生产周期长、生产效率低下、生产成本高、回收电极的铸锭质量相对较差。其生产一个7吨重的钛或其合金的回收电极约需1.5天时间，需要重复操作十多次，每次的工艺步骤为：加入残料--封炉--抽空--熔炼--冷却--充氩--拆炉--加入残料--封炉--抽空--熔炼--冷却--充氩--拆炉，其中加入残料--封炉--抽空--熔炼--冷却--充氩--拆炉需重复进行十余次，该方法虽然基本能较全面的回收残料，但操作异常麻烦，生产率低下，又每次需要充入大量氩气，生产成本很高，同时又由于反复拆炉，给铸锭带来大气的污染和外来物污染的可能。

日本现使用的技术主要是将不易制备成自耗电极的大块残废料(直径大于30mm)放入价格高的稀有金属原材料(塑性好)中间进行包裹后压制成自耗电极，同时，改造了设备，使设备能够自动加入直径小于30mm的残料，该方法虽然能回收大部分残料，相对生产效率较高，铸锭质量较好，但使用了较多的原材料，生产不了100％的残料回收铸锭。

由于上述现行制造工艺及其设备在稀有金属回收电极增重上存在使用受限、成本较高、残废料使用率低、回收电极的铸锭质量差等诸多问题，无法满足目前对稀有金属回收电极增重，从而避免浪费、有效提高残废料利用率、降低生产成本、扩大残废料回收利用范围的使用要求及需求。

发明内容

本发明所要解决的是提供一种稀有金属回收电极增重方法及其设备，通过回收电极增重方法来有效解决大直径(直径大于30mm)及不规则钛、锆等稀有金属及合金残废料的回收利用，并能100％的将残废料进行综合利用，生产效率高、生产成本低、回收产品质量高。

本发明为解决上述技术问题，采用的技术方案是：

以常规的真空自耗电弧炉为主体设备实施回收电极增重，其中稀有金属回收电极增重方法的实施步骤依顺序为：

a)原料准备：将同一材质及牌号的废残料、边角料作为原料，原料分为二类，其中依据常规工艺选择易于制备电极的原料作为电极原料；依据常规工艺难以制备电极的不规则原料及直径超过30mm的原料作为添加料，添加料按常规工艺计算的重量称量后备料待用；

b)原料净化干燥：依原料不同采用不同的常规方法对原料进行净化处理，例如钛的常规净化处理具体过程为碱洗、水洗、酸洗、水洗、烘干、磁选、备用；

c)电极的制备：电极的制备采用常规方法，将电极原料分成若干份，采用常规的压制法制成单块电极，将单块电极通过组焊的方法获得一根真空自耗电弧炉使用的自耗电极；或采用常规的捆扎法，直接捆扎成自耗电极。自耗电极的重量与添加料的重量按常规匹配，以便于熔炼的有效进行，其中自耗电极的重量与匹配的添加料的重量是按真空自耗电弧炉熔炼的常规方法计算确定的；