[发明专利]一种生产高氧海绵钛的工艺及其装置

说明书

技术领域

     本发明涉及一种有色金属冶炼领域，具体涉及一种生产高氧海绵钛的工艺及其装置。

背景技术

在钛合金的熔炼过程中，需要添加二氧化钛来增加钛合金的强度。当合金原料熔点高于被熔炼合金的熔点时，会出现因合金原料熔化不完全而造成化学成分不均匀，二氧化钛熔点高于钛的熔点，因此添加二氧化钛会出现添加不均匀，导致钛锭的成分偏析，同时添加二氧化钛还会产生硬α缺陷，此类缺陷出现的位置往往是很小的、不连续的区域，容易引起应力集中, 造成危害。为消除上述缺陷，通常需要通过三次熔炼才能获得更好的成分均匀性，但三次重熔往往也不是一个彻底的解决方法。要控制钛合金铸锭质量，需要先控制海绵钛的质量。

发明内容

本发明目的是解决上述生产中存在的问题，通过直接在海绵钛生成过程中添加氧，提供一种生产高氧海绵钛的工艺方法及其装置。

本发明通过控制四氯化钛中的氧含量，以达到稳定控制海绵钛中氧含量的目的。根据钛合金对氧含量的要求，生产氧量符合要求的海绵钛，不必在海绵钛熔炼过程中添加二氧化钛，避免了因添加二氧化钛造成的成分偏析和局部缺陷，同时也降低了合金混料的难度，提高了钛锭成分的均匀和质量稳定，有效提高了钛合金材料的性能。

本发明可以将海绵钛氧含量稳定控制在0.06~0.2%之间，根据使用需求氧含量通常控制在0.1~0.12%之间，其它主要杂质的控制范围为C：0.01~0.03%，Fe：0.01~0.03%，Cl：0.035~0.05%，N：0.003~0.005%。

为实现本发明的目的，采取以下技术方案是：

一种生产高氧海绵钛的工艺，包括以下步骤：

（一）从充氧管通入氧，从充氩管通入高纯氩气，用气液混合泵进行气液混合；

（二）根据海绵钛含氧量的要求，确定氧的加入量，向高位槽内通入氧，高位槽内压力保持在0.03-0.1MPa；

（三）在镁的利用率为5-10%时，开始向高位槽通入氧，通过加料管将四氯化钛加入反应器，在反应器中镁将四氯化钛还原得到海绵钛；

（四）反应器内的压力保持在0.02~0.05MPa，反应器内的熔体温度为720~840℃，当镁的利用率达到50%时，不再向高位槽通入氧，高位槽压力低于0.03MPa时补充氩气维持高位槽内的压力。

氧可一次加入，也可分多次加入，加入的氧为高纯氧气、二氧化碳或者两者的混合气体。

一种生产高氧海绵钛工艺的装置，四氯化钛储存在高位槽8内，槽体的下部有一个管路与气液混合泵相连，在槽体的一侧设有两个管路，一个是充氧管1，一个是充氩管2槽体顶部是注料管3，底部有加料管7，加料管7与反应器相连接，该装置还设有泵吸入口4、泵排料口6。

所述充氧管1上有单向阀，氧由充氧管1通入，氩气由充氩管2通入，用气液混合泵在槽体内进行气液混合。

在充氩管2前端安装压力监测器，用来监测槽体内的压力。

本发明具有如下有益效果： 

1、本发明通过控制四氯化钛中的氧含量，最终获得满足使用需求的高氧海绵钛，氧含量达到使用需求范围。

2、本发明生产的海绵钛中氧分布均匀，熔炼钛合金过程中，无需添加二氧化钛等原料来增加钛合金中的氧含量。

3、本发明中的装置简单，易制作安装，工艺容易操作实施，能够实现稳定、批量生产。 

4、本发明中的海绵钛产品有较好的市场前景，能够满足高端客户的需求。

本申请中的比例均为重量百分比例。

附图说明

1为充氧管，2为充氩管；3为注料管，4为泵吸入口，5为气液混合泵，6为出料管，7为加料管，8为高位槽。

具体实施方式

实施例1 ：以五吨还原炉为例，共需加入20吨四氯化钛，当加入2吨四氯化钛后，向四氯化钛高位槽加入高纯氧气1.8kg，补充氩气保证高位槽内压力保持在0.03~0.1MPa，用气液混合泵进行高位槽内气液的混合。保证四氯化钛的对氧充分吸收。通过加料管将四氯化钛加入反应器，反应器中镁将四氯化钛还原得到海绵钛。

反应器内的压力保持在0.02~0.05MPa之间，反应器内熔体温度控制720~840℃之间，高位槽压力低于0.03MPa时补充氩气维持高位槽压力。

最终可获得海绵钛的主要指标为：氧含量0.09~0.1%，C：0.01~0.15%，Fe：0.01~0.03%，Cl：0.035~0.05%，N：0.003~0.005%。