一种板条状钛残料的熔炼回收方法与流程

本发明涉及钛材加工技术领域，具体的说是一种板条状钛残料的熔炼回收方法。

背景技术：

钛材具有质轻、耐蚀、无磁无毒等优点，是石油、化工、冶金、电力、舰船、体育等领域理想材料，但钛材制造原材料成本高，成为限制其进一步广泛应用的主要原因之一。钛及钛合金残料熔炼回收是实现降低钛材生产成本的必要途径之一，现有技术主要通过将板条状或块状废料破碎为屑状、小粒状形态，并与海绵钛混合，再压制成电极块，然后焊接，进行真空自耗电弧炉(VAR)熔炼获得成品钛锭，为了保证压制的电极块内部连接强度，电极中最多仅能添加30%的钛残料。钛材机加工工艺性较差，板条状或块状废料破碎为屑状、小粒状过程中，加工设备的刀具或剪刃易磨损、掉块，钛残料加工表面易氧化，因此不可避免的会增加Fe、O、N等杂质元素含量，这将恶化熔炼回收钛锭加工材的工艺及力学性能。因此，该方法具有工序流程长、钛残料利用率低、回收费用高、杂质元素不易控制的缺点，效果不理想，急需进行改善。

技术实现要素：

针对上述现有技术中钛残料利用率低、回收费用高、杂质元素不易控制等问题，本发明提供一种板条状钛残料的熔炼回收方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种板条状钛残料的熔炼回收方法，包括以下步骤：

步骤一：对形状不规则板条状钛残料进行定尺，使定尺后尺寸满足宽度≤250mm、长度≤1500mm，备用；

步骤二：将步骤一定尺后钛残料抛丸酸洗或碱酸洗，去除表面氧化皮、油污，并烘干，获得表面洁净、干燥的钛残料，备用；

步骤三：使用同心圆环形夹具辅助工装，对同牌号板条状钛残料进行点焊及捆绑电极，圆环形夹具内径应小于VAR一次熔炼坩埚内径；首先将宽度较窄板条状钛残料平铺于圆环形夹具底部，然后自下而上逐层布料平铺，布料均匀密实，布料过程中，对于长度不足待制备圆柱状钛残料电极长度的板条状钛残料，采用氩弧焊搭接或对接点焊方法连接，使其长度达到待制备圆柱状钛残料电极长度，板条状钛残料将同心圆环形辅助工装填满后，呈圆柱状，布料结束；然后使用0.5~2.0mm厚、15~30mm宽纯钛带对圆柱状钛残料电极进行圆周方向捆绑及紧固，纯钛带搭接长度为100~200mm，对搭接头端部及两侧进行氩弧焊点焊连接加固；

步骤四：对步骤三所得捆绑电极进行两次VAR熔炼，熔炼过程中真空度均需满足≤2Pa；

步骤五：将步骤四所得钛锭冒口部位切除，并对钛锭表面进行扒皮，扒皮去除厚度单侧≥10mm。

所述步骤三中使用多条纯钛带进行电极捆绑，相邻捆绑纯钛带间距应≤150mm。

所述步骤三中搭接头端部及两侧焊点数量不少于20个，且焊点均匀分布。

本发明的有益效果：

本发明提供的板条状钛残料的熔炼回收方法，缩短了板条状钛残料熔炼回收制造工序流程、提高了钛残料利用率、降低了生产成本，同时减少了杂质元素增量，提高了钛残料熔炼回收的质量。钛残料熔炼回收钛锭成分满足并优于GB/T 3620.1《钛及钛合金牌号和化学成分》国家标准；

本发明提供的板条状钛残料的熔炼回收方法，制造工序流程短：本发明避免了钛残料破碎、混料、压制电极工序，制造工序流程短、操作简单；钛残料利用率高：由于无需压制电极，可以实现钛残料100%添加回收，从而将钛残料添加比例由30%提高至100%，大幅提高了钛残料利用率；生产成本低：通过缩短制造工序流程、提高钛残料利用率，生产成本得到有效降低；熔炼回收质量好：由于避免了钛残料破碎工序，可有效减少破碎过程中Fe、O、N等杂质元素增量，熔炼回收钛锭质量得到提高。

附图说明

图1 本发明所用同心圆环形夹具工装打开状态示意图；

图2 本发明所用同心圆环形夹具工装关闭状态示意图；

图3 本发明板条状钛残料电极结构示意图；

图4 本发明捆绑电极用纯钛带搭接及点焊连接示意图；

附图标记：1、捆绑电极用纯钛带，2、氩弧焊点焊焊点，3、板条状钛残料，4、支架，5、圆环形夹具，501、固定圆弧，502、旋转圆弧。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的阐述。

一种板条状钛残料的熔炼回收方法，包括以下步骤：

步骤一：对形状不规则板条状钛残料进行定尺，使定尺后尺寸满足宽度≤250mm、长度≤1500mm，备用；

步骤二：将步骤一定尺后钛残料抛丸酸洗或碱酸洗，去除表面氧化皮、油污，并烘干，获得表面洁净、干燥的钛残料，备用；

步骤三：使用同心圆环形夹具辅助工装，对同牌号板条状钛残料进行点焊及捆绑电极，圆环形夹具内径应小于VAR一次熔炼坩埚内径；首先将宽度较窄板条状钛残料平铺于圆环形夹具底部，然后自下而上逐层布料平铺，布料均匀密实，布料过程中，对于长度不足待制备圆柱状钛残料电极长度的板条状钛残料，采用氩弧焊搭接或对接点焊方法连接，使其长度达到待制备圆柱状钛残料电极长度，板条状钛残料将同心圆环形辅助工装填满后，呈圆柱状，布料结束；然后使用0.5~2.0mm厚、15~30mm宽纯钛带对圆柱状钛残料电极进行圆周方向捆绑及紧固，纯钛带搭接长度为100~200mm，对搭接头端部及两侧进行氩弧焊点焊连接加固；焊点应均匀分布，焊点数量不少于20个。使用多条纯钛薄窄带进行电极捆绑，捆绑间距应≤150mm，且均匀分布，选用纯钛薄窄带作为捆绑材料是因为，纯钛具有较好的塑性及可焊性，有利于保证焊接连接强度，同时熔炼过程中电极发生膨胀，纯钛可进行一定塑性变形而不断裂，因而可最大程度减少熔炼过程中散料风险。此外纯钛薄窄带不含其它合金元素，不会引入其它合金元素污染钛残料；制作完成的电极，纵向上为独立或点焊连接连续状钛残料板条，连接强度大，可有效避免熔炼过程中掉料风险；同时，电极圆周方向上进行密集、均匀捆绑加固，可有效避免熔炼过程中电极散料风险，从而有效保证了捆绑电极的质量；

步骤四：对步骤三所得捆绑电极进行两次VAR熔炼，熔炼过程中真空度均需满足≤2Pa；

步骤五：将步骤四所得钛锭冒口部位切除，并对钛锭表面进行扒皮，扒皮去除厚度单侧≥10mm。

如图1、图2所示，分别为本发明所用同心圆环形夹具工装打开及关闭状态示意图，所述同心圆环形夹具工装包括支架4和设置在支架4顶部的多个大小相等且同心的圆环形夹具5，圆环形夹具5由设置在支架4上的固定圆弧501和旋转圆弧502组成，旋转圆弧502一端与固定圆弧501一端旋转连接，另一端可旋转至与固定圆弧501形成闭合的圆环；图3为经同心圆环形夹具工装捆绑及电焊后的板条状钛残料电极结构示意图，图4为捆绑电极用纯钛带搭接及点焊连接示意图。

实施例1：TA1牌号板条状钛残料的回收

1）使用液压剪床对TA1板条状钛残料进行定尺，定尺后宽度规格为20~250mm、长度规格为200~1500mm。

2）使用碱酸洗工艺方法将TA1板条状钛残料表面氧化皮、油污等杂质去除干净，并烘干，获得表面洁净、干燥的钛残料。

3）使用同心圆环形夹具辅助工装，对TA1板条状钛残料进行布料、点焊及捆绑电极，圆环形夹具内径为380mm，布料过程中，使用氩弧焊点焊的方法将尺寸较短板条补足至1500mm，布料应均匀密实。布料结束后，使用0.8mm厚、15mm宽纯钛窄带对圆柱形电极进行圆周方向紧固及捆绑，纯钛窄带头尾搭接长度150mm，使用氩弧焊点焊的方法对搭接头部及两侧进行焊接加固，焊点均匀布置，焊点20~25个，捆绑间距120mm，均匀布置。

4）对钛残料电极进行两次VAR熔炼，熔炼过程真空度分别为≤0.8Pa、≤1.0Pa，一次熔炼获得直径460mm铸锭，二次熔炼获得直径540mm铸锭。

5）对VAR熔炼二次锭机加工去除冒口，同时单侧扒皮厚度12mm，然后对铸锭进行取样化验成分。

最终获得的TA1板条状钛残料熔炼回收钛锭成分合格，如表1所示，且各元素成分含量满足并优于国标。

表1 TA1板条状钛残料熔炼回收钛锭成分

实施例2 ：TC4牌号板条状钛残料的回收

1）使用液压剪床对TC4板条状钛残料进行定尺，定尺后宽度规格为50~200mm、长度规格为500~1500mm。

2）使用抛丸酸洗工艺方法将TC4板条状钛残料表面氧化皮、油污等杂质去除干净，并烘干，获得表面洁净、干燥的钛残料。

3）使用同心圆环形夹具辅助工装，对TC4板条状钛残料进行布料、点焊及捆绑电极，圆环形夹具内径为380mm。布料过程中，使用氩弧焊点焊的方法将尺寸较短板条不足至1500mm，布料应均匀密实。布料结束后，使用1.0mm厚、20mm宽纯钛窄带对圆柱形电极进行圆周方向紧固及捆绑，纯钛窄带头尾搭接长度180mm，使用氩弧焊点焊的方法对搭接头部及两侧进行焊接加固，焊点均匀布置，焊点25~30个，捆绑间距100mm，均匀布置。

4）对钛残料电极进行两次VAR熔炼，熔炼过程真空度分别为≤0.8Pa、≤0.9Pa，一次熔炼获得直径460mm铸锭，二次熔炼获得直径540mm铸锭。

5）对VAR熔炼二次铸锭机加工去除冒口，同时单侧扒皮厚度15mm，然后对铸锭进行取样化验成分。

最终获得的TC4板条状钛残料熔炼回收钛锭成分合格，如表2所示，且各元素成分含量满足并优于国标。

表2 TC4板条状钛残料熔炼回收钛锭成分

相比于通过将板条状钛残料破碎为屑状或小粒状形态，并与海绵钛混料压制电极块回收熔炼的现有技术，本专利技术可减少3个工序，同时回收料添加比例由30%提高至100%，使钛残料熔炼回收综合成本降低35%以上，经济效益可观，如表3所示。

表3 板条状钛残料熔炼回收效果对比表