利用电子束炉提纯废钛屑生产钛锭的方法与流程

1.本发明涉及钛合金加工废料提纯技术领域，特别涉及一种利用电子束炉提纯废钛屑生产钛锭的方法。


背景技术：

2.金属钛重量轻、强度高、具金属光泽，亦有良好的抗腐蚀能力。由于其稳定的化学性质，良好的耐高温、耐低温、抗强酸、抗强碱，以及高强度、低密度，被美誉为“太空金属”。钛可以制成钛锭、钛板、钛棒、钛管、钛复合材料等钛材料。在化工、医疗、建筑、军事等方面都有大量应用。
3.国内大多钛合金生产加工企业都将海绵钛经液压机压制成锭，添加合金包，采用真空自耗冶炼的方式进行生产。所谓真空自耗冶炼的方式是指真空下，被熔材料作为一电极，水冷铜增埚为另一电极，在两极间引弧，被熔材料被电弧高温熔化而滴入增埚中，逐步熔化，逐步冷凝成锭子的冶炼方法，由于真空自耗冶炼的方式真空度不高，适用于如海绵钛这类杂质含量单一的钛产品提纯，而对于钛合金加工废料，由于杂质成分复杂，工业上不适于采用真空自耗冶炼的方式进行生产。而若配置高真空，不仅成本过高，同时还失去了工业价值。


技术实现要素：

4.有鉴于此，针对上述不足，有必要提出一种利用电子束炉提纯废钛屑生产钛锭的方法。
5.一种利用电子束炉提纯废钛屑生产钛锭的方法，包括如下步骤：配混步骤：将钛屑颗粒与辅料颗粒按预定比例配料、混合，形成调制钛合金混合料，所述辅料粉料包括金属铝豆；熔炼步骤：对电子束炉抽空，使电子束炉内形成负压环境，将烘干后的调制钛合金混合料装入电子束炉内的水平坩埚中，启动电子枪对水平坩埚中的底料进行面扫描熔炼，以将调制钛合金混合料的杂质元素挥发。
6.优选的，所述辅料粉料还包括钒铝合金颗粒。
7.优选的，在熔炼步骤中，熔化后的调制钛合金混合料熔液从水平坩埚溢流入电子束炉内的竖直坩埚中，自下而上的顺序凝固成钛柱锭，以使非金属夹杂物上浮。
8.优选的，在熔炼步骤中，将电子束炉内抽空至1.0
×
10-1
pa至1.0
×
10-3
pa。
9.优选的，在配混步骤前还包括烘干步骤，所述烘干步骤具体为：将钛屑颗粒依次进行甩干脱水、真空烘干。
10.优选的，在烘干步骤前还包括除杂步骤，所述除杂步骤具体为：用金属清洗剂清洗钛屑颗粒，然后过滤掉清洗水，再进行酸洗，以去除钛屑颗粒表面的氧化层。
11.优选的，在除杂步骤前还包括磁选步骤，所述磁选步骤具体为：
将钛屑颗粒投入磁选机，进行磁性物质筛选。
12.优选的，在除杂步骤前还包括破碎步骤，所述破碎步骤具体为：将钛合金加工废料投入金属撕碎机进行破碎，形成钛屑颗粒。
13.优选的，所述电子枪为双枪或三枪。
14.优选的，所述竖直坩埚为水冷铜坩埚。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：相比真空自耗冶炼，采用电子束炉熔炼，由于真空度高，熔池温度及调制钛合金混合料处于液态的时间可控，提纯效果显著。
附图说明
16.图1为所述利用电子束炉提纯废钛屑生产钛锭的装置的结构框图。
17.图2为所述铸锭组件的主视图。
18.图3为所述铸锭组件的俯视图。
19.图中：电子束炉10、铸锭组件11、水平坩埚111、竖直坩埚112、坩埚本体1121、升降底盖1122、下料筒113、混合单元20、烘干单元30、除杂单元40、磁选单元50、破碎单元60。
具体实施方式
20.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图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。
21.本发明实施例提供了一种利用电子束炉提纯废钛屑生产钛锭的方法，包括如下步骤：配混步骤：将钛屑颗粒与辅料颗粒按预定比例配料、混合，形成调制钛合金混合料，辅料粉料包括金属铝豆；熔炼步骤：对电子束炉10抽空，使电子束炉10内形成负压环境，将烘干后的调制钛合金混合料装入电子束炉10内的水平坩埚111中，启动电子枪对水平坩埚111中的底料进行面扫描熔炼，以将调制钛合金混合料的杂质元素挥发。
22.电子束炉10熔炼过程中，由于调制钛合金混合料内混合有铝豆，添加的铝豆不仅作为铝元素蒸发损失挥发的补充作用，更重要的是，铝豆熔化后能将钛屑颗粒迅速全面浸润，电子枪施加在某一区域的热量能迅速通过液相传递给相邻区域钛屑颗粒，电子枪对水平坩埚111内的调制钛合金混合料不再需要全覆盖式扫描，由于减少了扫描密度，相应的提高了熔炼速度，熔炼效率得以提高。熔炼时间相对缩短，易挥发元素如铝的补充量得以减少，从而降低了成本。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：相比真空自耗冶炼，采用电子束炉10熔炼，由于真空度高，熔池温度及调制钛合金混合料处于液态的时间可控，提纯效果显著。
24.进一步，辅料粉料还包括钒铝合金颗粒。
25.参见图3，进一步，在熔炼步骤中，熔化后的调制钛合金混合料熔液从水平坩埚111溢流入电子束炉10内的竖直坩埚112中，自下而上的顺序凝固成钛柱锭，以使非金属夹杂物
上浮。
26.调制钛合金混合料熔液在竖直坩埚112内自下而上的顺序凝固特点，有利于非金属夹杂物的上浮而被去除。
27.进一步，在熔炼步骤中，将电子束炉10内抽空至1.0
×
10-1
pa至1.0
×
10-3
pa。
28.进一步，在配混步骤前还包括烘干步骤，烘干步骤具体为：将钛屑颗粒依次进行甩干脱水、真空烘干。
29.进一步，在烘干步骤前还包括除杂步骤，除杂步骤具体为：用金属清洗剂清洗钛屑颗粒，然后过滤掉清洗水，再进行酸洗，以去除钛屑颗粒表面的氧化层。
30.进一步，在除杂步骤前还包括磁选步骤，磁选步骤具体为：将钛屑颗粒投入磁选机，进行磁性物质筛选。
31.进一步，在除杂步骤前还包括破碎步骤，破碎步骤具体为：将钛合金加工废料投入金属撕碎机进行破碎，形成钛屑颗粒。
32.具体的，在破碎步骤之前，先将钛合金加工废料中肉眼可见的大块异物挑拣出来。
33.进一步，电子枪为双枪或三枪。
34.进一步，竖直坩埚112为水冷铜坩埚。
35.下述利用电子束炉提纯废钛屑生产钛锭的装置用于实施利用电子束炉提纯废钛屑生产钛锭的方法。
36.参见图1至图3，本发明实施例提供了一种利用电子束炉提纯废钛屑生产钛锭的装置，包括电子束炉10，电子束炉10包括铸锭组件11，铸锭组件11内置于电子束炉10的内腔，铸锭组件11包括水平坩埚111、竖直坩埚112，水平坩埚111顶部敞口，水平坩埚111侧壁的顶部设有溢流槽，竖直坩埚112包括坩埚本体1121、升降底盖1122，坩埚本体1121上下开口，溢流槽的出口与坩埚本体1121的上端开口连接，升降底盖1122扣合在坩埚本体1121的下端开口处，升降底盖1122可沿坩埚本体1121的轴线方向上下直线往复移动。
37.通过在竖直坩埚112的下端开口处设计升降底盖1122，随着升降底盖1122的下移，进入调制钛合金混合料熔液连续凝固，并不断向下生长增长，满足钛合金加工废料连续熔炼生产钛柱锭的需要。
38.在一个具体实施例，升降底盖1122的下端面与气缸的伸缩端连接，以通过气缸驱动升降底盖1122相对坩埚本体1121上下直线往复移动，当然，升降底盖1122驱动的方式不限于气缸。
39.参见图1至图3，进一步，铸锭组件11还包括下料筒113，下料筒113的出口与水平坩埚111的顶部敞口连接。
40.参见图1至图3，进一步，电子束炉10还包括负压部件，负压部件的出口与电子束炉10的内腔连通。
41.在一个具体实施例，负压部件为真空泵，用于对电子束炉10的内腔抽空。
42.参见图1至图3，进一步，利用电子束炉提纯废钛屑生产钛锭的装置还包括混合单元20，混合单元20包括称量斗，称量斗为三个，三个称量斗分别用于计量钛屑颗粒、金属铝豆、钒铝合金颗粒的重量。
43.参见图1至图3，进一步，混合单元20还包括混合机，三个称量斗的出口均与混合机
的入口连接，混合机的出口与下料筒113的入口连接。
44.参见图1至图3，进一步，利用电子束炉提纯废钛屑生产钛锭的装置还包括烘干单元30，烘干单元30用于将钛屑颗粒依次进行甩干脱水、真空烘干。
45.参见图1至图3，进一步，利用电子束炉提纯废钛屑生产钛锭的装置还包括除杂单元40，除杂单元40用于钛屑颗粒的清洗、酸洗。
46.参见图1至图3，进一步，利用电子束炉提纯废钛屑生产钛锭的装置还包括磁选单元50，磁选单元50包括磁选机，磁选机用于钛屑颗粒中的磁性物质筛选。
47.参见图1至图3，进一步，利用电子束炉提纯废钛屑生产钛锭的装置还包括破碎单元60，破碎单元60包括金属撕碎机，金属撕碎机用于将钛合金加工废料破碎成钛屑颗粒。
48.参见图1至图3，进一步，电子束炉10还包括电子枪，电子枪为双枪或三枪。
49.本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。
50.本发明实施例装置中的模块或单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。
51.以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。