[发明专利]生产含碳海绵钛的方法及其装置无效
申请号: | 201510021825.6 | 申请日: | 2015-01-13 |
公开(公告)号: | CN104561607A | 公开(公告)日: | 2015-04-29 |
发明(设计)人: | 胥永;张金宝;张军;王继宪 | 申请(专利权)人: | 朝阳金达钛业股份有限公司 |
主分类号: | C22B34/12 | 分类号: | C22B34/12 |
代理公司: | 沈阳科苑专利商标代理有限公司 21002 | 代理人: | 卜海慧 |
地址: | 122000 辽*** | 国省代码: | 辽宁;21 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 生产 海绵 方法 及其 装置 | ||
技术领域
本发明涉及有色金属冶炼技术领域,具体涉及一种生产含碳海绵钛的方法及其装置。
背景技术
碳元素作为海绵钛杂质元素,需要在海绵钛生产过程中进行严格控制;海绵钛中的碳元素主要来自于与镁锭和四氯化钛,使用合格四氯化钛和低碳镁锭生产的海绵钛碳含量通常低于0.01%,且碳元素在海绵钛中含量稳定,完全满足钛合金对海绵钛碳含量的要求。
近α钛合金为典型的高温合金,它们兼具α钛合金的抗蠕变性能又具有较高强度。这类合金使用温度为500~650℃,几乎所有新型高温钛合金都加入了0.05~0.3%的碳进行合金化。英国IMI834(Ti-5.8Al-4Sn-3.5Zr-0.7Nb-0.5Mo-0.35Si-0.06C)、IMI5(Ti-4Al-4Sn-4Mo-0.5Si-0.1C)、中国Ti6(Ti-5.6Al-4.8Sn-2Zr-1Mo-0.7Nb-0.35Si-0.06C)等一系列合金都加入了碳元素。碳元素的加入能够扩大钛合金的热加工窗口,还可以减少片层组织和双态组织的尺寸,细化晶粒效果明显;降低合金元素的扩散速度,晶界迁移受阻,晶粒长大速度降低。
目前钛合金熔炼过程中都是通过人工方式添加碳粉,这样会容易造成碳含量分布不均匀,最终造成钛合金成分偏析和局部缺陷,碳含量过高会析出粗大碳化物,虽细化了片层组织,但是却降低了合金塑性和蠕变性。
发明内容
本发明目的是提供一种生产含碳海绵钛的方法及其装置,通过在海绵钛生成之前预先添加碳来解决碳在钛合金熔炼过程中添加不均匀导致的一系列问题。
本发明通过控制四氯化钛的碳含量,以达到稳定、准确控制海绵钛中碳含量的目的。根据高温钛合金和高强钛合金对碳含量的要求,生产含碳量符合要求的海绵钛,避免了常规方法造成钛合金中的碳元素成分偏析和局部缺陷。含碳海绵钛在钛合金中析出的碳化物和颗粒尺寸非常理想,有效解决了钛合金添加碳元素的负面影响,同样降低了钛合金配料混料的难度,保证了钛合金锭成分均匀和质量稳定,解决了国内钛合金熔炼过程中添加碳元素的一系列技术难题。
为实现上述目的本发明采取以下技术方案:一种生产含碳海绵钛的方法,其特征在于:在四氯化钛生成海绵钛之前预先添加含碳化合物,再将预混有含碳化合物的四氯化钛还原制得含碳海绵钛。
所述的含碳化合物为四氯化碳,添加四氯化碳制得含碳海绵钛包括以下方法:
(1)将四氯化钛储料罐内的压力控制在0.03~0.06Mpa,维持四氯化钛储料罐内始终呈正压状态,之后定量加入四氯化钛,于搅拌中加入定量的四氯化碳,四氯化碳加入流量为800~1000ml/min,使四氯化碳充分溶解于四氯化钛中;
(2)根据海绵钛中碳含量的要求,控制储料罐中四氯化碳与四氯化钛混合料中的C/Ti质量比为0.01~1.0%;
(3)将混合好的四氯化碳与四氯化钛混合料加入到盛放液体镁的海绵钛反应器中,混合料加入速度根据不同反应阶段控制在150~300kg/h,反应器的压力保持在0.01~0.03Mpa,反应器内熔体温度控制在780~880℃,在该条件下还原制得含碳海绵钛。
所述的四氯化碳与四氯化钛混合料中的C/Ti质量比选择为0.03~0.2%,当C/Ti质量比在0.03~0.2%时,其偏差范围应在±0.02%,海绵钛其它主要杂质元素的控制范围为Si:0.01~0.03%,Fe:0.01~0.15%,Cl:0.035~0.1%,O:0.05~0.08%。
所述的四氯化碳与四氯化钛混合料中的C/Ti质量比优选为0.05~0.11%。
所述的四氯化钛储料罐内的压力低于0.03MPa时,补充氩气使罐内压力保持在0.03~0.06Mpa。
本发明生产含碳海绵钛方法的专用装置,其特征在于:该装置包括四氯化钛储料罐、四氯化碳加料槽和连接四氯化钛储料罐的还原反应器;内装搅拌器的四氯化钛储料罐与四氯化碳加料槽相连通,四氯化碳储存在加料槽内,通过四氯化碳出料管与四氯化钛储料罐相连接,位于储料罐侧部装有液位计,用于计量四氯化碳的加入量,液位计上方与储料罐连通装有充氩管,用氩气来保护加料槽和储料罐内物料不受空气污染,在充氩管前端安装压力监控阀,用于监测储料罐内的压力;四氯化钛储料罐底部分别装有四氯化钛加料管及混合料出料管,混合料通过出料管加入到海绵钛反应器中反应制得含碳海绵钛。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果:
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