專利名稱：一種稀有金屬回收電極增重方法及其設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種稀有金屬回收電極增重的新技術方法及其設計的專有設備領域。
背景技術：
鋯、鈦等稀有金屬主要應用在核電、航空、航天等先進領域，該類金屬因在地殼中含量少或分布稀散，采礦、冶煉因難等原因，被歸于稀有金屬。由于稀有金屬材料的價格較高，一般在40-200萬元/噸。隨著近些年人類對稀有金屬的進一步認識，其應用領域和需求量在世界范圍內迅速增加，其也成了 “朝陽”金屬，尤其在我國，近幾年國家大力發展核電站，使鋯金屬材料加工成為國家投資支持的重點，鈦材也成為國內投資的熱門，僅在5年內其加工產能就提高了 10多倍。但是鋯、鈦等稀有金屬也屬于一種難加工金屬，加工工序長、變形較困難，加工過程中產生的殘料約占總投料量的50% -70%，因此生產過程中會產生大量廢殘料，如何能有效利用廢殘料成為可使用的返回料，達到節約資源、降低成本的目的，這一直以來是行業內大家公認的難題，世界各個企業都將稀有金屬的廢殘料的綜合回 收技術等同與合金配方一樣進行重視和保密。由于鋯、鈦稀有金屬是活性金屬，用于回收利用鋯、鈦稀有金屬的常規設備一般為真空自耗電弧爐，該爐子雖然是理想的熔煉高質量產品的設備，但需要制備較大且外形規則的鋯、鈦等稀有金屬或其合金的自耗電極。而在生產中產生的廢殘料外形大小各異、種類不同，給制備規則自耗電極造成異常大的困難，限制了廢殘料的回收利用率。目前美國采用的稀有金屬回收電極增重方法是將能制備自耗電極的屑狀原料等制備成電極，難以制備電極的原料(一般指不規則塊料或直徑超過30厘米的大直徑塊料等)直接放入真空自耗電弧爐內，采用熔煉的金屬液包裹塊料進行回收鑄錠，回收的鑄錠可作自耗電極用于后期生產，即為回收電極，以此方法達到鋯、鈦等稀有金屬的回收電極增重，其使用的設備為常規的真空自耗電弧爐，但是上述操作過程復雜，生產周期長、生產效率低下、生產成本高、回收電極的鑄錠質量相對較差。其生產一個7噸重的鈦或其合金的回收電極約需I. 5天時間，需要重復操作十多次，每次的工藝步驟為加入殘料一封爐一抽空一熔煉一冷卻一充氬一拆爐一加入殘料一封爐一抽空一熔煉一冷卻一充氬一拆爐，其中加入殘料一封爐一抽空一熔煉一冷卻一充氬一拆爐需重復進行十余次，該方法雖然基本能較全面的回收殘料，但操作異常麻煩，生產率低下，又每次需要充入大量氬氣，生產成本很高，同時又由于反復拆爐，給鑄錠帶來大氣的污染和外來物污染的可能。日本現使用的技術主要是將不易制備成自耗電極的大塊殘廢料(直徑大于30mm)放入價格高的稀有金屬原材料(塑性好)中間進行包裹后壓制成自耗電極，同時，改造了設備，使設備能夠自動加入直徑小于30mm的殘料，該方法雖然能回收大部分殘料，相對生產效率較高，鑄錠質量較好，但使用了較多的原材料，生產不了 100%的殘料回收鑄錠。由于上述現行制造工藝及其設備在稀有金屬回收電極增重上存在使用受限、成本較高、殘廢料使用率低、回收電極的鑄錠質量差等諸多問題，無法滿足目前對稀有金屬回收電極增重，從而避免浪費、有效提高殘廢料利用率、降低生產成本、擴大殘廢料回收利用范圍的使用要求及需求。

發明內容
本發明所要解決的是提供一種稀有金屬回收電極增重方法及其設備，通過回收電極增重方法來有效解決大直徑(直徑大于30_)及不規則鈦、鋯等稀有金屬及合金殘廢料的回收利用，并能100%的將殘廢料進行綜合利用，生產效率高、生產成本低、回收產品質量
聞。 本發明為解決上述技術問題，采用的技術方案是以常規的真空自耗電弧爐為主體設備實施回收電極增重，其中稀有金屬回收電極增重方法的實施步驟依順序為a)原料準備將同一材質及牌號的廢殘料、邊角料作為原料，原料分為二類，其中依據常規工藝選擇易于制備電極的原料作為電極原料；依據常規工藝難以制備電極的不規則原料及直徑超過30_的原料作為添加料，添加料按常規工藝計算的重量稱量后備料待用；b)原料凈化干燥依原料不同采用不同的常規方法對原料進行凈化處理，例如鈦的常規凈化處理具體過程為堿洗、水洗、酸洗、水洗、烘干、磁選、備用；c)電極的制備電極的制備采用常規方法，將電極原料分成若干份，采用常規的壓制法制成單塊電極，將單塊電極通過組焊的方法獲得一根真空自耗電弧爐使用的自耗電極；或采用常規的捆扎法，直接捆扎成自耗電極。自耗電極的重量與添加料的重量按常規匹配，以便于熔煉的有效進行，其中自耗電極的重量與匹配的添加料的重量是按真空自耗電弧爐熔煉的常規方法計算確定的；d)料筒裝料將按真空自耗電弧爐熔煉的常規方法計算確定的與自耗電極重量相匹配的添加料均分為若干份，分為6至15份，將每份添加料分別加入到設備的料筒中，其中對于熔煉一般用途的回收電極的添加料分為6至9份，對于熔煉質量要求較高的回收電極的添加料分為9至15份，其中在坩堝內依常規放置少量添加料作為引弧使用；e)真空自耗電弧熔煉按常規真空自耗電弧熔煉方法熔煉，將自耗電極置于真空自耗電弧爐中，封爐抽真空后，接通電源，利用電極和坩堝兩極間電弧產生的高溫將自耗電極熔化成滴落入坩堝進行熔煉；f)熔煉中分批添料增重在進行步驟e)的過程中，啟動連續進料裝置，按時按要求將料筒內的添加料通過送料通道分批加入真空自耗電弧爐中并使添加料落入坩堝中，自耗電極熔煉的熔液將添加料包裹成為整體。按時按要求加入添加料是指在確保不出爐的情況下，按常規工藝設定的要求將添加料分批加入；g)拆爐出錠經真空自耗電弧熔煉后，坩堝內自耗電極和添加料全部冷凝成錠，冷卻到拆爐溫度后拆爐出錠，所出鑄錠就是回收電極，回收電極的重量為熔化落入熔池內的自耗電極和添加料的總重量，即進行了稀貴金屬殘廢料的回收又實現了回收電極增重。本專利方法與美國方法相比，減少了回收過程中每次的封爐、抽空、充氬和拆爐四個過程，大大提高了工作效率，不用充氬也降低了生產成本，避免了大氣和外來物對材料的污染，回收鑄錠的質量有保障。與日本方法相比，能有效地回收大塊殘料，不使用價格高的原料,生產效率相同,但成本低、回收率高。
本發明的另一目的通過下述稀有金屬回收電極增重設備來實現上述稀有金屬回收電極增重辦法。稀有金屬回收電極增重設備是一種增設連續進料裝置的真空自耗電弧爐，使得直空自耗電弧爐與連續進料裝置成為一體，其中連續進料裝置由加料倉、送料通道、旋轉機構三部分構成，加料倉包括靜盤、轉盤、料筒，旋轉機構由齒輪箱、減速箱及電源組成，真空自耗電弧爐通過送料通道與加料倉相連通，旋轉機構與轉盤相連接，其中在轉盤同一圓周上均布設置一定數量的料筒，轉盤正下方設置靜盤，靜盤上與料筒處于同一圓周上設有一個靜盤出口 ；靜盤出口是在靜盤上開設的等于或略大于料筒的通孔；轉盤和靜盤為直徑相同或相近的金屬圓盤。加料倉的頂部設有倉蓋，倉蓋與加料倉之間系活動連接，倉蓋與加料倉之間設有密封環，其中倉蓋移開可向加料倉內的料筒放置添加料，完成加料后合上倉蓋，密封環起到密封作用，使得加料倉與外界隔絕，打開倉蓋的方式采用常規的上翻式或平滑式。送料通道的一端伸入真空自耗電弧爐內，另一端焊接在靜盤出口，其中在真空自耗電弧爐爐體上開出通孔，送料通道是通過通孔伸入真空自耗電弧爐，將送料通道與通孔相接處通過焊接將送料通道固定在真空自耗電弧爐上，實現直空自耗電弧爐與連續進料裝置的一體化，對直空自耗電弧爐抽真空時會使得直空自耗電弧爐與連續進料裝置均成為真 空，連續進料裝置中的倉蓋與加料倉之間的密封環、旋轉裝置與轉盤之間的常規動密封會使得在抽真空時連續進料裝置與外界隔絕，實現抽真空。轉盤上均布設置一定數量的料筒是指在轉盤同一圓周上每隔一定距離就開設I個料筒，料筒的數量為6至15個。本發明的有益效果由于在常規的真空常規真空自耗電弧爐上設置了連續進料裝置，通過送料通道將料筒內的添加料分批加入真空自耗電弧爐內的坩堝，實現了回收電極增重的熔煉過程中的電極及添加料的不破真空熔煉，直至冷凝成錠完成回收電極增重，采用上述設備減少了回收過程中每次的封爐、抽空、充氬和拆爐四個過程，大大提高了工作效率，不用充氬也降低了生產成本，避免了大氣和外來物對材料的污染，回收鑄錠的質量有保障，能有效地回收大塊殘料，廢殘料的回收利用可達到100%，生產成本低、回收率高。實現稀有金屬回收電極增重方法的設備結構簡單緊湊，設備投資低，工藝流程簡單、實用、高效、生產成本低且回收率高，能有效回收大塊殘料。


圖I用于實施稀有金屬回收電極增重的設備結構示意2圖I所示設備中料筒平面分布3圖I中A處局部示意中I.坩堝、2.熔池、3.鑄錠、4.電極、5.電極桿、6.爐體、7.旋轉機構、8.料筒、9.加料倉；10.電弧、11.油缸、12.轉盤、13.送料通道、14.倉蓋、15.密封環、16.電源、17.靜盤、18、水套、19.靜盤出口 ；
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步的詳細描述附圖所示的是用于實施稀有金屬回收電極增重的設備結構，設備由常規的真空自耗電弧爐及設置在常規真空自耗電弧爐上的連續進料裝置兩部分組成，其中圖中所示真空自耗電弧爐部分是真空自耗電弧爐的常規結構，其中連續進料裝置由轉盤、送料通道及加料倉構成，加料倉上設有倉蓋，加料時可移開倉蓋將均分的添加料加入料筒內，完成加料后可合上倉蓋，同時倉蓋與加料倉之間的密封環起密封作用，使得加料倉與外界相隔絕。連續進料裝置通過送料通道與真空自耗電弧爐相連通，送料通道系中空管道，一端穿入真空自耗電弧爐內，另一端焊接在靜盤出口下部，轉盤設在靜盤上，轉盤和靜盤為兩個直徑相同或相近的同軸金屬圓盤，轉盤通過與轉盤相連接的旋轉機構的驅動實現轉盤在靜盤上的旋轉，轉盤上在同一圓周上均布一定數量的料筒，料筒為6-15個，圖中所示料筒為8個，料筒是中空的沒有底的桶狀容器，靜盤上設有一個靜盤出口，靜盤出口是和料筒位于同一圓周上且直徑相等或略大于料筒直徑的通孔。
轉盤與旋轉機構相連，旋轉機構由齒輪箱、減速箱、油缸、電源相連接后組成，當電源接通或斷開時，通過驅動油缸、減速箱、齒輪箱后實現并控制轉盤的旋轉及停止，使得每個料筒依次轉動至靜盤出口上方，完成料筒內添加料通過靜盤出口滑入進料通道后進入爐體，落入坩堝。轉盤旋轉一周就使得所有料筒內的添加料按時按要求依次進入進料通道后進入爐體，落入坩堝，完成全部添加料的添加，使得整個熔煉過程中不破真空并自動加料，坩堝內的金屬熔液從下至上依次隨著溫度降低而逐步冷凝成錠，成為回收電極。本發明實現了采用常規的真空自耗電弧爐，通過添設連續進料裝置，實現了在常規的真空自耗電弧熔煉工藝下的連續進料。
權利要求
1.一種稀有金屬回收電極增重方法，其特征在于，稀有金屬回收電極增重的具體步驟依順序為 a)原料準備將同一材質及牌號的廢殘料、邊角料作為原料，原料分為二類，其中依據常規工藝選擇易于制備電極的原料作為電極原料；依據常規工藝難以制備電極的不規則原料及直徑超過30_的原料作為添加料； b)原料凈化干燥； c)電極的制備； d)料筒裝料，添加料均分為若干份后分別添加到料筒中； e)直空自耗電弧熔煉； f)熔池分批添料增重在進行步驟e)的過程中，啟動連續進料裝置，按時按要求將料筒內的添加料通過送料通道分批加入真空自耗電弧爐并使得添加料落入坩堝中，直至全部添加料熔化在熔池中； g)拆爐出錠。
2.根據權利要求I所述稀有金屬回收電極增重方法，其特征在于，其中步驟d)將添加料分為6至15份。
3.一種用于實施稀有金屬回收電極增重方法的設備，設備主體是真空自耗電弧爐，其特征在于，在真空自耗電弧爐上增設連續進料裝置，使得直空自耗電弧爐與連續進料裝置成為一體，連續進料裝置由加料倉、送料通道、旋轉機構三部分構成，其中加料倉包括靜盤、轉盤、料筒；旋轉機構由齒輪箱、減速箱、油缸及電源組成；真空自耗電弧爐通過送料通道與加料倉相連通，旋轉機構與轉盤相連接，在轉盤同一圓周上均布設置一定數量的料筒，轉盤正下方設置靜盤，靜盤上與料筒處于同一圓周上設有一個靜盤出口。
4.根據權利要求3所述用于實施稀有金屬回收電極增重方法的設備，其特征在于，力口料倉的頂部設有倉蓋，倉蓋與加料倉之間系活動連接，倉蓋與加料倉之間設有密封環。
5.根據權利要求3所述用于實施稀有金屬回收電極增重方法的設備，其特征在于，真空自耗電弧爐通過送料通道與加料倉相連通是通過將送料通道的一端伸入真空自耗電弧爐內，另一端焊接在靜盤出口的方式實現的。
6.根據權利要求3所述用于實施稀有金屬回收電極增重方法的設備，其特征在于，轉盤上設置的料筒為6至15個。
全文摘要
本發明涉及一種稀有金屬回收電極增重方法及其設備，其工藝步驟主要包括將同一材質及牌號的鈦、鋯等稀有金屬及合金分為電極原料和添加料，其中電極原料制備成自耗電極，采用真空自耗電弧熔煉將自耗電極熔化滴落真空自耗電弧爐內坩堝進行熔煉，同時通過連續進料裝置將添加料分批加入坩堝，最終完成自耗電極與添加料熔化冷凝成錠后制成回收電極，完成回收電極增重。本發明用于稀有金屬回收電極增重方法的設備是增設了連續進料裝置的真空自耗電弧爐，其中連續進料裝置由加料倉、送料通道、旋轉機構三部分構成。本發明解決了大直徑稀有金屬殘廢料難以有效利用的技術難題，提高了工作效率并降低了生產成本。
文檔編號C22B34/14GK102899494SQ20111020927
公開日2013年1月30日 申請日期2011年7月25日 優先權日2011年7月25日
發明者馬林生, 于潤康, 王立平, 唐首斌, 姬向峰 申請人:國核寶鈦鋯業股份公司, 寶雞稀有金屬裝備設計研制所