專利名稱：一種生產(chǎn)高氮海綿鈦的工藝及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有色金屬冶煉領(lǐng)域，具體涉及一種生產(chǎn)高氮海綿鈦的工藝及其裝置。
背景技術(shù)：
氮能夠提高鈦合金的室溫強(qiáng)度，且氮對鈦合金的強(qiáng)化效應(yīng)最高，同時(shí)氮能夠促進(jìn)亞穩(wěn)定β相的分解，使“C”型曲線向右推移，同時(shí)氮能夠提高相變溫度，提高鈦開始再結(jié)晶溫度。海綿鈦的氮含量低于O. 005%，不能達(dá)到合金強(qiáng)化的目的，一部分高強(qiáng)鈦合金、鑄造鈦合金需要添加氮來增加強(qiáng)度，但國內(nèi)卻沒有合適工藝方法向鈦合金中添加氮元素。通過添加鈦粉導(dǎo)致鈦合金成本增加，還會(huì)引入其他間隙相雜質(zhì)。通過添加殘料或者鈦粉難以控 制，成分不均勻?qū)е虏牧闲阅懿痪鶆颍伻埸c(diǎn)較高，局部原料不能充分熔化，造成合金缺陷。現(xiàn)階段工業(yè)采用方法普遍存在添加不均勻，鈦錠的成分偏析，產(chǎn)生硬α缺陷，此類缺陷出現(xiàn)的位置往往是很小的、不連續(xù)的區(qū)域，這些區(qū)域會(huì)引起應(yīng)力集中，造成危害。為消除上述缺陷，必須通過三次熔煉才能獲得更好的成分均勻性，但三次重熔往往也不是一個(gè)徹底的解決方法，同時(shí)也增加了加工成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是解決上述技術(shù)存在的問題，通過直接在海綿鈦生成過程中添加氮，提供一種生產(chǎn)高氮海綿鈦的工藝及其裝置。本發(fā)明通過控制四氯化鈦的氮含量，以達(dá)到穩(wěn)定控制海綿鈦中氮含量的目的。根據(jù)鈦合金對氮含量的要求，生產(chǎn)含氮量符合要求的海綿鈦，不需要在海綿鈦熔煉過程中添加殘料或鈦粉，避免了常規(guī)方法造成的成分偏析和局部缺陷，同時(shí)也降低了合金混料的難度，提高了鈦錠的成分均勻和質(zhì)量穩(wěn)定，有效提高了鈦合金材料的性能，解決了國內(nèi)鈦合金無法準(zhǔn)確添加氮元素的技術(shù)難題。本發(fā)明可以將海綿鈦氮含量穩(wěn)定控制在O. 008^0. 03%之間，根據(jù)使用需求氮含量通常控制在O. 01 O. 02%之間，其它主要雜質(zhì)的控制范圍為C :0. 01 O. 03%,Fe :0. 01 O. 03%,Cl 0. 035^0. 05%, O 0. 05、· 065%。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，采取如下技術(shù)方案
一種生產(chǎn)高氮海綿鈦的工藝，包括以下步驟
(一)維持儲(chǔ)料罐內(nèi)正壓狀態(tài)，氮?dú)庥蓛?chǔ)料罐底部加入，通過液位計(jì)計(jì)量四氯化鈦的加入量，在儲(chǔ)料罐中將氮?dú)獬浞秩芙庥谒穆然仯?br> (二)根據(jù)海綿鈦氮含量的要求，計(jì)算儲(chǔ)料罐中四氯化鈦和純四氯化鈦的混合比例，儲(chǔ)料罐中四氯化鈦加入高位槽后，通過攪拌器混合；
(三)通過加料管將四氯化鈦加入反應(yīng)器，反應(yīng)器中的鎂將四氯化鈦還原得到海綿鈦，反應(yīng)器的壓力保持在O. 02、. 05MPa之間，反應(yīng)器內(nèi)熔體溫度控制在72(T840°C之間，高位槽壓力低于O. 03MPa時(shí)補(bǔ)充氬氣維持高位槽壓力。
—種生產(chǎn)高氮海綿鈦工藝的裝置，該裝置包括高位槽液位計(jì)I、充氬管2、充氮管3、儲(chǔ)料罐壓力表4、儲(chǔ)料罐注料管5、儲(chǔ)料罐液位計(jì)6、高位槽注料管7、連接管8、攪拌器9、高位槽壓力表10、加料管11、高位槽12和儲(chǔ)料罐13。四氯化鈦儲(chǔ)存在高位槽12內(nèi)，槽體上部是儲(chǔ)料罐13，通過連接管8相互連接。所述儲(chǔ)料罐13底部有充氮管3，通過該管通入高純氮?dú)猓瑑?chǔ)料罐13上部有儲(chǔ)料罐注料管13和儲(chǔ)料罐壓力表4，側(cè)面有儲(chǔ)料罐液位計(jì)6。氮?dú)鈴膬?chǔ)料罐13底部加入，通過儲(chǔ)料罐液位計(jì)6計(jì)量四氯化鈦的加入量。本發(fā)明具有如下有益效果
1、本發(fā)明通過控制四氯化鈦中的氮含量，最終獲得客戶需要的高氮海綿鈦，該工藝方法控制能夠準(zhǔn)確控制到客戶需要的氮含量范圍，很好的滿足了客戶需求； 2、本發(fā)明獲得的海綿鈦中的氮均勻分布，熔煉鈦合金過程中，無需添加鈦粉或殘鈦料等來增加鈦合金中的氮含量，鈦合金中的氮能夠均勻分布；
3、本發(fā)明所涉及的技術(shù)裝備簡單，容易制作安裝，工藝方法容易操作實(shí)施，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定、批量生產(chǎn)；
4、本發(fā)明開發(fā)的海綿鈦產(chǎn)品有較好的市場前景，能夠很好的滿足高端客戶的對海綿鈦的特殊需求，特別適合航空航天用高強(qiáng)鈦合金和鑄造鈦合金。本申請中的百分比例為重量百分比例。


I為高位槽液位計(jì)，2為充氬管，3為充氮管，4為儲(chǔ)料罐壓力表，5為儲(chǔ)料罐注料管，6為儲(chǔ)料罐液位計(jì)，7為連接管，8為高位槽注料管，9為攪拌器，10為高位槽壓力表，11為加料管，12為高位槽，13為儲(chǔ)料罐。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :以五噸還原爐為例，儲(chǔ)料罐中加入5噸四氯化鈦，通入氮?dú)猓ＷC儲(chǔ)料罐壓力O. 03、. IMPa,向高位槽注入15噸四氯化鈦，將儲(chǔ)料罐的四氯化鈦加入高位槽，用攪拌器充分混合。通過加料管將四氯化鈦加入反應(yīng)器，反應(yīng)器中鎂將四氯化鈦還原得到海綿鈦。反應(yīng)器內(nèi)的壓力保持在O. 02、· 05MPa之間，反應(yīng)器內(nèi)熔體溫度控制72(T840°C之間，高位槽壓力低于O. 03MPa時(shí)補(bǔ)充氬氣維持高位槽壓力。最終可獲得海綿鈦的主要指標(biāo)為N 0. 009 O. 01%, C:0. θΓθ. 15%，F(xiàn)e O. θΓθ. 03%, Cl 0. 035^0. 05%, O 0. 05^0. 06%。實(shí)施例2 :以五噸還原爐為例，儲(chǔ)料罐中加入7噸四氯化鈦，通入氮?dú)猓ＷC儲(chǔ)料罐壓力O. 03、. IMPa,向高位槽注入13噸四氯化鈦，將儲(chǔ)料罐的四氯化鈦加入高位槽，用攪拌器充分混合。通過加料管將四氯化鈦加入反應(yīng)器，反應(yīng)器中鎂將四氯化鈦還原得到海綿鈦，
反應(yīng)器內(nèi)的壓力保持在O. 02、. 05MPa之間，反應(yīng)器內(nèi)熔體溫度控制72(T840°C之間，高位槽壓力低于O. 03MPa時(shí)補(bǔ)充氬氣維持高位槽壓力。最終可獲得海綿鈦的主要指標(biāo)為N 0. 012 O. 013%，C:0. θΓθ. 15%，F(xiàn)e
0.θΓθ. 03%, Cl 0. 035^0. 05%, O 0. 05^0. 06%。
實(shí)施例3 :以五噸還原爐為例，儲(chǔ)料罐中加入11噸四氯化鈦，通入氮?dú)猓ＷC儲(chǔ)料罐壓力O. 03、. IMPa,向高位槽注入10噸四氯化鈦，再將儲(chǔ)料罐的四氯化鈦加入高位槽，用攪拌器充分混合。通過加料管將四氯化鈦加入反應(yīng)器，反應(yīng)器中鎂將四氯化鈦還原得到海綿鈦。反應(yīng)器內(nèi)的壓力保持在O. 02、· 05MPa之間，反應(yīng)器內(nèi)熔體溫度控制72(T840°C之間，高位槽壓力低于O. 03MPa時(shí)補(bǔ)充氬氣維持高位槽壓力。 最終可獲得海綿鈦的主要指標(biāo)為N 0. 016 O. 018%，C :0. θΓθ. 15%，F(xiàn)e
O.θΓθ. 03%, Cl 0. 035^0. 05%, O 0. 05^0. 06%。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)高氮海綿鈦的工藝，其特征在于包括以下步驟 (一)維持儲(chǔ)料罐內(nèi)正壓狀態(tài)，氮?dú)庥蓛?chǔ)料罐底部加入，通過液位計(jì)計(jì)量四氯化鈦的加入量，在儲(chǔ)料罐中將氮?dú)獬浞秩芙庥谒穆然仯? (二)根據(jù)海綿鈦氮含量的要求，計(jì)算儲(chǔ)料罐中四氯化鈦和高位槽四氯化鈦的混合比例,儲(chǔ)料罐中四氯化鈦加入高位槽后,通過攪拌器混合； (三)通過加料管將高位槽內(nèi)的四氯化鈦加入反應(yīng)器，反應(yīng)器中的鎂將四氯化鈦還原得到海綿鈦，反應(yīng)器的壓力保持在O. 02、. 05MPa之間，反應(yīng)器內(nèi)熔體溫度控制在72(T840°C之間，高位槽壓力低于O. 03MPa時(shí)補(bǔ)充氬氣維持高位槽壓力。
2.一種基于權(quán)利要求I所述的生產(chǎn)高氮海綿鈦工藝的裝置，其特征在于該裝置包括高位槽液位計(jì)(I)、充氬管(2 )、充氮管(3 )、儲(chǔ)料罐壓力表(4 )、儲(chǔ)料罐注料管(5 )、儲(chǔ)料罐液位計(jì)(6)、連接管(7)、高位槽注料管(8)、攪拌器(9)、高位槽壓力表(10)、加料管(11)、高位槽(12)和儲(chǔ)料罐(13)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于四氯化鈦儲(chǔ)存在高位槽(12)內(nèi)，槽體上部是儲(chǔ)料罐(13)，通過連接管(8)相互連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述儲(chǔ)料罐(13)底部有充氮管(3)，通過該管通入高純氮?dú)猓瑑?chǔ)料罐(13)上部有儲(chǔ)料罐注料管(13)和儲(chǔ)料罐壓力表(4)，側(cè)面有儲(chǔ)料罐液位計(jì)(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于氮?dú)鈴膬?chǔ)料罐(13)底部加入，通過儲(chǔ)料罐液位計(jì)(6)計(jì)量四氯化鈦的加入量。
全文摘要
本發(fā)明目的是解決上述技術(shù)存在的問題，通過直接在海綿鈦生成過程中添加氮，提供一種生產(chǎn)高氮海綿鈦的工藝及其裝置。本發(fā)明通過控制四氯化鈦的氮含量，以達(dá)到穩(wěn)定控制海綿鈦中氮含量的目的。根據(jù)鈦合金對氮含量的要求，生產(chǎn)氮量符合要求的海綿鈦，不需要在海綿鈦熔煉過程中添加殘料或鈦粉，避免了常規(guī)方法造成的成分偏析和局部缺陷，同時(shí)也降低了合金混料的難度，提高了鈦錠的成分均勻和質(zhì)量穩(wěn)定，有效提高了鈦合金材料的性能，解決了國內(nèi)鈦合金無法準(zhǔn)確添加氮元素的技術(shù)難題。
文檔編號(hào)C22B34/12GK102816942SQ20121033362
公開日2012年12月12日 申請日期2012年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月11日
發(fā)明者張金寶, 張軍, 王巖峰, 胥永 申請人:朝陽金達(dá)鈦業(yè)有限責(zé)任公司