钛知识国内外废残钛种类及应用

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(一)海绵钛生产产生的废钛(等外海绵钛和等外钛粉)

目前,我国生产的海绵钛,在钛坨的上表皮、底皮和部分边皮,被氯、氧、氮和铁等杂质严重沾污,其重量占整个钛坨的6-8%,不符合作为加工钛材的原料。因此,在海绵钛的早期生产中,曾有过堆积如山的残钛。后来发现这些残钛有几种用途,如:作炼钢的添加剂和铝加工工业的晶粒细化剂,少量经过严格挑选和充氢保存的残钛,可用来作熔炼钛锭和高温合金的添加剂、钛铸造和钛粉末冶金的原料;在海绵钛破碎过程中产生的小于20目以下的钛粉,可作为制造钛过滤器,炼钢添加剂——钛块、电焊条涂料钛酸钾和节日焰火的原料;残钛经过氢化制成的钛粉,可作为喷射冶金和镁法海绵钛反应器渗钛的原材料;残钛还可作为熔炼含钛70%高钛铁的原料等。

例如,抚顺铝厂的各种残钛,首先是经过人工挑选,挑出非钛杂质、钛的氧化物和氮化物。然后用颚式破碎机破碎成小于50毫米的小块,与小于20目的钛粉混合,取样分析,要求含钛大94%。然后用吨四柱立式油压机模压成直径小于x60毫米的钛块。鞍钢生产的含钛小于0.25%的低钛钢,就是使用抚顺铝厂生产的钛块炼成的。这种钢广泛应用于汽车制造工业和自行车制造工业,深受用户欢迎。鞍山自行车厂生产的梅花牌自行车的车架和一些汽车的挡泥板,就是用含钛小于0.25%的低钛钢制成。鞍钢生产含钛小于0.25%的低钛钢,过去曾经使用过铝热法制造的含钛小于28%钛铁作为添加剂,其含钛量不到钛块的三分之一,但价格却是钛块的二分之一,而在熔炼过程中钛的实收率相等。

使用海绵钛残钛制成的钛块较铝热法制成的钛铁具有下列优点:第一,使用钛块作为炼钢的添加剂比铝热法制成钛铁所炼的低钛钢成本降低;第二,加入钛块使钢水在铸造时保持较高的温度,钢锭铸造性能好;第三,节省了熔炼钛铁合金时作为还原剂铝的用量,节省了电能,节省了外汇等,又为钛工业进行了综合利用。第四,工人在短时间内加入钛块添加剂仅是加入钛铁的三分之一,降低了工人高温操作的劳动强度。

可以认为,某些新的发展将导致炼钢工业对残钛需要量进一步地增加。

例如,含钛的高温合金钢和低钛钢的推广应用。喷射冶金的推广应用,残钛一部分将制成钛粉供给炼钢工业。

我国海绵钛生产过程产生的残钛,近儿年来在国内已广泛应用,并已运销美国、英国、西德和罗马尼亚等国。

随着铝工业、钛铸造工业和钛粉末冶金工业的发展,残钛的一部分将用于制造含钛3-5%的铝钛合金作为铝加工工业的晶粒细化剂及用于民用的钛铸件和钛粉末冶金的原料。(

(二)钛铸锭、板坯产生的废钛(块状切头、切边)

1、熔炼再利用:

(1)块状残料处理的主要设备:

为解决块状残废料牌号区分难的问题,我国引进了具有国际先进水平的光谱分析仪,可以有效对块状残废料进行定性和定量的分析,具体见下图。对于残料破碎和表面清理问题,采购了剪板机、鳄鱼剪和抛丸机,保证残料破碎后尺寸和表面状况满足熔炼的使用要求。

移动式光谱仪

(2)块状残料处理工艺流程为:

残料→光谱定量分析→剪切/气割→抛丸→检验→合格返回炉料。

(3)处理过程及其规范为:

残料经光谱定性分析出纯钛、TC4或者其他牌号合金料,然后根据不同厚度采取不同的下料方式,厚度寸大60mm的块料采用气割下料,小于60mm的采用板坯剪断机和鲤鱼剪剪切下料,下料尺寸控制在≤x≤x≤mm。切块后进行抛丸处理,人工逐块进行外观质量检验后抽总数的10-15%进行光谱复验,对处理合格的块料进行组焊后捆扎电极,用于电弧炉和EB炉生产钛及钛合金铸锭。

残料的来源决定了残料的品质,不同的公司或部门产生的残废料的质量是不同的,这也是残废料回收处理一个难点。解快这一问题需要加强各公司或部门的协作监控力度,才能有效保证残料的品质。

宝钛集团在纯钛回收技术成熟的基础上,投入人力、物力针对使用量最大的钛合金TC4的回收处理进行了大量的研究工作。经过充分细致的研究和试验发现,在添加30-40%残废料的情况下,通过电弧炉和EB炉熔炼生产出了具有良好室温和高握力学性能的TC4钛合金加工材,部分添加块状回收残料的铸锭被用于一般简单的出口航空锻件棒材。除了纯钛和TC4外,还对TA9、TAW、TCI、TCll、TAlS、TA7等牌号的钛合金进行了回收处理,并通过合理性搭配合金返回炉料制造出一些低成本民用钛合金,取得了很好的实用效果。宝钛集团块状残废料回收处理能力为2,吨/年,国内年回收处理能力为2,吨左右。

国内还有沈阳有色金属加工厂等单位从事钛残废料回收处理工作,回收牌号比较单一,生产规模比较小。目前我国钛残废料的回收利用平均占铸锭生产的20%左右。

2、生产钛铸锭和板坯产生的冒口、板舌、块状切头、切边料再次锻造成钛棒、钛板、钛管及其他尺寸合适的钛产品。

(三)加工成材产生的残钛(边角余料和屑)以及检验不合格的切割料

1、热轧切头残钛

(1)处理工艺方案

?较大的热轧切头采用火焰切割、砂轮打磨去除表面缺陷和轧制,处理后直接焊接为电极使用,特大块可以返回锻造车间加热锻制成较规则形状,直接作为电极使用,部分切割为适应熔炼加料尺寸后供熔炼炉熔炼使用。

?较小的切头,砂轮打磨处理后直接等离子切割,供熔炼车间使用。

?另外部门形状规则的可以切割为其他产品。

(2)工艺流程

?热轧切头→人工挑选/成分分析→(火焰切割)→砂轮打磨去除大的氧化缺陷和夹杂→(等离子切割)→焊接电极→真空炉熔炼

2、冷、热卷板料

(1)对于表面质量好厚度在0.8mm以上的卷板料现国内主要用于改轧薄板和电泳挂具。

(2)如:热扎(硬钛)卷板可委托宝鸡金山钛业加工成小板坯,后可轧制成单张板,俗称“冷硬板”。市场价格7.3-1.9万元/吨,其中加工费约为1.4万元,后续轧单张板加工费约为1万元,折算残钛利用后价格为5万元。

(3)热轧,冷轧(退火态),可直接销售给电泳挂具商,冷轧料约6.5万元/吨,热轧料约5.5-6.0万元/吨。

另外,卷板料还可以根据其厚度及冲压性能考虑加工成不同的钛餐具、户外用品、工艺品等,如餐碗、水杯、汤勺、叉子、钛名片、钛手机壳、各种钛饰品等。

以钛锅为例,钛金公司现正策划以1.0厚TA1残钛委托加工成餐具内销,开模费20元,加工费30元/件。预计每件耗材1KG,加工1件需要5万元加工费和1KG材料。现市面钛锅售价为元/个,共计60万元。折算下来1吨钛材售价为55万元。

3、新材废钛管

新材废钛管的再利用我中心也做过一些市场调研,由于其管壁太薄力学性能不过,不能再利用来制作预期设想的产品(如轮椅、婴儿床、自行车、登山棒等)。目前,新材正与相关客户洽谈通过修改废钛管的尺寸规格用作其他项目来销售和再利用。

(四)加工成钛制品产生的残钛(料头、边角、屑)

加工成钛制品产生的残钛(料头、边角、屑)再制造成其他产品的可能性非常小,因此只能进行熔炼再利用:

1、处理工艺方案:

?屑状残料经人工挑拣后用破碎机破碎成尺寸合格的小块经过皮带磁选后,在清洗槽中清洗除油,烘干后进入棍式磁选机。

2、工艺流程:

?屑状残料→人工挑选/成分分析→粗破碎→细破碎→皮带磁选→清洗除油→烘干→棍式磁选→收集→中空炉熔炼(或与海绵钛混合)

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