專利名稱：一種稀有金屬回收電極增重方法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種稀有金屬回收電極增重的新技術(shù)方法及其設(shè)計(jì)的專有設(shè)備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋯、鈦等稀有金屬主要應(yīng)用在核電、航空、航天等先進(jìn)領(lǐng)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(jià)格較高，一般在40-200萬(wàn)元/噸。隨著近些年人類對(duì)稀有金屬的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，其應(yīng)用領(lǐng)域和需求量在世界范圍內(nèi)迅速增加，其也成了 “朝陽(yáng)”金屬，尤其在我國(guó)，近幾年國(guó)家大力發(fā)展核電站，使鋯金屬材料加工成為國(guó)家投資支持的重點(diǎn)，鈦材也成為國(guó)內(nèi)投資的熱門，僅在5年內(nèi)其加工產(chǎn)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(zhǎng)、變形較困難，加工過(guò)程中產(chǎn)生的殘料約占總投料量的50% -70%，因此生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)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(dá)到節(jié)約資源、降低成本的目的，這一直以來(lái)是行業(yè)內(nèi)大家公認(rèn)的難題，世界各個(gè)企業(yè)都將稀有金屬的廢殘料的綜合回 收技術(shù)等同與合金配方一樣進(jìn)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(guī)設(shè)備一般為真空自耗電弧爐，該爐子雖然是理想的熔煉高質(zhì)量產(chǎn)品的設(shè)備，但需要制備較大且外形規(guī)則的鋯、鈦等稀有金屬或其合金的自耗電極。而在生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢殘料外形大小各異、種類不同，給制備規(guī)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(guó)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(guī)則塊料或直徑超過(guò)30厘米的大直徑塊料等)直接放入真空自耗電弧爐內(nèi)，采用熔煉的金屬液包裹塊料進(jìn)行回收鑄錠，回收的鑄錠可作自耗電極用于后期生產(chǎn)，即為回收電極，以此方法達(dá)到鋯、鈦等稀有金屬的回收電極增重，其使用的設(shè)備為常規(guī)的真空自耗電弧爐，但是上述操作過(guò)程復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)、生產(chǎn)效率低下、生產(chǎn)成本高、回收電極的鑄錠質(zhì)量相對(duì)較差。其生產(chǎn)一個(gè)7噸重的鈦或其合金的回收電極約需I. 5天時(shí)間，需要重復(fù)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(fù)進(jìn)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(chǎn)率低下，又每次需要充入大量氬氣，生產(chǎn)成本很高，同時(shí)又由于反復(fù)拆爐，給鑄錠帶來(lái)大氣的污染和外來(lái)物污染的可能。日本現(xiàn)使用的技術(shù)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(jià)格高的稀有金屬原材料(塑性好)中間進(jìn)行包裹后壓制成自耗電極，同時(shí)，改造了設(shè)備，使設(shè)備能夠自動(dòng)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(duì)生產(chǎn)效率較高，鑄錠質(zhì)量較好，但使用了較多的原材料，生產(chǎn)不了 100%的殘料回收鑄錠。由于上述現(xiàn)行制造工藝及其設(shè)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(zhì)量差等諸多問(wèn)題，無(wú)法滿足目前對(duì)稀有金屬回收電極增重，從而避免浪費(fèi)、有效提高殘廢料利用率、降低生產(chǎn)成本、擴(kuò)大殘廢料回收利用范圍的使用要求及需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(shè)備，通過(guò)回收電極增重方法來(lái)有效解決大直徑(直徑大于30_)及不規(guī)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(jìn)行綜合利用，生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低、回收產(chǎn)品質(zhì)量
聞。 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題，采用的技術(shù)方案是以常規(guī)的真空自耗電弧爐為主體設(shè)備實(shí)施回收電極增重，其中稀有金屬回收電極增重方法的實(shí)施步驟依順序?yàn)閍)原料準(zhǔn)備將同一材質(zhì)及牌號(hào)的廢殘料、邊角料作為原料，原料分為二類，其中依據(jù)常規(guī)工藝選擇易于制備電極的原料作為電極原料；依據(jù)常規(guī)工藝難以制備電極的不規(guī)則原料及直徑超過(guò)30_的原料作為添加料，添加料按常規(guī)工藝計(jì)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(guī)方法對(duì)原料進(jìn)行凈化處理，例如鈦的常規(guī)凈化處理具體過(guò)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(guī)方法，將電極原料分成若干份，采用常規(guī)的壓制法制成單塊電極，將單塊電極通過(guò)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(guī)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(guī)匹配，以便于熔煉的有效進(jìn)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(guī)方法計(jì)算確定的；d)料筒裝料將按真空自耗電弧爐熔煉的常規(guī)方法計(jì)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(shè)備的料筒中，其中對(duì)于熔煉一般用途的回收電極的添加料分為6至9份，對(duì)于熔煉質(zhì)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(nèi)依常規(guī)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(guī)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(chǎn)生的高溫將自耗電極熔化成滴落入坩堝進(jìn)行熔煉；f)熔煉中分批添料增重在進(jìn)行步驟e)的過(guò)程中，啟動(dòng)連續(xù)進(jìn)料裝置，按時(shí)按要求將料筒內(nèi)的添加料通過(guò)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(shí)按要求加入添加料是指在確保不出爐的情況下，按常規(guī)工藝設(shè)定的要求將添加料分批加入；g)拆爐出錠經(jīng)真空自耗電弧熔煉后，坩堝內(nèi)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(nèi)的自耗電極和添加料的總重量，即進(jìn)行了稀貴金屬殘廢料的回收又實(shí)現(xiàn)了回收電極增重。本專利方法與美國(guó)方法相比，減少了回收過(guò)程中每次的封爐、抽空、充氬和拆爐四個(gè)過(guò)程，大大提高了工作效率，不用充氬也降低了生產(chǎn)成本，避免了大氣和外來(lái)物對(duì)材料的污染，回收鑄錠的質(zhì)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(jià)格高的原料,生產(chǎn)效率相同,但成本低、回收率高。
本發(fā)明的另一目的通過(guò)下述稀有金屬回收電極增重設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)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(shè)備是一種增設(shè)連續(xù)進(jìn)料裝置的真空自耗電弧爐，使得直空自耗電弧爐與連續(xù)進(jìn)料裝置成為一體，其中連續(xù)進(jìn)料裝置由加料倉(cāng)、送料通道、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)三部分構(gòu)成，加料倉(cāng)包括靜盤、轉(zhuǎn)盤、料筒，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由齒輪箱、減速箱及電源組成，真空自耗電弧爐通過(guò)送料通道與加料倉(cāng)相連通，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)盤相連接，其中在轉(zhuǎn)盤同一圓周上均布設(shè)置一定數(shù)量的料筒，轉(zhuǎn)盤正下方設(shè)置靜盤，靜盤上與料筒處于同一圓周上設(shè)有一個(gè)靜盤出口 ；靜盤出口是在靜盤上開設(shè)的等于或略大于料筒的通孔；轉(zhuǎn)盤和靜盤為直徑相同或相近的金屬圓盤。加料倉(cāng)的頂部設(shè)有倉(cāng)蓋，倉(cāng)蓋與加料倉(cāng)之間系活動(dòng)連接，倉(cāng)蓋與加料倉(cāng)之間設(shè)有密封環(huán)，其中倉(cāng)蓋移開可向加料倉(cāng)內(nèi)的料筒放置添加料，完成加料后合上倉(cāng)蓋，密封環(huán)起到密封作用，使得加料倉(cāng)與外界隔絕，打開倉(cāng)蓋的方式采用常規(guī)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(nèi)，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(guò)通孔伸入真空自耗電弧爐，將送料通道與通孔相接處通過(guò)焊接將送料通道固定在真空自耗電弧爐上，實(shí)現(xiàn)直空自耗電弧爐與連續(xù)進(jìn)料裝置的一體化，對(duì)直空自耗電弧爐抽真空時(shí)會(huì)使得直空自耗電弧爐與連續(xù)進(jìn)料裝置均成為真 空，連續(xù)進(jìn)料裝置中的倉(cāng)蓋與加料倉(cāng)之間的密封環(huán)、旋轉(zhuǎn)裝置與轉(zhuǎn)盤之間的常規(guī)動(dòng)密封會(huì)使得在抽真空時(shí)連續(xù)進(jìn)料裝置與外界隔絕，實(shí)現(xiàn)抽真空。轉(zhuǎn)盤上均布設(shè)置一定數(shù)量的料筒是指在轉(zhuǎn)盤同一圓周上每隔一定距離就開設(shè)I個(gè)料筒，料筒的數(shù)量為6至15個(gè)。本發(fā)明的有益效果由于在常規(guī)的真空常規(guī)真空自耗電弧爐上設(shè)置了連續(xù)進(jìn)料裝置，通過(guò)送料通道將料筒內(nèi)的添加料分批加入真空自耗電弧爐內(nèi)的坩堝，實(shí)現(xiàn)了回收電極增重的熔煉過(guò)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(shè)備減少了回收過(guò)程中每次的封爐、抽空、充氬和拆爐四個(gè)過(guò)程，大大提高了工作效率，不用充氬也降低了生產(chǎn)成本，避免了大氣和外來(lái)物對(duì)材料的污染，回收鑄錠的質(zhì)量有保障，能有效地回收大塊殘料，廢殘料的回收利用可達(dá)到100%，生產(chǎn)成本低、回收率高。實(shí)現(xiàn)稀有金屬回收電極增重方法的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，設(shè)備投資低，工藝流程簡(jiǎn)單、實(shí)用、高效、生產(chǎn)成本低且回收率高，能有效回收大塊殘料。


圖I用于實(shí)施稀有金屬回收電極增重的設(shè)備結(jié)構(gòu)示意2圖I所示設(shè)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(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、8.料筒、9.加料倉(cāng)；10.電弧、11.油缸、12.轉(zhuǎn)盤、13.送料通道、14.倉(cāng)蓋、15.密封環(huán)、16.電源、17.靜盤、18、水套、19.靜盤出口 ；
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)描述附圖所示的是用于實(shí)施稀有金屬回收電極增重的設(shè)備結(jié)構(gòu)，設(shè)備由常規(guī)的真空自耗電弧爐及設(shè)置在常規(guī)真空自耗電弧爐上的連續(xù)進(jìn)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(guī)結(jié)構(gòu)，其中連續(xù)進(jìn)料裝置由轉(zhuǎn)盤、送料通道及加料倉(cāng)構(gòu)成，加料倉(cāng)上設(shè)有倉(cāng)蓋，加料時(shí)可移開倉(cāng)蓋將均分的添加料加入料筒內(nèi)，完成加料后可合上倉(cāng)蓋，同時(shí)倉(cāng)蓋與加料倉(cāng)之間的密封環(huán)起密封作用，使得加料倉(cāng)與外界相隔絕。連續(xù)進(jìn)料裝置通過(guò)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(nèi)，另一端焊接在靜盤出口下部，轉(zhuǎn)盤設(shè)在靜盤上，轉(zhuǎn)盤和靜盤為兩個(gè)直徑相同或相近的同軸金屬圓盤，轉(zhuǎn)盤通過(guò)與轉(zhuǎn)盤相連接的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤在靜盤上的旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)盤上在同一圓周上均布一定數(shù)量的料筒，料筒為6-15個(gè)，圖中所示料筒為8個(gè)，料筒是中空的沒(méi)有底的桶狀容器，靜盤上設(shè)有一個(gè)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(zhuǎn)盤與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)相連，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由齒輪箱、減速箱、油缸、電源相連接后組成，當(dāng)電源接通或斷開時(shí)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)油缸、減速箱、齒輪箱后實(shí)現(xiàn)并控制轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)及停止，使得每個(gè)料筒依次轉(zhuǎn)動(dòng)至靜盤出口上方，完成料筒內(nèi)添加料通過(guò)靜盤出口滑入進(jìn)料通道后進(jìn)入爐體，落入坩堝。轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)一周就使得所有料筒內(nèi)的添加料按時(shí)按要求依次進(jìn)入進(jìn)料通道后進(jìn)入爐體，落入坩堝，完成全部添加料的添加，使得整個(gè)熔煉過(guò)程中不破真空并自動(dòng)加料，坩堝內(nèi)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(fā)明實(shí)現(xiàn)了采用常規(guī)的真空自耗電弧爐，通過(guò)添設(shè)連續(xù)進(jìn)料裝置，實(shí)現(xiàn)了在常規(guī)的真空自耗電弧熔煉工藝下的連續(xù)進(jìn)料。
權(quán)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?yàn)? a)原料準(zhǔn)備將同一材質(zhì)及牌號(hào)的廢殘料、邊角料作為原料，原料分為二類，其中依據(jù)常規(guī)工藝選擇易于制備電極的原料作為電極原料；依據(jù)常規(guī)工藝難以制備電極的不規(guī)則原料及直徑超過(guò)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(jìn)行步驟e)的過(guò)程中，啟動(dòng)連續(xù)進(jìn)料裝置，按時(shí)按要求將料筒內(nèi)的添加料通過(guò)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(jù)權(quán)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(shí)施稀有金屬回收電極增重方法的設(shè)備，設(shè)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(shè)連續(xù)進(jìn)料裝置，使得直空自耗電弧爐與連續(xù)進(jìn)料裝置成為一體，連續(xù)進(jìn)料裝置由加料倉(cāng)、送料通道、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)三部分構(gòu)成，其中加料倉(cāng)包括靜盤、轉(zhuǎn)盤、料筒；旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由齒輪箱、減速箱、油缸及電源組成；真空自耗電弧爐通過(guò)送料通道與加料倉(cāng)相連通，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)盤相連接，在轉(zhuǎn)盤同一圓周上均布設(shè)置一定數(shù)量的料筒，轉(zhuǎn)盤正下方設(shè)置靜盤，靜盤上與料筒處于同一圓周上設(shè)有一個(gè)靜盤出口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述用于實(shí)施稀有金屬回收電極增重方法的設(shè)備，其特征在于，力口料倉(cāng)的頂部設(shè)有倉(cāng)蓋，倉(cāng)蓋與加料倉(cāng)之間系活動(dòng)連接，倉(cāng)蓋與加料倉(cāng)之間設(shè)有密封環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述用于實(shí)施稀有金屬回收電極增重方法的設(shè)備，其特征在于，真空自耗電弧爐通過(guò)送料通道與加料倉(cāng)相連通是通過(guò)將送料通道的一端伸入真空自耗電弧爐內(nèi)，另一端焊接在靜盤出口的方式實(shí)現(xiàn)的。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述用于實(shí)施稀有金屬回收電極增重方法的設(shè)備，其特征在于，轉(zhuǎn)盤上設(shè)置的料筒為6至15個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種稀有金屬回收電極增重方法及其設(shè)備，其工藝步驟主要包括將同一材質(zhì)及牌號(hào)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(nèi)坩堝進(jìn)行熔煉，同時(shí)通過(guò)連續(xù)進(jìn)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(fā)明用于稀有金屬回收電極增重方法的設(shè)備是增設(shè)了連續(xù)進(jìn)料裝置的真空自耗電弧爐，其中連續(xù)進(jìn)料裝置由加料倉(cāng)、送料通道、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)三部分構(gòu)成。本發(fā)明解決了大直徑稀有金屬殘廢料難以有效利用的技術(shù)難題，提高了工作效率并降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)C22B34/14GK102899494SQ20111020927
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月25日
發(fā)明者馬林生, 于潤(rùn)康, 王立平, 唐首斌, 姬向峰 申請(qǐng)人:國(guó)核寶鈦鋯業(yè)股份公司, 寶雞稀有金屬裝備設(shè)計(jì)研制所