專利名稱：一種生產(chǎn)含硅海綿鈦的裝置及工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有色金屬冶煉領(lǐng)域，具體涉及一種生產(chǎn)含硅海綿鈦的裝置及工藝。
背景技術(shù)：
硅元素作為海綿鈦雜質(zhì)元素，在海綿鈦生產(chǎn)過程中進行嚴(yán)格控制；海綿鈦中的硅元素主要來自于與鎂錠和四氯化鈦，使用合格四氯化鈦和低硅鎂錠生產(chǎn)的海綿鈦硅含量通常低于0.01%，硅元素在海綿鈦的含量穩(wěn)定，完全滿足鈦合金對海綿鈦硅含量的要求。RMI研究發(fā)現(xiàn)添加至少量Si (0.1%)就可以顯著提高T1-6242S合金的抗蠕變性能，以后研發(fā)的所有新型鈦合金都加入硅。研究認(rèn)為，硅在高溫將在位錯上沉淀析出，可以有效阻止位錯攀移，同樣也可以阻礙變形進行。S1、Sn、Zr和間隙相原子氧可以強化α合金，硅原子在位錯附近偏聚，阻止位錯攀移，從而提高合金的抗蠕變性能，添加部分Zr能使細(xì)小的硅化物析出相均勻分布，硅屬于活性共析元素，不能將β相穩(wěn)定到室溫，是提高熱強性和耐熱性的重要微量元素之一，但大多數(shù)高溫合金添加量不會超過0.5%，添加硅成為高溫合金設(shè)計的一條重要的途徑。近α鈦合金為典型的高溫合金，由于它們兼具α鈦合金有一的抗蠕變性能和α+β鈦合金的高強度。這類合金使用溫度為500 550°C，幾乎所有新型高溫鈦合金都加入了 0.Γ0.5% 的硅進行合金化。英國 IMI834(T1-5.8Al-4Sn_3.5Zr_0.7Nb_0.5Mo_0.35S1-0.06C)、Ti6242S (T1-6AL-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si)國內(nèi) TA19，美國的 T1-1100(T1-6Al_2.75Sn-4Zr-0.4Mo_0.45Si)，俄羅斯的 BT36 (T1-6.2Al-2Sn-4Zr-0.7Mo_5.0ff-0.15Si)和中國的Ti60、等，這類合金最大的特點添加Si，具有最大的高溫抗蠕變力，該合金適用于長期工作在500 600 0C ο

α+β型鈦合金又稱為馬氏體型鈦合金，如常用TC6 (Ti_6Al_L 5Cr-
2.5Μο-0.5Fe-0.3Si), TCll (T1-6.5AL-3.5Mo_l.5Zr-0.3Si)，西北有色金屬研究院創(chuàng)新研制的高強高韌高損傷容限性鈦合金TC21(T1-6AL-2.5Mo-2Nb-2Sn-2Zr_l.5Cr_0.1Si)，而增加固溶態(tài)的硅和促進相析出的熱處理制度可明顯提高持久性能硅化物在α片層之間析出，對片層相界面起到有效的釘扎作用，提高材料蠕變抗力.添加少了共析元素硅，可進一步提高抗蠕變能力，使用溫度400 500°C，但室溫強度高于α鈦合金。亞穩(wěn)定β鈦合金，ΤΒ8 (T1-15Mo-3AL-2.7Nb_0.25Si )，是高強度鈦合金，添加硅增強了室溫輕度。穩(wěn)定β型阻燃鈦合金Ti40 (T1-25V-15Cr-0.2Si)，添加少了共析元素硅，可進一步提高抗螺變能力。硅化物的析出會導(dǎo)致高溫鈦合金塑性，在外加應(yīng)力水平較高的持久實驗條件下，鈦合金中硅化物的大量析出降低了材料的持久性能。在此條件下，位錯在大顆粒硅化物處產(chǎn)生塞積，導(dǎo)致硅化物開裂或與基體脫粘產(chǎn)生微孔，微孔聚集后發(fā)生過早斷裂是導(dǎo)致持久性能降低的主要原因。但硅化物的析出只對提高蠕變性能有利，而大顆粒硅化物的存在使位錯在與其相遇時發(fā)生位錯塞積，導(dǎo)致基體與硅化物脫粘或硅化物發(fā)生破裂，在材料內(nèi)部過早產(chǎn)生顯微空洞，這些顯微空洞相互連接，導(dǎo)致樣品提前斷裂。
對持久性能的作用取決于硅化物的析出量及顆粒尺寸.硅化物的作用也是負(fù)面的，如韌性降低、裂紋擴展速率增加、降低塑形等，所以硅化物的析出量和顆粒尺寸需要嚴(yán)格控制，保證鈦合金的蠕變性能和持久性能達到最佳。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種生產(chǎn)含硅海綿鈦的裝置及工藝，通過直接在海綿鈦生成過程中添加硅來解決上述技術(shù)中存在的問題。本發(fā)明通過控制四氯化鈦的硅含量，以達到穩(wěn)定、準(zhǔn)確控制海綿鈦中硅含量的目的。根據(jù)高溫鈦合金和高強鈦合金對硅含量的要求，生產(chǎn)含硅量符合要求的海綿鈦，不需要在鈦合金熔煉過程中添加其他硅鋁、硅鈦等中間合金，避免了常規(guī)方法造成的成分偏析和局部缺陷，在鈦合金析出的硅化物和顆粒尺寸非常理想，有效解決了鈦合金添加硅元素的負(fù)面影響；另外也降低了鈦合金配料混料的難度，保證了鈦錠的成分均勻和質(zhì)量穩(wěn)定，解決了國內(nèi)鈦合金添加硅元素的一系列技術(shù)難題。本發(fā)明可以根據(jù)鈦合金對硅含量的要求生產(chǎn)專用含硅海綿鈦。能夠?qū)⒑＞d鈦的硅含量穩(wěn)定控制在0.0f 9%之間，當(dāng)Si含量要求在0.Γ0.5%時，海綿鈦中Si含量控制偏差范圍不超±0.02，海綿鈦其它主要雜質(zhì)的控制范圍為C:0.01 0.03%, Fe:0.01 0.15%，Cl:
0.035 0.1%，O:0.05 0.08%。其他雜質(zhì)的正常控制范圍是C:0.01 0.02%, Fe:0.01 0.5%,Cl:0.035 0.6%, O:0.03、.06%。為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，采取如下技術(shù)方案:
一種生產(chǎn)含硅海綿鈦的裝置，該裝置包括儲料罐液位計1、充氬管2、四氯化硅高位槽
3、四氯化硅加入管4、儲料罐壓力表5、儲料罐攪拌器6、儲料罐7、四氯化鈦注料管8和四氯化硅備用管9。四氯化硅儲存在高位槽3內(nèi)，通過連接管4與四氯化鈦儲料罐7相互連接。所述儲料罐7有充氬管2、儲料罐壓力表4、側(cè)面有儲料罐液位計6，用氬氣來保護高位槽內(nèi)物料不受空氣污染，儲料罐7底部有四氯化鈦加料管8和四氯化硅備用管9。四氯化硅從儲料罐7上部加入，生產(chǎn)過程儲料罐液位計6用來計量四氯化鈦的加入量。本發(fā)明同時公開了一種生產(chǎn)含硅海綿鈦的工藝，包括以下步驟:
(一)維持儲料罐7內(nèi)呈正壓狀態(tài)，四氯化硅由儲料罐7頂部加入，通過液位計6計量四氯化鈦的加入量，在儲料罐7中將四氯化硅充分溶解于四氯化鈦；
(二)根據(jù)海綿鈦中硅含量的要求，計算儲料罐中四氯化硅和純四氯化鈦的混合比例，儲料罐中的四氯化鈦加入四氯化硅后，通過攪拌器混合；
(三)通過加料管將混合好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0.02、.05MPa之間，反應(yīng)器內(nèi)熔體溫度控制在72(T840°C之間，儲料罐壓力低于0.03MPa時補充氬氣維持儲料罐壓力。有益效果:
1、本發(fā)明通過控制四氯化鈦中的硅含量，最終獲得客戶需要的含硅海綿鈦，該工藝方法控制能夠準(zhǔn)確控制到客戶需要的硅含量范圍，很好的滿足了客戶需求；
2、本發(fā)明獲得的海綿鈦中的硅均勻分布，熔煉鈦合金過程中，無需添加鋁硅或鈦硅等中間合金來增加鈦合金中的硅含量，鈦合金中的硅含量能夠均勻分布；
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溫鈦合金、高強鈦合金和中強度鈦合金。


圖1為本發(fā)明的生產(chǎn)高硅海綿鈦的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，I為儲料罐液位計；2為充氬管；3為四氯化硅高位槽；4為四氯化硅加入管；5為儲料罐壓力表；6為儲料罐攪拌器；7為儲料罐；8為四氯化鈦注料管；9為四氯化硅備用管。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。實施例1
以五噸還原爐為例，儲料罐7中加入20噸四氯化鈦，加入25^45kg四氯化硅，保證儲料罐7壓力0.03、.1MPa，用攪拌器6充分混合。通過加料管將四氯化鈦加入反應(yīng)器，反應(yīng)器中的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0.005、.05MPa之間，反應(yīng)器內(nèi)熔體溫度控制72(T880°C之間，高位槽壓力低于0.03MPa時補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:S1:0.1 0.15，N:0.009 0.01%, C:0.θΓθ.15%，F(xiàn)e:0.θΓθ.03%, Cl:0.035 0.05%, O:0.05 0.06%?？捎糜谏a(chǎn) TA19、Ti60、TC21 鈦合金。實施例2
以五噸還原爐為例，儲料罐中加入20噸四氯化鈦，加入45 80kg四氯化硅，保證儲料罐壓力0.03、.1MPa，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0.005、.05MPa之間，反應(yīng)器內(nèi)熔體溫度控制72(T880°C之間，高位槽壓力低于0.03MPa時補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:Si:0.18^0.25%，N:0.003^0.06%,C:0.θΓθ.15%, Fe:0.θΓθ.03%, Cl:0.035 0.05%, O:0.05 0.06%，可用于生產(chǎn) TB8、Ti40 鈦
合金O實施例3
以五噸還原爐為例，儲料罐7中加入20噸四氯化鈦，加入7(Tl00kg四氯化硅，保證儲料罐7壓力0.03、.1MPa,向高位槽注入10噸四氯化鈦，再將儲料罐7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0.005、.05MPa之間，反應(yīng)器內(nèi)熔體溫度控制72(T880°C之間，高位槽壓力低于0.03MPa時補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:Si:0.25 0.35%，5N:0.016 0.018%，C:0.01 0.15%, Fe:0.01 0.03%, Cl:0.035 0.05%, O:0.05 0.06%，可用于生產(chǎn) TC6、TC11 鈦合金。
最后應(yīng)說明的是:顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非對實施方式的限定，對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉，而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)含硅海綿鈦的裝置，其特征在于包括儲料罐液位計(I)、充氬管(2)、四氯化硅高位槽(3 )、四氯化硅加入管(4 )、儲料罐壓力表(5 )、儲料罐攪拌器(6 )、儲料罐(7 )、四氯化鈦注料管(8 )和四氯化硅備用管(9 )，其中，四氯化硅儲存在高位槽(3 )內(nèi)，通過連接管(4)與四氯化鈦儲料罐(7)相互連接，所述儲料罐(7)有充氬管(2)、儲料罐壓力表(4)、側(cè)面有儲料罐液位計(6 )，用氬氣來保護高位槽內(nèi)物料不受空氣污染，儲料罐(7 )底部有四氯化鈦加料管(8)和四氯化硅備用管(9)，四氯化硅從儲料罐(7)上部加入，生產(chǎn)過程儲料罐液位計(6)用來計量四氯化鈦的加入量。
2.一種基于權(quán)利要求I所述裝置生產(chǎn)含硅海綿鈦的工藝，其特征在于包括以下步驟 (一)維持儲料罐(7)內(nèi)呈正壓狀態(tài)，四氯化硅由儲料罐(7)頂部加入，通過液位計(6)計量四氯化鈦的加入量，在儲料罐(7)中將四氯化硅充分溶解于四氯化鈦； (二)根據(jù)海綿鈦中硅含量的要求，計算儲料罐(7)中四氯化硅和純四氯化鈦的混合比例，高位槽中的四氯化硅加入儲料罐后，通過攪拌器混合； (三)通過加料管將混合好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，儲料罐壓力低于 O. 03MPa時補充氬氣維持儲料罐壓力。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生產(chǎn)含硅海綿鈦的裝置及工藝。本發(fā)明直接在海綿鈦生成過程中添加硅，通過控制四氯化鈦的硅含量，以達到穩(wěn)定控制海綿鈦中硅含量的目的。根據(jù)鈦合金對硅含量的要求，生產(chǎn)硅量符合要求的海綿鈦，不需要在鈦合金熔煉過程中添加其他硅鋁、硅鈦等中間合金，避免了常規(guī)方法造成的成分偏析和局部缺陷，在鈦合金析出的硅化物和顆粒尺寸非常理想，有效解決了鈦合金添加硅元素的負(fù)面影響；另外也降低了鈦合金配料混料的難度，保證了鈦錠的成分均勻和質(zhì)量穩(wěn)定，解決了國內(nèi)鈦合金添加硅元素的一系列技術(shù)難題。
文檔編號C22B34/12GK103215462SQ20131019118
公開日2013年7月24日 申請日期2013年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月22日
發(fā)明者張金寶, 景超, 付永, 胥永, 張軍, 趙春雷 申請人:朝陽金達鈦業(yè)股份有限公司