&

海綿鈦中殘留氯化鎂對鈦及鈦合金熔鑄的影響

2016-12-12 16:44:41 作者：本網(wǎng)整理來源：鈦鋯鉿稀土材料分享至：

    摘　要：分析了海綿鈦殘留氯化鎂對鈦及鈦合金熔鑄的影響。在鈦及鈦合金鑄錠生產(chǎn)過程中，由于氯化鎂吸濕現(xiàn)象導(dǎo)致壓制的電極塊出現(xiàn)白色析出物、一次錠表面有潮濕的黑斑以及真空系統(tǒng)內(nèi)沉積物水化等現(xiàn)象。殘留氯化鎂對真空熔煉及設(shè)備的危害主要有：①增大發(fā)氣量，降低熔煉真空度； ②使鑄錠氣體雜質(zhì)含量偏高，氣孔增加； ③使鑄錠中殘留的高熔點(diǎn)顆粒增加；④腐蝕真空系統(tǒng)，降低設(shè)備壽命。最后對出現(xiàn)的問題，提出了相應(yīng)的預(yù)防措施。

    海綿鈦是輕而質(zhì)地堅(jiān)硬且呈蜂窩狀的疏松產(chǎn)品，不能直接應(yīng)用于鈦制產(chǎn)品生產(chǎn)，必須經(jīng)過高溫熔煉成致密的鈦錠才能應(yīng)用于鈦材加工。用海綿鈦在真空自耗電弧爐熔煉鈦及鈦合金，需要將海綿鈦顆粒及合金料壓制成塊，組焊成自耗電極使用。鑄錠熔煉是在密閉的真空室中進(jìn)行的，熔煉過程中不可能對熔體進(jìn)行化學(xué)成分調(diào)整，故海綿鈦對鑄錠質(zhì)量的控制起著非常重要的作用。鎂熱還原法生產(chǎn)的海綿鈦中，不可避免的會殘留有氯化鎂，這些氯化鎂會對電極、鑄錠及熔煉設(shè)備產(chǎn)生不良影響。因此，研究海綿鈦中殘留氯化鎂對鈦及鈦合金熔鑄的影響，對生產(chǎn)實(shí)踐中提高產(chǎn)品質(zhì)量具有重要的意義。鎂熱法生產(chǎn)的海綿鈦殘留物主要為氯化鎂。氯化鎂呈無色六角晶體，密度為２暢３２ｇ／ｃｍ３，在空氣中易潮解生成水合物ＭｇＣｌ２· nＨ２Ｏ。該水合物含水多少與接觸的空氣潮濕程度、接觸時(shí)間成正常溫穩(wěn)定相為六水氯化鎂，即ＭｇＣｌ２· ６Ｈ２Ｏ，呈白色，為單斜晶體，。為了防止海綿鈦中殘留氯化鎂吸濕，海綿鈦出廠時(shí)包裝桶內(nèi)襯塑料袋被抽空、充氬保護(hù)。運(yùn)抵熔鑄現(xiàn)場，從打開包裝桶密封開始，倒入料斗，提升機(jī)上料，再到注入壓模壓制電極塊過程，海綿鈦顆粒都在吸收空氣中的水分。由于海綿鈦顆粒表面疏松、多孔，與空氣接觸表面積很大，加上毛細(xì)管的吸附作用，很容易吸收水分，使殘留氯化鎂吸濕轉(zhuǎn)變。

    無水氯化鎂向六水氯化鎂轉(zhuǎn)變時(shí)，因密度減小，體積必然增大，因氯化鎂存在于海綿鈦毛細(xì)孔內(nèi)，受毛細(xì)管阻礙作用，在轉(zhuǎn)變過程中勢必沿著毛細(xì)管外伸，逐漸在表面聚集長大。由于毛細(xì)管孔很小、數(shù)量眾多，一方面限制了更多的水分?jǐn)U散進(jìn)入毛細(xì)管，使形成的含水氯化物不被溶解；另一方面使得轉(zhuǎn)變物細(xì)小，呈彌散析出，在表面分布與該區(qū)域氯化鎂殘留量成正比。電海綿鈦殘留氯化鎂吸濕轉(zhuǎn)變成含水氯化鎂，殘留氯化鎂越多，吸濕就越嚴(yán)重，使海綿鈦含氧、含氫量就越高，危害就越大。

    ２殘留氯化鎂對鑄錠表面的影響

    殘留氯化鎂吸濕的危害

    氯化鎂在鑄錠表面沉積、吸濕轉(zhuǎn)變

    ３　殘留氯化鎂對真空熔煉過程的危害

    增大發(fā)氣量，降低熔煉真空度

    真空自耗爐正常熔煉期的真空度一般穩(wěn)定在２～３Ｐａ，但當(dāng)電極有氯化鎂析出物時(shí)，發(fā)氣量會明顯增加，抽氣負(fù)荷增大，真空度會下降到１０Ｐａ左右。因此，殘留氯化鎂會嚴(yán)重影響真空精煉控制過程，致使脫氣不好，夾雜物殘留較多，水洗后的一次鑄錠表面附著較厚的揮發(fā)物外殼。這與文獻(xiàn)描述的海綿鈦殘留氯化鎂的影響類似。增加氣體雜質(zhì)含量和氣孔數(shù)量海綿鈦中殘留的氯化鎂等雜質(zhì)，如果在熔煉過程中得不到快速脫除和揮發(fā)，就會在凝固的鑄錠表皮以下和內(nèi)部形成氣孔。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在雨季使用殘留氯化鎂高的海綿鈦原料，鑄錠表層的氣孔數(shù)量明顯增加，扒皮量增大，使鑄錠收得率下降。

    殘留高熔點(diǎn)顆粒，增大裂紋傾向

    一次鑄錠表面因海綿鈦殘留氯化鎂而形成的“黑斑”，會使二次鑄錠中鈦的氧化物、氮化物、碳化合物等雜質(zhì)含量增加。伴隨鑄錠中高熔點(diǎn)鈦氧化物、氮化物和其它高熔點(diǎn)顆粒增加，會使得最終產(chǎn)品中出現(xiàn)裂紋的趨勢增加，增大鈦材發(fā)生破壞事故的腐蝕真空系統(tǒng)，降低設(shè)備壽命真空加熱過程中，含水氯化鎂脫水、分解，部分析出氯化氫和水蒸氣，在管路系統(tǒng)中容易形成腐蝕性強(qiáng)的鹽酸，腐蝕設(shè)備，導(dǎo)致漏氣等事故頻發(fā)，增加維護(hù)成本，縮短設(shè)備使用壽命。鑄錠冷凝過程，在熔煉系統(tǒng)中析出類似于鑄錠表面的沉積物，隨爐次增加沉積物增厚，會使抽真空操作越來越困難；同時(shí)，沉積物遇空氣吸水潮解后“發(fā)粘”，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)水滴，不容易清除，使操作環(huán)境惡化。電極焊接過程相當(dāng)于區(qū)域性熔煉，與真空自耗爐熔煉過程相似，都有沉積物在真空等離子焊箱系統(tǒng)內(nèi)析出。海綿鈦殘留氯化鎂數(shù)量越多，焊箱內(nèi)腔表面沉積的氯化鎂就越多，沉積層吸水就越嚴(yán)重，對等離子焊箱的破壞性就越大。

    ４　預(yù)防措施

    鎂熱還原法生產(chǎn)的海綿鈦，不可避免會殘留有氯化鎂。要減少氯化鎂對鈦及鈦合金熔鑄的影響，除了選擇氯化鎂含量低的海綿鈦外，可以從以下幾方面著手。

    避免海綿鈦長時(shí)間暴露在空氣中１　避免海綿鈦長時(shí)間暴露在空氣中一旦海綿鈦與空氣接觸，其中的氯化鎂就會吸濕開始潮解。這就要求從海綿鈦拆封到進(jìn)真空爐這段時(shí)間需嚴(yán)格按工藝規(guī)程控制操作。尤其是在陰雨季節(jié)，應(yīng)盡量縮短打開海綿鈦包裝桶到壓制成電極的時(shí)間，減少海綿鈦吸濕對熔鑄的影響。稱混料運(yùn)送海綿鈦顆粒過程加防護(hù)罩，及時(shí)處理相關(guān)設(shè)備事故，合理安排生產(chǎn)節(jié)奏，都是減少海綿鈦與空氣接觸的有效手段。

    杜絕海綿鈦與水接觸

    生產(chǎn)現(xiàn)場清掃與設(shè)備檢修時(shí)的清理，常用自來水沖洗，但對于存放海綿鈦的場所，嚴(yán)禁用水沖洗。與海綿鈦接觸的設(shè)備、器具，如果用水沖洗過，重新使用前須吹干。被水浸過的海綿鈦嚴(yán)禁直接使用。

    余料防水儲存：批次壓制電極常剩余海綿鈦料，須按批號存放在有蓋容器內(nèi)，最好能密封，且存放時(shí)間不宜過長。重新使用前，必須加熱烘烤處理；若遇陰雨天氣，應(yīng)適當(dāng)提高加熱溫度。另外，配高牌號鑄錠應(yīng)不用或盡量少用余料。熔煉穩(wěn)定操作，減少電流沖擊在熔煉過程，電弧不穩(wěn)定、電流沖擊大，鑄錠表面出現(xiàn)魚鱗狀波紋、長刺現(xiàn)象就嚴(yán)重，就越容易沉積揮發(fā)物。因此，穩(wěn)定電弧，減小電流沖擊，有利于減少揮發(fā)物在鑄錠表面的沉積。及時(shí)清除沉積物：電極、鑄錠表面和真空系統(tǒng)內(nèi)的沉積物有害無利，必須按以下方法及時(shí)清除

    （１）對表面出現(xiàn)析出物的電極，須采用清掃工具清除后再使用，同時(shí)在加熱除濕過程中，適當(dāng)提高溫度，延長保溫時(shí)間。

    （２）從坩堝中脫出鑄錠，用水沖洗鑄錠表面覆蓋物時(shí)，輔助清掃工具帶走盡量多的表面沉積物；二次熔煉入爐前，一定要徹底清除一次鑄錠表面的殘余物。

    （３）定期清除真空管路系統(tǒng)內(nèi)的沉積物，不要等設(shè)備維修時(shí)才清理。等離子焊箱內(nèi)腔表面和真爐膛抽氣管內(nèi)的沉積物量大，容易聚積增厚，吸濕后不易清理，應(yīng)建立每班次（或爐次）清理沉積物制度。

    5 結(jié)束語

    海綿鈦殘留氯化鎂的吸潮水解對鈦及鈦合金鑄錠質(zhì)量有直接影響，沉積在真空系統(tǒng)的氯化鎂水化，還會腐蝕系統(tǒng)，縮短設(shè)備壽命。因此，在鈦及鈦合金鑄錠的生產(chǎn)過程中，一方面要嚴(yán)格控制原材料的質(zhì)量，選擇氯含量較低的海綿鈦，并且盡量縮短海綿鈦混料周期和電極塊壓制周期，避免長時(shí)間暴露在空氣中；另一方面要及時(shí)清除電極表面、一次鑄

    錠表面和真空系統(tǒng)內(nèi)的沉積物。只有這樣，才能保證鈦及鈦合金鑄錠的質(zhì)量，延長設(shè)備的使用壽命。