Переработка рафинированной губки

В результате магниетермического процесса получают титан в виде не совсем правильных цилиндрических блоков, это спеченный прочный и вязкий материал, неоднородный по структуре и химическому составу. Несмотря на пористую структуру блок в целом обладает большой прочностью и требует приложения значительных усилий для разрушения на куски. Механические и технологические свойства губчатого титана изучены недостаточно.

Верхняя часть блока и гарниссаж имеют повышенную концентрацию кислорода, азота, хлора. Боковой слой блока и гарниссажная часть содержат больше железа и никеля, их концентрация убывает к центру блока. Слой выше «нижней пленки» содержит больше железа, азота и кислорода, чем средняя зона. Отчетливые слои губки с повышенной концентрацией примесей позволяют при разделке блока и сортировке губки выделить металл высокого качества.

 

Схема расположения в блоке губчатого титана слоев различного качества: 1— качественный металл-крица; 2— гарниссаж; 3 — «шляпа»; 4, 5 - боковой и нижний соответственно переходные слои; 6 - нижняя пленка; 7 - пленки боковой поверхности   В блоке губчатого титана на различной глубине имеются зоны с включениями низкокачественного металла. Донная часть блока («нижняя пленка») загрязнена оксидами магния, титана, кремния, ферротитаном и другими примесями. Включения, как правило, абразивны и внедрены в вязкую основу качественного металла. На боковой поверхности блоков расположены очаговые включения, преимущественно в виде железистых пленок. Верхний торец блока губки может иметь незначительный слой дисперсного чистого или окисленного титана. Поверхность блоков содержит множество выступов в виде хрупких сростков губки и дисперсных включений, которые могут осыпаться от трения и других механических воздействий. Дисперсные включения губки склонны к возгоранию при механической обработке на воздухе.

 

Целью переработки отсепарированной губки является отделение качественного металла и разделение губки на партии, в которых металл был бы по возможности однороден. Переработка блоков губчатого титана в товарную продукцию включает следующие основные операции:

1) подрезка гарниссажной части губки в реакторах пневматическими зубилами или отбойными молотками;

2) извлечение губки из реторты с помощью механических захватов, вибровстряхивающих машин или выталкивающих прессов (через ложное дно);

3) очистка блока губки от поверхностных пленок и загрязнений;

4) разделка блоков с помощью прессножниц на куски крупностью не менее 300 мм: отделяют низ и верх блока, загрязненные примесями, от центральной (кричной) части;

5) дробление кусков губки на особых зубчатых и дисковых дробилках;

6) разделение по крупности на барабанных либо вибрационных грохотах с выделением товарных фракций;

7) сортировка товарных фракций с отделением некондиционных кусков и мелких фракций (менее 2 мм), обогащенных примесями, которые, как правило, идут в отходы;

8) усреднение товарного губчатого титана;

9) пробоотбор;

10) комплектация товарной партии губчатого титана одной крупности и одного химического состава:

- из криц комплектуют партии металла высокого качества,

- из остальной губки партии металла имеют низкое качество.

Обработка губчатого титана резанием затруднительна, так как он образует большое число выкрашивающихся частиц, которые затираются резцом, «схватываются» с ним, нагреваются и сильно окисляются.

Для переработки блоков губчатого титана необходимы специальные помещения с сухим воздухом, но несмотря на сухой воздух, остаточный хлористый магний все же гидратируется и превращается в окись магния.

 

Качество титановой губки

Качество титановой губки определяется ее однородностью и содержанием примесей: кислорода, азота, железа, хлора, магния, углерода, кремния, никеля, хрома, водорода. Содержание этих элементов колеблется как в партиях металла, так и в пробах, отобранных из одной партии. Повышенное содержание примесей делает титан твёрдым и хрупким, что затрудняет получение изделий с необходимыми механическими свойствами.

Источники примесей в титановой губке:

1) Исходные продукты — четыреххлористый титан и магний. Примеси, содержащиеся в магнии, концентрируются в первых порциях образующегося титана и в основном попадают в нижнюю часть блока губки. Примеси из тетрахлорида титана распределяются по всему блоку равномерно.

2) Хлористый магний снижает качество губки вследствие способности к гидратации. При переплавке губки вода будет реагировать с титаном, отдавая ему кислород; окись магния также восстанавливается титаном. Во всех случаях кислород воды, которую губка поглощает при контакте с воздухом, перейдет в титан.

3) Титан является химически активным элементом и вступает во взаимодействие с окружающими его газами. Как и всякое пористое тело, титановая губка имеет большую удельную поверхность. Попадая на воздух, эта поверхность контактирует с газами, входящими в состав воздуха. При дроблении, прессовании и других операциях губка нагревается до 250—300° С, что способствует ускорению химического взаимодействия титана с газами. Азот и кислород попадают во время процессов восстановления, сепарации, переработки и хранения.

4) Железо, никель и хром переходят в процессе восстановления из материала реактора.

Эти свойства губки при определенных условиях проявляются настолько резко, что из высших сортов металла может быть получено изделие низкого качества и даже брак.

К качеству губчатого титана предъявляют высокие требования в связи с необходимостью повышения надежности изделий из титановых сплавов. Параметрами качества являются: концентрация основных примесей (железа, углерода, кислорода, азота, кремния, никеля, хлора), твердость, фракционный состав, отсутствие или наличие кусков с дефектными включениями, однородность металла товарной партии.

Одно из самых жестких требований — полное отсутствие в товарных партиях металла кусков губчатого титана с дефектами, отличающимися по цвету или яркости от технически чистого титана. Это различие в окраске и оттенках возникает вследствие повышенной концентрации примесей, особенно азота и кислорода.

Чтобы предотвратить попадание дефектных кусков в товарный губчатый титан, необходимо неукоснительно соблюдать технологические процессы восстановления и вакуумной сепарации, а также выводить из производственного цикла такие блоки губки, которые получены с отклонениями от заданных параметров.

При переработке губчатого титана в товарную продукцию постадийно осуществляют визуальный контроль: поверхности полученного блока губки; качества очистки поверхности крицы; кусков при резке крицы и гарниссажа на прессах и дробилках; дробленого губчатого титана на сортировочном конвейере; кусков из средней пробы от товарной партии, предназначенной к приемке.

Контроль отсутствия дефектных кусков осуществляют на сортировочном транспортере вручную на основе визуального сравнения с образцами. На транспортере оборудованы приспособления, обеспечивающие получение слоя равномерной толщины, необходимой для осмотра каждого куска.

Кардинальным решением вопроса повышения качества губчатого титана по газонасыщенности является применение объективных методов контроля качества каждого куска. Различия цветовых оттенков и коэффициентов отражения (для мелких фракций - также термоэлектрических и магнитных свойств) являются физической основой автоматической сортировки и контроля наличия кусков, обогащенных примесями.

В зависимости от химического состава, механических свойств и твердости по Бринеллю установлено несколько марок губчатого титана.

 

Таблица Титан губчатый ГОСТ 17746-79

Марка титановой губки	Ti	Fe	Si	Ni	С	Cl	О	N	Твердость в титановой губке НВ 10\1500\30
Титановая губка ТГ-90	99, 74	0, 05	0, 01	0, 04	0, 02	0, 08	0, 04	0, 02	90
Титановая губка ТГ-100	99, 72	0, 06	0, 01	0, 04	0, 03	0, 08	0, 04	0, 02	100
Титановая губка ТГ-110	99, 67	0, 09	0, 02	0, 04	0, 03	0, 08	0, 05	0, 02	110
Титановая губка ТГ-120	99, 64	0, 11	0, 02	0, 04	0, 03	0, 08	0, 06	0, 02	120
Титановая губка ТГ-130	99, 56	0, 13	0, 03	0, 04	0, 03	0, 1	0, 08	0, 03	130
Титановая губка ТГ-150	99, 45	0, 2	0, 03	0, 04	0, 03	0, 12	0, 1	0, 03	150
Титановая губка ТГ- Тв	97, 75	1, 0	-	-	0, 10	0, 15	-	0, 10	-

 

Товарные партии губчатого титана должны быть однородны по химическому и фракционному составу. Гранулометрический состав титановой губки: 12-70 мм, 12-25 мм и 2-12 мм. Упаковывают титановую губку в герметичную тару емкостью 0, 25 и 0, 5 м³, изготовленную из стали или алюминиевых сплавов.

Губку на экспорт упаковывают в герметичные стальные бочки с эластичным мешком внутри. После упаковки и герметизации титановой губки в мешке, бочки вакуумируют и заполняют аргоном до избыточного давления.

 

 

Контрольные вопросы

1. Состав реакционной массы.

2. Зачем необходим вакуум при очистке губки?

3. Какое практическое значение имеет график давления паров магния и хлористого магния.

4. Что такое молярный и молекулярный (эффузионный) режим удаления паров?

5. Влияние температуры и давления, структуры губки на скорость сепарации.

6. Почему температуру процесса необходимо контролировать?  

7. Показать на рисунке 2 периоды сепарации.

8. Почему третий период самый длительный?

9. Что такое крица?

10. О чём говорит окраска губки?

11. Зачем нужны особые условия переработки губчатого титана?

12. Как процессы получения титана влияют на его качество?

 

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться: