Технологические особенности электробрикетирования

Аннотация

Лелека М.В., Пасечник А.Ю. Современные способы переработки титановой стружки. В данной работе рассмотрены способы переработки и очистки титановой стружки.

Титановая стружка образуется в результате механической обработки литых и кованных заготовок. Как правило стружка сливного типа, имеет небольшой удельный вес – до 1 г/см^3. Поверхность стружки окислена, поскольку Ti склонен к поглощению газа, имеет высокое сродство к кислороду, кроме того поверхность загрязнена СОЖ. Эти факторы существенно затрудняют переработку данного материала. В настоящее время утилизация стружки осуществляется по следующим направлениям: использование стружки в качестве шихтовых материалов для выплавки вторичных Ti сплавов (сплавы ТВ); получение порошков титана; получение твердых сплавов на основе карбидов титана.

Вне зависимости от способа переработки проводят операции очистки стружки от механического засора, остатков смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) и поверхностной оксидной пленки.

Механический способ очистки поверхности стружки от остатков СОЖ, основанный на отгонке масел и эмульсий с помощью центробежных сил, используется в комплексе с досушкой другими способами для возможности использования титановой стружки в металлургическом переделе. Вакуумное обезжиривание экономически оправдано для глубокой очистки титановой стружки при ее подшихтовке для выплавки слитков титана и его сплавов.

Гидрохимический (реагентный) способ, заключающийся в отмывке масел с поверхности стружки моющими составами включает очистку стружки от масел и эмульсий в содово-фосфатном растворе и удаление поверхностного окисленного слоя травлением в хлоридно-фторидном растворе. При сравнительно низких температурах, небольшой продолжительности и глубине травления достигается достаточно полное удаление нежелательных примесей, остаточное содержание которых не более %: 0,15 кислорода; 0,030 азота; 0,035 углерода.

Переплав стружки включает в себя следующие основные операции: дробление, промывка, сушка, магнитная сепарация, брикетирование, герметизация в капсулах, горячая экструзия. При повышенных требованиях к пластичности компактного металла, прессованные брикеты из стружки переплавляются в вакуумных дуговых печах, а полученные слитки по традиционной технологии перерабатываются горячей ковкой или прокаткой.

Основные преимущества этого способа это: экономия затрат за счет изготовления полуфабрикатов из стружки, а не из первичной губки; снижение себестоимости продукции на 20-30% за счет сокращение расхода энергии и трудозатрат.

Для получение порошка титана исходную стружку металлического титана насыщают водородом до содержания от 340 до 370 см3 Н₂ на 1 г титана, соответствующего формуле гидрида титана TiH 1,45 - TiH 1,58. Полученный губчатый гидрид измельчают до требуемого гранулометрического состава помолом в шаровой мельнице. Удаление водорода из порошка гидрида проводят термическим вакуумным дегидрированием в две стадии. Первую стадию дегидрирования осуществляют при температуре от 450 до 550°С до остаточного содержания водорода в металле от 150 до 260 см³ Н₂ на 1 г титана. Состав гидрида по ходу дегидрирования контролируют по величине равновесного давления водорода над гидридом. Для чего периодически отсекают систему вакуумирования и проводят измерение давления, установившегося в аппарате дегидрирования. По окончании первой стадии дегидрирования спек порошка гидрида титана разрушают помолом в шаровой мельнице. Вторую стадию дегидрирования осуществляют при температуре от 450 до 550°С до требуемого остаточного содержания водорода в титане. Полученный в результате дегидрирования спек порошка титана разрушают помолом в шаровой мельнице. Готовый порошок просеивают через сито с размерами ячеек 0,04 мм. Выход готового продукта, при остаточном содержании водорода до 4 см³ H₂ на 1 г титана, составляет не менее 90% от массы исходного металла.

Карбид титана представляет собой химическое соединение металлического титана с углеродом. Традиционно выделяют 3 способа получения этого синтетического материала.

Карботермический синтез вещества восстановлением диоксида титана. Этот способ является основным на сегодняшний день. Однако он имеет свои недостатки: во-первых, реакция возможна лишь при высоких температурах (примерно 2000°C), а во-вторых, в продукте остается большое количество кислорода, извлечь который очень трудно. Для получения карбида титана таким способом необходимо тщательное соединение двух реагентов, что делает процесс достаточно дорогостоящим. Есть и еще один недостаток – это малая скорость химических реакций.

Второй способ подразумевает получение материала непосредственно спеканием самого титана и углерода. Это также происходит под воздействием высоких температур. Один из подвидов синтеза этим способом – получение вещества из смеси порошков титана и сажи. Однако для этого необходимо использовать титановый порошок, который имеет высокую стоимость. Также для этого нужно специальное оборудование.

Плазмохимический способ, при котором происходит восстановление газовой смеси в водородной среде. Этот способ будет несколько дешевле предыдущих, однако и он имеет свои недостатки: низкая производительность, так как на титане образуется очень тонкая пленка, и неравномерное покрытие, в особенности, на поверхностях нестандартных форм.

Значение этих способов переработки будет постоянно возрастать, так как потребление титана в промышленности постоянно увеличивается. В то же время потребуется разработка и новых технологий переработки, позволяющих получать более качественную продукцию.