本发明专利技术公开了一种生产含硅海绵钛的装置及工艺。本发明专利技术直接在海绵钛生成过程中添加硅，通过控制四氯化钛的硅含量，以达到稳定控制海绵钛中硅含量的目的。根据钛合金对硅含量的要求，生产硅量符合要求的海绵钛，不需要在钛合金熔炼过程中添加其他硅铝、硅钛等中间合金，避免了常规方法造成的成分偏析和局部缺陷，在钛合金析出的硅化物和颗粒尺寸非常理想，有效解决了钛合金添加硅元素的负面影响；另外也降低了钛合金配料混料的难度，保证了钛锭的成分均匀和质量稳定，解决了国内钛合金添加硅元素的一系列技术难题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及有色金属冶炼领域，具体涉及一种生产含硅海绵钛的装置及工艺。
技术介绍
硅元素作为海绵钛杂质元素，在海绵钛生产过程中进行严格控制；海绵钛中的硅元素主要来自于与镁锭和四氯化钛，使用合格四氯化钛和低硅镁锭生产的海绵钛硅含量通常低于0.01%，硅元素在海绵钛的含量稳定，完全满足钛合金对海绵钛硅含量的要求。RMI研究发现添加至少量Si (0.1%)就可以显著提高T1-6242S合金的抗蠕变性能，以后研发的所有新型钛合金都加入硅。研究认为，硅在高温将在位错上沉淀析出，可以有效阻止位错攀移，同样也可以阻碍变形进行。S1、Sn、Zr和间隙相原子氧可以强化α合金，硅原子在位错附近偏聚，阻止位错攀移，从而提高合金的抗蠕变性能，添加部分Zr能使细小的硅化物析出相均匀分布，硅属于活性共析元素，不能将β相稳定到室温，是提高热强性和耐热性的重要微量元素之一，但大多数高温合金添加量不会超过0.5%，添加硅成为高温合金设计的一条重要的途径。近α钛合金为典型的高温合金，由于它们兼具α钛合金有一的抗蠕变性能和α+β钛合金的高强度。这类合金使用温度为500 550°C，几乎所有新型高温钛合金都加入了 0.Γ0.5% 的硅进行合金化。英国 IMI834(T1-5.8Al-4Sn_3.5Zr_0.7Nb_0.5Mo_0.35S1-0.06C)、Ti6242S (T1-6AL-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si)国内 TA19，美国的 T1-1100(T1-6Al_2.75Sn-4Zr-0.4Mo_0.45Si)，俄罗斯的 BT36 (T1-6.2Al-2Sn-4Zr-0.7Mo_5.0ff-0.15Si)和中国的Ti60、等，这类合金最大的特点添加Si，具有最大的高温抗蠕变力，该合金适用于长期工作在500 600 0C ο α+β型钛合金又称为马氏体型钛合金，如常用TC6 (Ti_6Al_L 5Cr-2.5Μο-0.5Fe-0.3Si), TCll (T1-6.5AL-3.5Mo_l.5Zr-0.3Si)，西北有色金属研究院创新研制的高强高韧高损伤容限性钛合金TC21(T1-6AL-2.5Mo-2Nb-2Sn-2Zr_l.5Cr_0.1Si)，而增加固溶态的硅和促进相析出的热处理制度可明显提高持久性能硅化物在α片层之间析出，对片层相界面起到有效的钉扎作用，提高材料蠕变抗力.添加少了共析元素硅，可进一步提高抗蠕变能力，使用温度400 500°C，但室温强度高于α钛合金。亚稳定β钛合金，ΤΒ8 (T1-15Mo-3AL-2.7Nb_0.25Si )，是高强度钛合金，添加硅增强了室温轻度。稳定β型阻燃钛合金Ti40 (T1-25V-15Cr-0.2Si)，添加少了共析元素硅，可进一步提高抗螺变能力。硅化物的析出会导致高温钛合金塑性，在外加应力水平较高的持久实验条件下，钛合金中硅化物的大量析出降低了材料的持久性能。在此条件下，位错在大颗粒硅化物处产生塞积，导致硅化物开裂或与基体脱粘产生微孔，微孔聚集后发生过早断裂是导致持久性能降低的主要原因。但硅化物的析出只对提高蠕变性能有利，而大颗粒硅化物的存在使位错在与其相遇时发生位错塞积，导致基体与硅化物脱粘或硅化物发生破裂，在材料内部过早产生显微空洞，这些显微空洞相互连接，导致样品提前断裂。对持久性能的作用取决于硅化物的析出量及颗粒尺寸.硅化物的作用也是负面的，如韧性降低、裂纹扩展速率增加、降低塑形等，所以硅化物的析出量和颗粒尺寸需要严格控制，保证钛合金的蠕变性能和持久性能达到最佳。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种生产含硅海绵钛的装置及工艺，通过直接在海绵钛生成过程中添加硅来解决上述技术中存在的问题。本专利技术通过控制四氯化钛的硅含量，以达到稳定、准确控制海绵钛中硅含量的目的。根据高温钛合金和高强钛合金对硅含量的要求，生产含硅量符合要求的海绵钛，不需要在钛合金熔炼过程中添加其他硅铝、硅钛等中间合金，避免了常规方法造成的成分偏析和局部缺陷，在钛合金析出的硅化物和颗粒尺寸非常理想，有效解决了钛合金添加硅元素的负面影响；另外也降低了钛合金配料混料的难度，保证了钛锭的成分均匀和质量稳定，解决了国内钛合金添加硅元素的一系列技术难题。本专利技术可以根据钛合金对硅含量的要求生产专用含硅海绵钛。能够将海绵钛的硅含量稳定控制在0.0f 9%之间，当Si含量要求在0.Γ0.5%时，海绵钛中Si含量控制偏差范围不超±0.02，海绵钛其它主要杂质的控制范围为C:0.01 0.03%, Fe:0.01 0.15%，Cl:0.035 0.1%，O:0.05 0.08%。其他杂质的正常控制范围是C:0.01 0.02%, Fe:0.01 0.5%,Cl:0.035 0.6%, O:0.03、.06%。为实现本专利技术的目的，采取如下技术方案: 一种生产含硅海绵钛的装置，该装置包括储料罐液位计1、充氩管2、四氯化硅高位槽3、四氯化硅加入管4、储料罐压力表5、储料罐搅拌器6、储料罐7、四氯化钛注料管8和四氯化硅备用管9。四氯化硅储存在高位槽3内，通过连接管4与四氯化钛储料罐7相互连接。所述储料罐7有充氩管2、储料罐压力表4、侧面有储料罐液位计6，用氩气来保护高位槽内物料不受空气污染，储料罐7底部有四氯化钛加料管8和四氯化硅备用管9。四氯化硅从储料罐7上部加入，生产过程储料罐液位计6用来计量四氯化钛的加入量。本专利技术同时公开了一种生产含硅海绵钛的工艺，包括以下步骤: (一)维持储料罐7内呈正压状态，四氯化硅由储料罐7顶部加入，通过液位计6计量四氯化钛的加入量，在储料罐7中将四氯化硅充分溶解于四氯化钛； (二)根据海绵钛中硅含量的要求，计算储料罐中四氯化硅和纯四氯化钛的混合比例，储料罐中的四氯化钛加入四氯化硅后，通过搅拌器混合； (三)通过加料管将混合好的四氯化钛加入反应器，反应器中的镁将四氯化钛还原得到海绵钛，反应器的压力保持在0.02、.05MPa之间，反应器内熔体温度控制在72(T840°C之间，储料罐压力低于0.03MPa时补充氩气维持储料罐压力。有益效果: 1、本专利技术通过控制四氯化钛中的硅含量，最终获得客户需要的含硅海绵钛，该工艺方法控制能够准确控制到客户需要的硅含量范围，很好的满足了客户需求； 2、本专利技术获得的海绵钛中的硅均匀分布，熔炼钛合金过程中，无需添加铝硅或钛硅等中间合金来增加钛合金中的硅含量，钛合金中的硅含量能够均匀分布； 3、本专利技术所涉及的技术装备简单，容易制作安装，工艺方法容易操作实施，能够实现稳定、批量生产； 4、本专利技术开发的海绵钛产品有较好的市场前景，能够很好的满足高端客户的对海绵钛的特殊需求，特别适合航空航天用高温钛合金、高强钛合金和中强度钛合金。附图说明图1为本专利技术的生产高硅海绵钛的装置的结构示意图。其中，I为储料罐液位计；2为充氩管；3为四氯化硅高位槽；4为四氯化硅加入管；5为储料罐压力表；6为储料罐搅拌器；7为储料罐；8为四氯化钛注料管；9为四氯化硅备用管。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。实施例1 以五吨还原炉为例，储料罐7中加入20吨四氯化钛，加入25^45kg四氯化硅，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种生产含硅海绵钛的装置，其特征在于：包括储料罐液位计（1）、充氩管（2）、四氯化硅高位槽（3）、四氯化硅加入管（4）、储料罐压力表（5）、储料罐搅拌器（6）、储料罐（7）、四氯化钛注料管（8）和四氯化硅备用管（9），其中，四氯化硅储存在高位槽（3）内，通过连接管（4）与四氯化钛储料罐（7）相互连接，所述储料罐（7）有充氩管（2）、储料罐压力表（4）、侧面有储料罐液位计（6），用氩气来保护高位槽内物料不受空气污染，储料罐（7）底部有四氯化钛加料管（8）和四氯化硅备用管（9），四氯化硅从储料罐（7）上部加入，生产过程储料罐液位计（6）用来计量四氯化钛的加入量。
【技术特征摘要】
1.一种生产含硅海绵钛的装置，其特征在于包括储料罐液位计(I)、充氩管(2)、四氯化硅高位槽(3 )、四氯化硅加入管(4 )、储料罐压力表(5 )、储料罐搅拌器(6 )、储料罐(7 )、四氯化钛注料管(8 )和四氯化硅备用管(9 )，其中，四氯化硅储存在高位槽(3 )内，通过连接管(4)与四氯化钛储料罐(7)相互连接，所述储料罐(7)有充氩管(2)、储料罐压力表(4)、侧面有储料罐液位计(6 )，用氩气来保护高位槽内物料不受空气污染，储料罐(7 )底部有四氯化钛加料管(8)和四氯化硅备用管(9)，四氯化硅从储料罐(7)上部加入，生产过程储料罐液位计(6)用来计量四氯化钛的加入量。2.一种基...
【专利技术属性】
技术研发人员：张金宝，景超，付永，胥永，张军，赵春雷，
申请(专利权)人：朝阳金达钛业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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