制备钛棒的装置、钛棒、钛合金及钛合金器件制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种制备钛棒的装置、钛棒、钛合金及钛合金器件。涉及金属熔炼提纯技术领域。本申请所述装置和方法将氧化钛或者金红石投入到氩氢等离子电弧高温熔炼钛的熔池中，高温下氧化钛或者金红石溶解在纯钛熔体中，然后利用氢去除氧等非金属元素，随着投放还原熔炼的进行，熔池中的熔体流入感应水冷铜坩埚中进行定向凝固，然后经区域熔炼后结合感应水冷铜坩埚再次进行定向凝固。通过区域熔炼和感应水冷铜坩埚中的定向凝固反复进行分离提纯去除杂质元素，所述装置通过多次提纯，最后钛棒经过真空脱氢，制备的钛棒纯度较高。

Device for preparing titanium rod, titanium rod, titanium alloy and titanium alloy device

【技术实现步骤摘要】
制备钛棒的装置、钛棒、钛合金及钛合金器件
本专利技术涉及金属的提纯及熔炼
，尤其涉及一种制备钛棒的装置、钛棒、钛合金及钛合金器件。
技术介绍
金属钛及其合金具有密度低、比强度高、耐腐蚀、生物相容性强等特点，广泛应用于航天、航空、航海、兵器、石油、化工、冶金、医学等行业，金属钛已经成为国民经济中不可或缺的战略资源。我国钛的储量占世界第一，但是生产能力严重不足，尤其是纯度较高的纯钛。在高端结构材料中，钛合金中的氧含量会严重影响钛合金的性能，对纯度较高钛合金的需求巨大。传统的金属钛的提炼方法为Kroll法，主要通过镁或者钠来从氯化钛熔体中还原钛，该方法能耗高，污染重，目前该方法需要向大型化、自动化、更加节能的方向发展。目前新的提炼方法有20多种，例如TiO2的直接还原法（FFC）、钙热还原电解法（OS）、金属氢化物还原法（MHR）、Armstrang法（ITP）。TiO2的直接还原法（FFC）由于TiO2不导电，在电解初期需要很大的电流使得氧原子离子化，在钛还原过程中如何使得其他杂质原子不被还原是一个难题，另外还存在阳极烧损。钙热还原电解法（OS）与Kroll法相比具有节能的优点，但是钛产物与电解液分离难度极大。金属氢化物还原法（MHR）是利用金属氢化物还原生产钛粉，产物为钛、金属氧化物及氢气。Armstrang法（ITP）主要将TiCl4蒸汽喷入过量的熔化金属钠中，该方法属于Kroll法的升级，获得的钛的纯度较高，是新的提炼方法成熟度最高的一种，如何进一步降低氧的含量有待进一步提高。上述方法或者能耗大、污染大；或者杂质较多；或者分离困难，而且通常只能单一提炼氧化钛或者要先制备出钛盐，工艺复杂，不利于提炼及提纯钛的产业化和降低成本的需要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种工艺简单，环保，节能的制备钛棒棒的装置和方法。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种制备钛棒的装置，其特征在于：包括炉体，所述炉体内充有氩/氢混合气体，所述炉体的顶部设置有氩氢等离子炬和送料管，所述等离子炬的电源输入端位于所述炉体的外侧，高频直流电源用于为所述等离子炬提供工作电源，所述等离子炬的下端位于所述炉体内，且所述等离子炬下方的炉体内设置有电极熔炼水冷铜坩埚，所述等离子炬与所述电极熔炼水冷铜坩埚内的原料之间能够产生等离子电弧，通过等离子电弧对原料进行熔炼，形成钛熔体；所述送料管的一端位于所述炉体的外侧，所述送料管的另一端位于所述电极熔炼水冷铜坩埚的上侧，用于向所述电极熔炼水冷铜坩埚内输送原料；所述电极熔炼水冷铜坩埚的出液口的下方设置有第一感应熔炼水冷铜坩埚且所述第一感应熔炼水冷铜坩埚的下端具有开口，所述第一感应熔炼水冷铜坩埚的外侧设置有第一感应线圈，第一交流电源用于为所述第一感应线圈提供工作电源，所述第一感应熔炼水冷铜坩埚的下端设置有两个第一辅助轮，所述第一辅助轮的下侧设置有两个第一夹持导向轮，两个所述第一辅助轮的内侧距离以及两个所述第一夹持导向轮的内侧距离与所述第一感应熔炼水冷铜坩埚的内径相适配，所述第一夹持导向轮的下侧设置有第二感应线圈，所述第二感应线圈通过独立的交流电源为其供电；所述第二感应线圈的下方设置有第二感应熔炼水冷铜坩埚，且所述第二感应线圈下端与第二感应熔炼水冷铜坩埚上端之间的距离为D-2D之间，D为应熔炼水冷铜坩埚的内径，所述第二感应熔炼水冷铜坩埚的下端具有开口，所述第二感应熔炼水冷铜坩埚的外侧设置有第三感应线圈，第二交流电源用于为所述第三感应线圈提供工作电源，所述第二感应熔炼水冷铜坩埚的下端设置有两个第二辅助轮，所述第二辅助轮的下侧设置有两个第二夹持导向轮，两个所述第二辅助轮的内侧距离以及两个所述第二夹持导向轮的内侧距离与所述第二感应熔炼水冷铜坩埚的内径相适配，所述第二夹持导向轮的下侧设置有第四感应线圈，所述第四感应线圈通过独立的交流电源为其供电；所述第四感应线圈的下方设置有第三感应熔炼水冷铜坩埚，且所述第四感应线圈与第三感应熔炼水冷铜坩埚之间具有一段距离，所述第三感应熔炼水冷铜坩埚的下端具有开口，所述第三感应熔炼水冷铜坩埚的外侧设置有第五感应线圈，第三交流电源用于为所述第五感应线圈提供工作电源，高纯钛支撑杆位于所述炉体内，且其下端与下拉杆的上端连接，所述下拉杆的下端延伸至所述炉体外并与下拉杆升降装置的动力输出端连接，所述高纯钛支撑杆在所述下拉杆的带动下能够进入到所述第一感应熔炼水冷铜坩埚内。进一步的技术方案在于：所述炉体上设置有压力平衡阀以及排气系统。进一步的技术方案在于：所述炉体的顶部设置有第一观察管，所述第一观察管的视野覆盖电极熔炼水冷铜坩埚的上端开口、送料管的下端开口以及第一感应熔炼水冷铜坩埚的上端口。进一步的技术方案在于：所述炉体的侧壁上设置有第二观察管，所述第二观察管的视野覆盖第二感应线圈区域及第二感应熔炼水冷铜坩埚的上端口。进一步的技术方案在于：所述炉体的侧壁上设置有第三观察管，所述第二观察管的视野覆盖第四感应线圈区域及第三感应熔炼水冷铜坩埚的上端口。进一步的技术方案在于：与所述第一感应熔炼水冷铜坩埚以及第二感应熔炼水冷铜坩埚相对应的炉体的侧壁上设置有水冷铜坩埚支撑杆，所述水冷铜坩埚支撑杆的内侧端部固定有旋转驱动电机，两个所述旋转驱动电机的动力输出端分别与所述第一感应熔炼水冷铜坩埚以及第二感应熔炼水冷铜坩埚的外侧固定连接，通过所述旋转驱动电机的作用可使第一感应熔炼水冷铜坩埚以及第二感应熔炼水冷铜坩埚水平旋转90°，所述第一感应熔炼水冷铜坩埚以及第二感应熔炼水冷铜坩埚的外侧固定有导向轮驱动电机，所述导向轮驱动电机用于驱动相应的导向轮动作。进一步的技术方案在于：与所述第一感应熔炼水冷铜坩埚相对应的炉体的侧壁上设置有第一集渣池，与所述第二感应熔炼水冷铜坩埚相对应的炉体的侧壁上设置有第二集渣池，当所述第一感应熔炼水冷铜坩埚或第二感应熔炼水冷铜坩埚在旋转驱动电机的作用下转动的过程中第一感应熔炼水冷铜坩埚内的富含杂质的钛熔体流入到第一集渣池内，第二感应熔炼水冷铜坩埚内的富含杂质的钛熔体流入到第二集渣池内。本专利技术还公开了一种钛棒，其特征在于：使用所述制备钛棒的装置进行制备。本专利技术还公开了一种钛合金材料，其特征在于：使用所述钛棒进行制备。本专利技术还公开了一种钛合金器件，其特征在于：使用所述钛合金材料进行制备。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本申请所述装置将氧化钛或者金红石投入到氩氢等离子电弧高温熔炼钛的熔池中，然后经过氢还原氧化钛或者金红石，随着投放还原熔炼的进行，熔池中的熔体流入感应水冷铜坩埚中进行定向凝固，然后经区域熔炼后结合感应水冷铜坩埚再次进行定向凝固。通过区域熔炼和感应水冷铜坩埚中的定向凝固反复进行分离提纯制备钛棒棒，所述装置和方法通过多次提纯，使得制备的钛棒纯度较高。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1是本专利技术实施例所述装置首次熔炼后的结构示意图；图2是本专利技术实施例所述装置中感应水冷铜坩埚的部分结构示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备钛棒的装置，其特征在于：包括炉体，所述炉体内充有氩/氢混合气体，所述炉体的顶部设置有氩氢等离子炬（1）和送料管（2），所述等离子炬（1）的电源输入端位于所述炉体的外侧，高频直流电源（20）用于为所述等离子炬提供工作电源，所述等离子炬的下端位于所述炉体内，且所述等离子炬下方的炉体内设置有电极熔炼水冷铜坩埚（4），所述等离子炬与所述电极熔炼水冷铜坩埚（4）内的原料之间能够产生等离子电弧（3），通过等离子电弧（3）对原料进行熔炼，形成钛熔体；所述送料管（2）的一端位于所述炉体的外侧，所述送料管的另一端位于所述电极熔炼水冷铜坩埚（4）的上侧，用于向所述电极熔炼水冷铜坩埚（4）内输送原料；/n所述电极熔炼水冷铜坩埚（4）的出液口的下方设置有第一感应熔炼水冷铜坩埚（9）且所述第一感应熔炼水冷铜坩埚（9）的下端具有开口，所述第一感应熔炼水冷铜坩埚（9）的外侧设置有第一感应线圈，第一交流电源（6）用于为所述第一感应线圈提供工作电源，所述第一感应熔炼水冷铜坩埚（9）的下端设置有两个第一辅助轮（34），所述第一辅助轮（34）的下侧设置有两个第一夹持导向轮（12），两个所述第一辅助轮（34）的内侧距离以及两个所述第一夹持导向轮（12）的内侧距离与所述第一感应熔炼水冷铜坩埚（10）的内径相适配，所述第一夹持导向轮（12）的下侧设置有第二感应线圈（14），所述第二感应线圈（14）通过独立的交流电源为其供电；/n所述第二感应线圈（14）的下方设置有第二感应熔炼水冷铜坩埚（11），且所述第二感应线圈（14）下端与第二感应熔炼水冷铜坩埚（10）上端之间的距离为D-2D之间，D为应熔炼水冷铜坩埚的内径，所述第二感应熔炼水冷铜坩埚（11）的下端具有开口，所述第二感应熔炼水冷铜坩埚（10）的外侧设置有第三感应线圈，第二交流电源（7）用于为所述第三感应线圈提供工作电源，所述第二感应熔炼水冷铜坩埚（10）的下端设置有两个第二辅助轮，所述第二辅助轮的下侧设置有两个第二夹持导向轮（13），两个所述第二辅助轮的内侧距离以及两个所述第二夹持导向轮（13）的内侧距离与所述第二感应熔炼水冷铜坩埚（10）的内径相适配，所述第二夹持导向轮（13）的下侧设置有第四感应线圈（15），所述第四感应线圈（15）通过独立的交流电源为其供电；/n所述第四感应线圈（15）的下方设置有第三感应熔炼水冷铜坩埚（11），且所述第四感应线圈（15）与第三感应熔炼水冷铜坩埚（11）之间具有一段距离，所述第三感应熔炼水冷铜坩埚（11）的下端具有开口，所述第三感应熔炼水冷铜坩埚（11）的外侧设置有第五感应线圈，第三交流电源（8）用于为所述第五感应线圈提供工作电源，高纯钛支撑杆（18）位于所述炉体内，且其下端与下拉杆（19）的上端连接，所述下拉杆（19）的下端延伸至所述炉体外并与下拉杆升降装置的动力输出端连接，所述高纯钛支撑杆（18）在所述下拉杆的带动下能够进入到所述第一感应熔炼水冷铜坩埚（9）内。/n...

【技术特征摘要】
1.一种制备钛棒的装置，其特征在于：包括炉体，所述炉体内充有氩/氢混合气体，所述炉体的顶部设置有氩氢等离子炬（1）和送料管（2），所述等离子炬（1）的电源输入端位于所述炉体的外侧，高频直流电源（20）用于为所述等离子炬提供工作电源，所述等离子炬的下端位于所述炉体内，且所述等离子炬下方的炉体内设置有电极熔炼水冷铜坩埚（4），所述等离子炬与所述电极熔炼水冷铜坩埚（4）内的原料之间能够产生等离子电弧（3），通过等离子电弧（3）对原料进行熔炼，形成钛熔体；所述送料管（2）的一端位于所述炉体的外侧，所述送料管的另一端位于所述电极熔炼水冷铜坩埚（4）的上侧，用于向所述电极熔炼水冷铜坩埚（4）内输送原料；
所述电极熔炼水冷铜坩埚（4）的出液口的下方设置有第一感应熔炼水冷铜坩埚（9）且所述第一感应熔炼水冷铜坩埚（9）的下端具有开口，所述第一感应熔炼水冷铜坩埚（9）的外侧设置有第一感应线圈，第一交流电源（6）用于为所述第一感应线圈提供工作电源，所述第一感应熔炼水冷铜坩埚（9）的下端设置有两个第一辅助轮（34），所述第一辅助轮（34）的下侧设置有两个第一夹持导向轮（12），两个所述第一辅助轮（34）的内侧距离以及两个所述第一夹持导向轮（12）的内侧距离与所述第一感应熔炼水冷铜坩埚（10）的内径相适配，所述第一夹持导向轮（12）的下侧设置有第二感应线圈（14），所述第二感应线圈（14）通过独立的交流电源为其供电；
所述第二感应线圈（14）的下方设置有第二感应熔炼水冷铜坩埚（11），且所述第二感应线圈（14）下端与第二感应熔炼水冷铜坩埚（10）上端之间的距离为D-2D之间，D为应熔炼水冷铜坩埚的内径，所述第二感应熔炼水冷铜坩埚（11）的下端具有开口，所述第二感应熔炼水冷铜坩埚（10）的外侧设置有第三感应线圈，第二交流电源（7）用于为所述第三感应线圈提供工作电源，所述第二感应熔炼水冷铜坩埚（10）的下端设置有两个第二辅助轮，所述第二辅助轮的下侧设置有两个第二夹持导向轮（13），两个所述第二辅助轮的内侧距离以及两个所述第二夹持导向轮（13）的内侧距离与所述第二感应熔炼水冷铜坩埚（10）的内径相适配，所述第二夹持导向轮（13）的下侧设置有第四感应线圈（15），所述第四感应线圈（15）通过独立的交流电源为其供电；
所述第四感应线圈（15）的下方设置有第三感应熔炼水冷铜坩埚（11），且所述第四感应线圈（15）与第三感应熔炼水冷铜坩埚（11）之间具有一段距离，所述第三感应熔炼水冷铜坩埚（11）的下端具有开口，所述第三感应熔炼水冷铜坩埚（11）的外侧设置有第五感应线圈，第三交流电源（8）用于为所述第五感应线圈提供工作电源，高纯钛支撑杆（18）位于所述炉体内，且其下端与下拉杆（19）的上端连接，所述下拉杆（19）的下端延伸至所述炉体外并与下拉杆升降装置的动力输出端...

【专利技术属性】
技术研发人员：王书杰，
申请(专利权)人：王书杰，
类型：发明
国别省市：河北;13