專利名稱：用于制取海綿鈦的復(fù)合板還原蒸餾容器制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有色金屬冶煉裝備技術(shù)領(lǐng)域，特別適合鈦冶煉的一種用于制取海 綿鈦的復(fù)合板還原蒸餾容器制作方法。
背景技術(shù)：
海綿鈦是鈦合金熔煉中的初級原材料，目前工業(yè)上生產(chǎn)海綿鈦的主要方法是Kroll法，該方法是首先利用Mg與TiCL的還原反應(yīng)生成Ti，然后通過真空蒸 餾除去過量的Mg、反應(yīng)產(chǎn)物MgCL和少量鈦氯化物，最后得到海綿狀的鈦坨。還 原蒸餾容器是整個生產(chǎn)工藝流程中的關(guān)鍵設(shè)備，反應(yīng)期間容器工作溫度達到850 'C以上，承受一定的內(nèi)壓，蒸餾期間工作溫度達到100(TC左右，受到高真空作 用，還原和蒸餾期間，還原蒸餾容器一直承受載物、容器自重、壓力、熱應(yīng)力 的作用，工作時間長(對于大型反應(yīng)器，容器一次使用周期長達半個月)，工作 條件特別惡劣?，F(xiàn)有技術(shù)中，通常采用普通碳鋼和不銹鋼制作還原蒸餾容器。1、文獻海綿鈦還原蒸餾反應(yīng)器的選擇提到我國主要采用普通碳鋼制造還原蒸餾容器，使用壽命僅僅為9次左右，不太適合還原蒸餾容器嚴酷的工作環(huán)境。采用普通碳鋼雖然具有加工工藝簡單、成本低廉、生產(chǎn)的海綿鈦Cr、 Ni元 素含量低等一系列優(yōu)點，但是由于碳鋼的高溫強度和蠕變強度很低，如，20g 在1000。C下的高溫強度僅僅為37Mpa左右，900。C下工作1500小時，變形6. 5% 的蠕變強度為0.11Mpa，容器使用一段時間后會產(chǎn)生嚴重的變形，造成鈦坨不 易取出，容器失效不能使用。此外，碳鋼的高溫抗氧化能力很差，如，200h小 時95(TC氧化深度達到2mm，這樣使得容器外壁不斷氧化減薄，不僅承載能力變 弱，脫落的氧化鐵皮還經(jīng)常使爐膛電阻絲發(fā)生短路。2、 專利JP61012836提到采用不銹鋼SUS410制造還原蒸餾容器，但是該 不銹鋼焊接性能較差，使用一段時間后，焊縫易發(fā)生蠕變脆斷，國內(nèi)使用壽命 僅僅12次左右。3、 文獻Corrosion resistance of metallic in titanium tetrachloride vapor禾口文獻[Resistance and protection of constructional materials in media for magnesiothermal production of titanium sponge以及文獻[Corrosion resistance of chrome-nickel steels under conditions of magnesium—thermal production of spongy titanium石開究了多禾中不誘鋼， 包括鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼，認為可以采用12Crl8NilOTi及其相似的鋼 種制造還原蒸餾容器，但是該鋼種在使用的過程中，Cr、 Ni元素易于污染海綿 鈦，尤其是Ni在Mg中具有很大的溶解度，80(TC左右時鎂中大約B」-以溶解42^的 鎳自由原子(莫爾分數(shù))，因此12Crl8NilOTi并不適合高品質(zhì)海綿鈦的牛產(chǎn)。4、 專利JP2006131976雖然展示了一種新的鋼種替代SUS304、 SUS316 等不銹鋼，但是仍然存在Cr、 Ni污染的問題。另外，采用不銹鋼制造還原蒸餾容器成本較高，含鎳不銹鋼長時間使用后 與Mg作用容易發(fā)生脫鎳性脆斷，并且補焊困難，使得不銹鋼的應(yīng)用性價比不高。發(fā)明內(nèi)容針對上述問題，本發(fā)明提供了一種用于制取海綿鈦的復(fù)合板還原蒸餾容器 制作方法，利用該方法所制作的復(fù)合板還原蒸餾容器，既能提高容器的使用壽 命，又能保證海綿鈦生產(chǎn)品質(zhì)，從而降低生產(chǎn)使用成本。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案所述的用于制取海綿鈦的復(fù)合板還原蒸餾容器制作方法，其方法是還原蒸 餾容器主要由呈U型的復(fù)合筒體材料制作而成，復(fù)合筒體材料由基層材料和外層材料構(gòu)成，其厚度比控制在3 10: l之間，艽中外層材料厚度控制在3 6mm之 間；基層材料主要提供強度支撐，并隔離內(nèi)部熔體對外層材料的腐蝕；外層材料主要防止基層材料的氧化，保證容器具備一定.的安'全壁'厚，并且提高容器的整體強度；復(fù)合筒體上部開口處焊接有聯(lián)接法蘭，焊接時要先剝?nèi)?fù)合筒體的 外層，然后將法蘭與基層材料對接焊接；在復(fù)合筒體上部還設(shè)置有排氯化鎂管， 排氯化鎂管在焊接時也要先剝?nèi)?fù)合筒體的外層，然后將排氯化鎂管與基層材 料進行焊接，排氯化鎂管可延伸到復(fù)合筒體底部，且在其底部封頭處設(shè)置吊耳， 吊耳對封頭具有加強作用，其焊接時也要先剝?nèi)?fù)合筒體的外層再焊接吊耳。所述的用于制取海綿鈦的復(fù)合板還原蒸餾容器制作方法，其復(fù)合筒體材料 的制備方式可以采用堆焊制備、或爆炸復(fù)合制備、或軋制復(fù)合制備，無論哪種 制備方式其基層材料和外層材料的復(fù)合要達到完全冶金結(jié)合。所述的用于制取海綿鈦的復(fù)合板還原蒸餾容器制作方法，其基層材料可以 是低碳鋼，或是低合金鋼，其碳含量應(yīng)在0 0.5%之間。所述的用于制取海綿鈦的復(fù)合板還原蒸餾容器制作方法，其外層材料可以 是不銹鋼，或是耐熱鋼，其Cr含量應(yīng)在17% 25%之間。由于采用如上所述的技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)越性1、 容器具有-一定的承載壁厚，防止氧化減薄，就能大大降低容器變形速度， 延長容器壽命。2、 在碳鋼或者強度更高的低合金鋼外表面包覆不銹鋼或耐熱鋼以增加容器 整體壁厚，減輕容器整體變形。3、 基層材料主耍提供強度支撐，并隔離內(nèi)部熔體對外層材料的腐蝕，復(fù)層 材料主要防止基層材料的氧化，保證容器具備一定的安全壁厚，并且提高容器 容器的整體強度。4、 外層材料選用不銹鋼或耐熱鋼時，要求Cr含量在17°/。 25%之間。奧氏 體不銹鋼或奧氏體型耐熱鋼無論是抗氧化性能、機械性能、焊接性能方面都表 現(xiàn)優(yōu)異，加上奧氏體不銹鋼在加熱和冷卻過程中，不會發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，能夠保 持較好的尺寸穩(wěn)定性和高溫性能，適合用作還原蒸餾容器外層。5、 基層材料與復(fù)層材料的厚度選擇原則是盡量保證低碳鋼或低合金鋼為主要承載壁厚，不銹鋼或耐熱鋼層主要作用是防氧化，不能過厚，否則材料成 本和加工成本會顯著上升，且過厚的復(fù)層與基層之間易于產(chǎn)牛較大的熱應(yīng)力， 對界面的結(jié)合性能要求更高。


圖l是本發(fā)明的復(fù)合板制作還原蒸餾容器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是筒體復(fù)合板示意圖；圖1、 2中1—復(fù)合筒體；2—法蘭；3—排氯化鎂管；4一吊耳；5—外層材料；6—基層材料。
具體實施方式
結(jié)合圖l、 2，本發(fā)明的用于制取海綿鈦的復(fù)合板還原蒸餾容器制作方法， 其方法是還原蒸餾容器主要由呈U型的復(fù)合筒體1材料制作而成，復(fù)合筒體材 料1由基層材料6和外層材料5構(gòu)成，其厚度比控制在3 10 : 1之間，其屮外 層材料5厚度控制在3 6mm之間；基層材料6主要提供強度支撐，并隔離內(nèi)部 熔體對外層材料的腐蝕；外層材料5主要防止基層材料的氧化，保證容器具備 一定的安全壁厚，并且提高容器的整體強度；復(fù)合筒體1上部開口處焊接有聯(lián) 接法蘭2，焊接時要先剝?nèi)?fù)合筒休1的外層，然后將法蘭2與基層材料6對 接焊接；在復(fù)合筒體1上部還設(shè)置有排氯化鎂管3，排氯化鎂管3在焊接時也 要先剝?nèi)?fù)合筒體1的外層，然后將排氯化鎂管3與基層材料6進行焊接，排 氯化鎂管3可延伸到復(fù)合筒休1底部，且在其底部封頭處設(shè)置吊耳4，吊耳4 對封頭具有加強作用，其焊接時也要先剝?nèi)?fù)合筒體l的外層再焊接吊耳4。以復(fù)層材料3mm厚/材質(zhì)為0Crl7Nil2Mo2、基層材料28,厚/材質(zhì)為15Mo3 的爆炸復(fù)合板為例，復(fù)合界面呈波浪型，屬完全冶金結(jié)合方式，容器可以使用 36次以上。相比28mm的20g反應(yīng)器僅僅使用9次足足提高了 4. 3倍，壽命由 以前的2個月變?yōu)?個月左右?？紤]復(fù)合板容器的制造成本，爆炸復(fù)合板容器的制造費用為20g容器制造費用的3倍。而來用'復(fù)合板^"原蒸餾容器生產(chǎn)的海 綿鈦與20g材質(zhì)容器生產(chǎn)的海綿鈦具有相同的品質(zhì)。綜合比較而言，爆炸復(fù)合 板制造還原蒸餾容器是合算的，不僅大大延長了容器使用壽命，節(jié)約了海綿鈦 生產(chǎn)成本，還保證了海綿鈦生產(chǎn)質(zhì)量。下表是不同規(guī)格和不同材質(zhì)的復(fù)合板制作還原蒸餾容器的使用次數(shù)，從表 中可以看出，采用復(fù)合板制造還原蒸餾容器，容器的使用壽命明顯延長。容器 使用50次以上應(yīng)該采用抗氧化性能更佳的鋼種，要求Cr含量高于17。/。， 980°C 下年氧化深度為1, 16ram， 3mm 6誦的厚板完全可以滿足生產(chǎn)需要。不同規(guī)格復(fù)合板制作還原蒸餾容器使用壽命復(fù)合板 規(guī)格(mm)3十283+303+323+34基層材質(zhì)08F、 10、 20、 45、 16MnR等081\ 10、 20、 45、 16MnR等08F、 10、 20、 45、 15Mo3、 16MnR 15CrMo等08F、 10、 20、 45、 15Mo3、 16MnR 15CrMo等復(fù)層材質(zhì)Cr含量在17% 25%之間的奧氏體不銹鋼加工方式爆炸復(fù)合、堆焊、軋制復(fù)合使用 壽命(次)>36>46>59>74注還原蒸餾容器毎次使用時間以180小時計算
權(quán)利要求
1、一種用于制取海綿鈦的復(fù)合板還原蒸餾容器制作方法，其特征在于其方法是還原蒸餾容器主要由呈U型的復(fù)合筒體(1)材料制作而成，復(fù)合筒體材料(1)由基層材料(6)和外層材料(5)構(gòu)成，其厚度比控制在3～10∶1之間，其中外層材料(5)厚度控制在3～6mm之間；基層材料(6)主要提供強度支撐，并隔離內(nèi)部熔體對外層材料的腐蝕；外層材料(5)主要防止基層材料的氧化，保證容器具備一定的安全壁厚，并且提高容器的整體強度；復(fù)合筒體(1)上部開口處焊接有聯(lián)接法蘭(2)，焊接時要先剝?nèi)?fù)合筒體(1)的外層，然后將法蘭(2)與基層材料(6)對接焊接；在復(fù)合筒體(1)上部還設(shè)置有排氯化鎂管(3)，排氯化鎂管(3)在焊接時也要先剝?nèi)?fù)合筒體(1)的外層，然后將排氯化鎂管(3)與基層材料(6)進行焊接，排氯化鎂管(3)可延伸到復(fù)合筒體(1)底部，且在其底部封頭處設(shè)置吊耳(4)，吊耳(4)對封頭具有加強作用，其焊接時也要先剝?nèi)?fù)合筒體(1)的外層再焊接吊耳(4)。
2、 據(jù)權(quán)利要求l所述的用于制取海綿鈦的復(fù)合板還原蒸餾容器制作方法， 其特征在于其復(fù)合筒體(l)材料的制備方式可以采用堆焊制備、或爆炸復(fù)合制 備、或軋制復(fù)合制備，無論哪種制備方式其基層材料(6)和外層材料(5)的復(fù)合 要達到完全冶金結(jié)合。
3、 據(jù)權(quán)利要求l所述的用于制取海綿鈦的復(fù)合板還原蒸餾容器制作方法， 其特征在于其基層材料(6)可以是低碳鋼，或是低合金鋼，其碳含量應(yīng)在0 0. 5%之間。
4、 據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制取海綿鈦的復(fù)合板還原蒸餾容器制作方法， 其特征在于其外層材料(5)可以是不銹鋼，或是耐熱鋼，其0含量應(yīng)在17% 25%之間。
全文摘要
一種用于制取海綿鈦的復(fù)合板還原蒸餾容器制作方法，由呈U型的復(fù)合筒體1材料制作而成，復(fù)合筒體材料由基層材料6和外層材料5構(gòu)成，其厚度比控制在3～10∶1之間，外層材料厚度控制在3～6mm之間；基層材料提供強度支撐并隔離內(nèi)部熔體對外層材料腐蝕；外層材料防止基層材料氧化，具備一定安全壁厚并提高整體強度；上部開口處焊接有聯(lián)接法蘭2，還設(shè)置有排氯化鎂管3可延伸到復(fù)合筒體底部，且在其底部封頭處設(shè)置吊耳4對封頭具有加強作用，焊接時都要先剝?nèi)?fù)合筒體的外層再進行焊接。利用該方法所制作的復(fù)合板還原蒸餾容器，既能提高容器的使用壽命，又能保證海綿鈦生產(chǎn)品質(zhì)，從而降低生產(chǎn)使用成本。
文檔編號C22B34/00GK101323913SQ200810140890
公開日2008年12月17日 申請日期2008年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月25日
發(fā)明者劉正紅, 陳志強 申請人:洛陽雙瑞萬基鈦業(yè)有限公司