Титан в новой технике

Петрунько А.Н., Олесов Ю.Г., Дрозденко В.А.

Металлургия, 1979 г.

ПЕРЕРАБОТКА   НИЗКОСОРТНОГО     ГУБЧАТОГО   ТИТАНА И ОТХОДОВ СПЛАВОВ ТИТАНА

В процессе производства титана образуется низкосортный губчатый титан (марки ТГ-Тв) и отходы технического титана и его легированных сплавов.

Полученный в результате магниетермического восстановления TiCl4 блок губчатого титана неоднороден по содержанию примесей: кричная губка — высококачественная;   гарниссажная — более   низкого качества.

Товарные партии губчатого титана (согласно ГОСТ 17746—72) состоят из металла крупностью —70+12, —12 + 2, —12 + 5, —5+2 мм, который не должен содержать кусков дефектной губки. Самые мелкие фракции губчатого титана (—2+0 мм), образующиеся при разделке блока, дроблении, рассеве и комплектации товарной губки в партии,   как правило, идут в отходы.

Титан твердостью более Η В 150 в значительной мере загрязнен железом, кислородом и азотом. С повышением качества губчатого титана улучшаются общие характеристики отходов и отсевов.

При производстве слитков титановых сплавов и при изготовлении из них полуфабрикатов и изделий отходы составляют весьма значительную долю дорогостоящего металла. А. И. Канюк ориентировочно рассчитал средний выход годного на переделе шихта — изделие, который колеблется на уровне 20—25% ι[42, с. 62; 86].

Сложность использования отходов титановых сплавов обусловливается специфическими свойствами титана: способностью активно и технологически необратимо /поглощать «прежде всего кислород, а также азот из воздуха при нагреве до высоких температур.

Промышленные отходы титановых сплавов имеют различные размеры, и их поверхностные слои окислены в разной степени. Очевидно, увеличение концентрации кислорода в отходах из-за окисления связано с первоначальным содержанием его в поверхностном слое и с отношением площади поверхности отходов к массе металла. На поверхности окисленного титана имеется несколько слоев различной по структуре и химическому составу окалины, а под окалиной расположен насыщенный кислородом (так называемый альфированный) слой металла, содержание кислорода в котором с глубиной постепенно убывает. Насыщение поверхностного слоя элементами внедрения, прежде всего кислородом и азотом, приводит к стабилизации α-фазы, что повышает ее твердость, снижает деформируемость и отрицательно сказывается на технологических свойствах титановых сплавов.

С. И. Сычевой и Г. Д. Зюков-Батырев установили [52, с. 282], что наиболее окислены отходы кузнечного производства, на поверхности которых имеется относительно толстый слой окалины, а глубина расположенного   под ней альфированного  слоя в зависимости от режима нагрева заготовок под ковку и штамповку может колебаться в разных сплавах от 0,2 до 2 мм (табл.  17).

Качество отходов определяется степенью загрязнения металла примесями внедрения, в первую очередь кислородом. Это и положено в основу классификации титановых отходов.

Кондиционными называют отходы, которые после соответствующей подготовки могут быть использованы в шихте слитков титановых сплавов.

Некондиционными называют отходы, которые загрязнены примесями внедрения но всему сечению или по большей его части, а также смешанные по маркам сплавов отходы. При существующих методах подготовки отходов к плавке они не могут быть переплавлены в металл, соответствующий требованиям к серийным титановым сплавам.

Практика показывает, что разделение отходов титановых сплавов на кондиционные и некондиционные носит условный характер. Поэтому в ГОСТ 1639—71 «Лом и отходы цветных металлов» отходы титановых сплавов подразделяются по физическим признакам — на классы, по химическому составу — на группы и марки, по показателям качества — на сорта.

Согласно ГОСТ 1639—71 поставляемые лом, кусковые отходы, обрезь и стружка титановых сплавов не Должны быть загрязнены маслом, эмульсией, посторонними предметами и отходами черных и цветных металлов. Стружка не должна быть загрязнена также обломками резцов, не обладающими магнитными свойствами, ^и не быть влажной.

Кондиционными отходами титановых сплавов являются отходы класса А, Б и 3. Отходы класса Г, не имеющие определенного состава (смешанные по маркам сплавов) и с нерегламентированным содержанием примесей являются некондиционными.

Общие ресурсы отходов титановых сплавов складываются из отходов при производстве слитков (а), полуфабрикатов (б), деталей и изделий (в) |[86]:

а) при производстве слитков получается 20—22% от всех отходов; соотношение кондиционных и некондиционных 2:1, а кусковых отходов и стружки 1:1;

б) от производства полуфабрикатов образуется 53— 54% всех отходов титановых сплавов (кондиционных 75%, некондиционных 25%); куски и стружка 1:2;

в) на переделе полуфабрикат — изделие общая сумма отходов 24—27%; соотношение кондиционных и некондиционных 2:1; отношение кусковых отходов и стружки 1:1 ,6.

В целом на переделе шихта — слиток — полуфабрикат — изделие соотношение кондиционных и некондиционных отходов 2:1; стружка составляет ~45%, а кусок и обрезь ~55% всех отходов. По мере роста объема производства титана количество некондиционных отходов будет увеличиваться, хотя их относительное содержание в общем   балансе  отходов   может и снизиться.

Основным и наиболее эффективным способом использования кондиционных отходов сплавов титана является вовлечение их в шихту для выплавки серийных сплавов, что расширяет сырьевую базу при производстве слитков и снижает себестоимость продукции из сплавов титана. Однако, как показано в гл. III, полный возврат отходов на плавку вряд ли возможен.

Учитывая, что при образовании отходов титановых сплавов они загрязняются примесями внедрения, в первую очередь кислородом, большой интерес представляют работы, в которых изучается возможность рафинирования отходов титана в процессе плавки.