一、概述

任何材料如果不具備較好的可回收性，就不能獲得成功應(yīng)用。鈦材加工生產(chǎn)工藝復(fù)雜，成品率較低，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量殘鈦。從海綿鈦到加工材平均每千克海綿鈦中只有0.4~0.6kg進(jìn)人成品。很多情況下，用鈦材制造設(shè)備或零部件，又再次產(chǎn)生大量殘鈦，所以鈦的回收是非常重要的。

目前，國(guó)內(nèi)各廠家對(duì)殘鈦的回收利用工作都非常重視，開(kāi)展了一系列研究工作，并取得了一定的成果。寶鈦集團(tuán)在“六五”期間承擔(dān)國(guó)家科技攻關(guān)“殘鈦回收工藝研究”任務(wù),在技術(shù)上取得較大突破，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究、設(shè)計(jì)解決工業(yè)化殘鈦回收過(guò)程的工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備選型等關(guān)鍵技術(shù)，建立了工業(yè)化殘鈦回收利用生產(chǎn)線。經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行，對(duì)降低成本和提高經(jīng)濟(jì)效益做出了巨大的貢獻(xiàn)。尤其是2004~2005年全球海綿鈦異常短缺的情況下，該殘鈦處理生產(chǎn)線發(fā)揮了很好的作用。2009年寶鈦集團(tuán)有限公司又在現(xiàn)有殘鈦回收處理生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)建，擁有破碎機(jī)、洗料機(jī)、空氣分離機(jī)、強(qiáng)磁選機(jī)、X射線在線檢測(cè)系統(tǒng)、便攜式鑒別儀、液壓鱷魚(yú)剪、拋丸機(jī)、噴砂機(jī)等先進(jìn)進(jìn)口設(shè)備，是一條國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)的鈦及鈦合金殘廢料處理生產(chǎn)線，年設(shè)計(jì)處理殘料4500t。經(jīng)多年殘鈦回收工藝研究，現(xiàn)已成功實(shí)現(xiàn) TA1、TA2、TA3、TA4、TA8、TA9、TA10、TA15、TC4、TC11 等十余種牌號(hào)殘料的回收利用。

鈦殘料概括起來(lái)可分為熱態(tài)殘料和冷態(tài)殘料。其來(lái)源是鈦加工廠生產(chǎn)、加工半成品產(chǎn)生的殘料或用戶二次加工鈦部件所產(chǎn)生的殘料。冷態(tài)殘料主要包括鑄錠冒口、扒皮屑、創(chuàng)面屑、鈦鑄件及鈦設(shè)備機(jī)械加工屑和圓盤(pán)鋸屑、鉆孔和鏜孔的屑；冷軋板帶的切邊、切頭及尺寸或表面不合格的冷軋板帶廢品；冷軋管的切頭、切尾及尺寸或表面不合格的冷軋管廢品和鈦部件二次加工的屑、料頭等，這些殘料大部分輕微氧化或少量殘料(如扒皮、刨面的第一層)氧化嚴(yán)重。熱態(tài)殘料主要包括熱加工產(chǎn)生的切頭、切邊、鍛頭及壓余、廢品等，這些殘料有氧化、折疊、開(kāi)裂、沾帶潤(rùn)滑劑和包套金屬等問(wèn)題，給處理和回收帶來(lái)了困難。

經(jīng)過(guò)凈化處理的鈦及鈦合金殘料簡(jiǎn)稱鈦及鈦合金返回爐料，可采用真空自耗電弧爐、冷床爐及凝殼爐等回收利用熔煉成鈦錠，從而達(dá)到循環(huán)利用的目的。對(duì)于不能用于生產(chǎn)鈦錠的鈦殘料，可以直接以鈦鐵的形式作為含鈦特種鋼的合金化原料:

二、鈦及鈦合金殘料的凈化處理

不管何種殘料，在其形成過(guò)程中，總是要受到污染的。主要有:油及冷卻介質(zhì)的沾污、鐵磁性物質(zhì)的沾污、非鐵磁性物質(zhì)沾污及加工過(guò)程中因局部受熱而形成的氧、沾污。凈化處理的目的就在于去除殘料的這些沾污。鈦及鈦合金殘料主要包括屑狀和塊狀殘料。

（一）屑狀殘料的處理

1.屑狀殘料處理工藝流程

殘鈦屑→破碎→清洗一烘干→篩分→去除高密度金屬夾雜物→布料→檢驗(yàn)→包裝貯存。

2.屑狀殘料的處理

（1）破碎

屑料的破碎分為粗破和細(xì)破，鈦屑的破碎方法可采用人字齒輪對(duì)輥或錘式破碎機(jī)破碎后者的效率比前者要高。

（2）清洗

主要是去除屑料表面的油及冷卻介質(zhì)的沾污。鈦屑清洗在清洗機(jī)上進(jìn)行，使用洗凈劑和水以一定比例混合，在最佳清洗溫度范圍內(nèi)進(jìn)行清洗以去除屑料表面的油及冷卻介質(zhì)的沾污，確保屑料潔凈。

（3）烘干

采用熱風(fēng)式烘干機(jī)或電熱烘于機(jī)將清洗干凈的鈦屑烘干。

（4）篩分

鈦屑篩分在雙孔篩中進(jìn)行。確保屑料尺寸符合要求，滿足后期生產(chǎn)需求

（5）去除高密度金屬夾雜物

該工序用于去除機(jī)加工過(guò)程中混入鈦屑中的合金刀頭等高密度金屬夾雜物。鈦屑先經(jīng)過(guò)空氣分離器分離，再經(jīng)過(guò)強(qiáng)磁選機(jī)處理。

（6）布料

鈦屑布料在布料機(jī)上進(jìn)行，使成分、幾何尺寸等方面有差異的屑料分布均勻。經(jīng)凈化處理、檢驗(yàn)合格的鈦及鈦合金屑狀殘料即為鈦及鈦合金屑狀返回爐料（二）塊狀殘料的處理

1.塊狀殘料處理工藝流程

塊狀殘料→牌號(hào)鑒別→定尺剪切/切割→去除表面污染層→檢驗(yàn)→包裝貯存

2.塊狀殘料的處理

（1）牌號(hào)鑒別

采用渦流導(dǎo)電儀、驗(yàn)鋼鏡、移動(dòng)式直讀光譜儀等鑒別儀器進(jìn)行塊狀殘料的鑒別?？煽熳x分辨純鈦和合金，以及判定合金殘料中是否含有 A1、Mo、V、Fe、Zr、Nb、W、Ta、Sn、Nd、Cr、Mn、Ni、Cu、Si、Pd、Ru等元素，移動(dòng)式直讀光譜儀還可直接準(zhǔn)確測(cè)出元素含量。

（2）定尺剪切/切割

采用剪板機(jī)、鱷魚(yú)剪等剪切或火割的方式對(duì)幾何尺寸不同的塊狀殘料進(jìn)行處理，以滿足后序生產(chǎn)需要。

（3）去除表面污染層

根據(jù)塊狀殘料表面污染程度不同，可采用堿洗或超聲波清洗機(jī)處理板、管等表面油污及雜質(zhì)。可采用酸洗或拋丸機(jī)處理鍛造塊料等表面氧化層及污染。經(jīng)凈化處理、檢驗(yàn)合格的鈦及鈦合金塊狀殘料即為鈦及鈦合金塊狀返回爐料

三、鈦及鈦合金返回爐料的回收利用方式

經(jīng)多年殘鈦回收處理工藝研究，鈦及鈦合金返回爐料的回收利用方式已多元化。目前常采用真空自耗電弧爐、等離子爐、電子束爐及凝殼爐等進(jìn)行回收利用。

由于返回爐料在形狀上與海綿鈦有很大的差別，并不是所有返回爐料都能毫無(wú)困難的制備成自耗電極，所以在熔煉法回收返回爐料工作中，真空自耗電弧熔煉法的利用是有一定局限性的。等離子和電子束冷床爐既可對(duì)制備成電極的返回爐料進(jìn)行回收又可直接對(duì)返回爐料回收利用，因此冷床爐回收利用返回爐料得到了大力采用。

（一）真空自耗電弧爐熔煉回收

真空自耗電弧爐回收返回爐料，一般需先制備具有一定強(qiáng)度的電極，防止在熔煉過(guò)程中出現(xiàn)掉塊或掉蛋。常見(jiàn)四種電極制備方式如下：

① 將屑狀返回爐料或尺寸小的塊狀返回爐料與海綿鈦和合金元素充分混合，在油壓上壓制成電極塊，再焊接成自耗電極。這是真空自耗電弧爐回收返回爐料最常用的方法，返回爐料的添加比例可達(dá)到40%。

② 采用同牌號(hào)冷熱軋板邊、管狀返回爐料以一定比例捆扎成自耗電極，返回爐料添加量可達(dá)到100%，但電極制備難度大，返回爐料外形尺寸要求高。③ 采用以電極塊為芯料，芯料周圍以一定比例的板邊、管狀返回爐料捆扎成自耗電極返回爐料添加量可達(dá)到80%，但電極制備難度大，殘料外形尺寸要求高。

④ 采用同脾號(hào)、同規(guī)格鑄錠冒口經(jīng)等離子氟弧煌焊制成當(dāng)糕品極，返回爐料使用率100%。

（二）等離子和電子束冷床爐熔煉回收

等離子和電子棗冷床爐熔煉對(duì)于回收利用返回爐料是一種很有前途的方法，殘料回收駕大，且在熔煉過(guò)程中還能去除高密度夾雜物。除此之外，其種很有途的萬(wàn)獲預(yù)光將原料門(mén)備成自耗電極，而是通過(guò)加料器進(jìn)料，原料污染少。水平進(jìn)料系統(tǒng)需預(yù)先制備自耗電極，但強(qiáng)度要求較真空自耗電弧爐要求低，常見(jiàn)的電極制備方式有如下3種：

①采用同牌號(hào)冷熱軋板邊、管狀返回爐料以一定比例捆扎成電極，電極強(qiáng)度要求較自耗電極強(qiáng)度要求低，返回爐料添加量可達(dá)到100%。

②采用以電極塊為芯料，芯料周圍以一定比例的板邊、管狀返回爐料捆扎成電極，電極強(qiáng)度要求較自耗電極強(qiáng)度要求低，返回爐料添加量可達(dá)到80%。

③ 采用鈦板邊焊制一定寬度、長(zhǎng)度及高度的框子，將大型塊狀返回爐料裝人其中即可，該方法簡(jiǎn)單方便，對(duì)返回爐料尺寸要求低。

（三）凝殼爐熔煉回收

凝殼爐熔煉回收返回爐料包括兩個(gè)方面，其一是將形狀極其不規(guī)則的塊狀殘料放置在鑄模內(nèi)，在凝殼熔煉爐內(nèi)澆人部分鈦液，鑲合成符合電極尺寸的棒料，它的密度雖然只有致密金屬的70%~80%，但已具有足夠的強(qiáng)度和導(dǎo)電性，符合自耗電極的使用要求；其二是用殘料澆注泵、閥門(mén)、旋塞，風(fēng)機(jī)等耐蝕異形件供冶金、輕工等部門(mén)使用。