СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БРИКЕТОВ ТИТАНОВЫХ С ФЛЮСОМ
METHOD OF PRODUCING TITANIUM BRIQUETTES WITH FLUX

Изобретение относится к порошковой технологии, а именно к способам получения изделий из порошковых композиций на основе титана, в частности брикетов титановых с флюсом, которые могут быть использованы для легирования титаном алюминиевых сплавов, применяемых в ракетостроительной, авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности, в которых используются высоколегированные литейные и деформируемые алюминиевые сплавы.
Известен способ получения лигатур для производства алюминиевых сплавов (патент на изобретение РФ №2208656, опубл. 20.07.2003 г., бюл. №20), включающий смешивание грубых порошков активных металлов дисперсностью от 0,1 до 3,0 мм с последующим прессованием. Полученный брикет имеет плотность от 0,5 до 0,95 от теоретической плотности смеси порошков активных металлов. При нагревании в расплаве обрабатываемого металла происходит синтез компонентов брикета.
Недостатком указанного способа является налипание порошковой композиции на стенки матрицы, что нарушает процесс прессования, и ухудшает физико-механические свойства полученных брикетов.
2
Известен способ получения таблетированной титановой лигатуры для алюминиевых сплавов (патент на изобретение РФ №2636212, опубл. 21.11.2017 г., бюл. №33), по количеству общих признаков принятый за ближайших аналог-прототип. Способ включает смешивание порошков активных металлов и их прессование. В качестве порошков активных металлов используют титановые порошки гранулометрического состава от 0,25 до 0,50 мм в количестве от 25 до 35% и от 1,5 до 2,0 мм в количестве от 40 до 50%, их смешивание совместно с порошками легкоплавкого флюса в количестве не менее 18% и мелассой. Прессование смеси осуществляют при давлении от 250 до 300 кг/см с получением брикетов в виде таблетки с ее последующим обжигом при температуре от 80 до 100°С в течение от 60 до 90 мин.
Недостатками известного способа являются низкая плотность получаемых брикетов, неоднородность гранулометрического и химического состава брикетов, налипание смеси на стенки матрицы, что нарушает процесс прессования и как следствие, пониженные физико-механические свойства брикетов. Кроме того, применение мелассы приводит к загрязнению шихты и, следовательно, сплава алюминия, примесями углерода, образующегося в процессе обжига мелассы из спрессованных брикетов в виде таблеток, а также при серийном производстве таблетированной лигатуры с использованием мелассы происходит загрязнение оборудования (налипание связующего ингредиента на инструмент, тару, рабочую камеру смесителя, пресс-инструмент).
Задачами, на решение которых направлено изобретение, устранить налипания смеси на стенки матрицы при прессовании, и получить брикеты титановые с флюсом, однородного гранулометрического и химического состава, без внесения в химический состав шихты вредных примесей.
Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и позволяет получить брикеты титановые с флюсом с заданной плотностью и обладающие оптимальной прочностью, позволяющей осуществить их транспортировку, погрузочно-разгрузочные работы и использовать для легирования титаном алюминиевых сплавов.
Поставленные задачи решаются тем, что предложен способ получения брикетов титановых с флюсом, включающий приготовление смеси компонентов, содержащей титановый порошок и порошок легкоплавкого флюса с последующим смешиванием смеси и ее прессование в брикеты, новым является то, что в качестве исходных компонентов для приготовления смеси используют титановый порошок с размерами частиц от 1,0 до 3,2 мм и калий хлористый электролитный с размерами частиц от 1,0 до 2,0 мм, двухкомпонентную смесь готовят с обеспечением следующего соотношения компонентов, масс. %:
титановый порошок - 80,
калий хлористый электролитный - 20,
перед прессованием двухкомпонентную смесь перемешивают в течение 30-50 минут, затем прессуют двухкомпонентную смесь при удельном давлении 15-17 МПа.
Использование в качестве исходных компонентов для приготовления смеси титанового порошка с размерами частиц от 1,0 до 3,2 мм и калий хлористый электролитный с размерами частиц от 1,0 до 2,0 мм, и смешивание двухкомпонентной смеси с обеспечением следующего соотношения компонентов, масс. %: титановый порошок - 80, калий хлористый электролитный - 20 в течение 15-30 минут позволяет эффективно перемешать компоненты и при проведении процесса прессования в указанных интервалах удельного давления достичь равномерного распределения компонентов в брикетах титановых с флюсом, и получить брикеты титановые с флюсом, обладающих пористостью и оптимальной прочностью.
При давлении прессования менее 15 МПа прочность брикетов титановых с флюсом недостаточна для транспортировки, погрузочно-разгрузочных работ и хранения, а увеличение давления прессования выше 17 МПа является нецелесообразным, так как не приводит к дальнейшему повышению прочности брикета.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе получения брикетов титановых с флюсом, изложенных в пунктах формулы изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".
Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".
Промышленную применимость предлагаемого изобретения подтверждает следующие примеры осуществления способа.
Пример 1.
2
2
2
2
2
3
3
3
В процессе восстановления тетрахлорида титана металлическим магнием губчатый титан получают в виде твердого губчатого блока, который подвергают измельчению с помощью прессового оборудования для комплектования товарных партий определенных фракций (см. кн. Титан. Гармата В.А., Петрунько А.Н., Олесов Ю.Г., Сандлер Р.А., Галицкий Н.В.: Металлургия, 1983, стр. 443-553). В процессе измельчения блока губчатого титана мелкую часть фракций титана с размерами частиц до 12,0 мм используют для получения порошков титана. Массовая доля примесей составляет, масс. % хлора - не более 0,3, азота - не более 0,2, железа - не более 1,5. Мелкую часть фракции с размерами частиц до 12,0 мм подвергают доизмельчению и классификации на фракции. Полученный титановый порошок соответствует требованиям технических условий ТУ 1791-449-05785388-2016. В качестве исходных компонентов при приготовлении смеси для получения брикетов титановых с флюсом используют: титановый порошок марки ТПП-3 с размером частиц от 1,0 до 3,2 мм (ТУ 1791-449-05785388), и калий хлористый электролитный с размерами частиц от 1,0 до 2,0 мм (ТУ 2180-472-0578588). Калий хлористый электролитный является попутным продуктом при производстве магния методом электролиза из карналлита. В электролизер для получения магния и хлора в рабочий электролит состава, масс. %: MgCl - 8, KCl - 58, NaCl - 36, Mg - 0,04, заливают из вакуум-ковша расплавленный безводный карналлит в количестве 8,2 тонны на 1 тонну магния, состава, масс. %: MgCl - 51,6, KCl - 45,4, NaCl - 2,3, CaCl - 0,3, MgO - 0,3, Fe - 0,014, Si - 0,01, Ti - 0,0007, Mn - 0,013, Cu - 0,0008, Co - менее 0,0005, Zn - 0,0022, Cr - 0,002 и другие элементы. Безводный карналлит под воздействием постоянного тока разлагается на магний и хлор. В процессе электролиза в электролизер также подгружают фторид кальция в виде плавикового шпата фракции 0,05 мм и хлорид натрия в количестве 0,328 т на 1 тонну магния, состава, масс. %: NaCl - 99,6, MgCl - 0,015, KCl - 0,013, CaCl - 0,206, Fe - 0,01, Si - 0,002, Mn - 0,002, V - 0,008, Cu - 0,0005, Co - менее 0,0003, Zn - 0,01, Cr - 0,005. Продукты электролиза - магний извлекают из электролизера один раз в сутки вакуум-ковшом, а хлор отводят по хлоропроводу потребителю. В период электролиза расплав циркулируют в системе сборная ячейка -электролитическое отделение через переточные окна в разделительной перегородке до содержания в расплаве хлорида магния 7 масс. %. Периодически из электролизера откачивают заборным устройством отработанный электролит в стальные короба емкостью 1,5 тонн. Смесь охлаждают, выгружают из короба на инерционную решетку ИР-120, с помощью лоткового питателя подают на наклонный ленточный транспортер и дробят в роторной дробилке. Дробленый отработанный электролит ленточным элеватором транспортируют на инерционный грохот и методом грохочения рассеивают по фракциям менее 3,0 мм, а продукт, оставшийся на сетке, возвращают в дробилку на повторную переработку. Затем направляют элеватором в бункер силосной башни, отбирают пробу на химический и гранулометрический анализы. При соответствии полученного продукта по содержанию компонентов техническим условиям ТУ 2180-472-0578588, калий хлористый электролитный подают в бункер фасовочного комплекса, откуда его затаривают в мягкие контейнера разового использования типа МКР. Затем калий хлористый электролитный загружают в бункер установки рассева с помощью крана мостового, грузоподъемностью 2,0 т. Установка рассева состоит из бункера и сита двухдечного с установленными на нем сетками №2 и №1. Производят рассев калия хлористого электролитного на фракции с размером частиц более 2,0 мм, от 1,0 до 2,0 мм и менее 1,0 мм. Калий хлористый электролитный с размерами частиц от 1,0 до 2,0 мм ссыпают в контейнер. Для приготовления смеси компонетов для получения брикетов титановых с флюсом титановый порошок марки ТПП-3 с размером частиц от 1,0 до 3,2 мм (ТУ 1791-449-05785388) взвешивают на весах ВСДП 1.15.10 «Гранит», предел взвешивания которых 1000 кг, а калий хлористый электролитный с размерами частиц от 1,0 до 2,0 мм (ТУ 2180-472-0578588) взвешивают на весах ВТ-150, предел взвешивания которых 150 кг. После взвешивания титановый порошок в количестве 160 кг (80,0 мас. %) и калий хлористый электролитный в количестве 40 кг (20 мас. %) засыпают в контейнер объемом 0,5 м. Смесь титанового порошка и калия хлористого электролитного из контейнера в количестве 200 кг загружают в бункер объемом 0,3 м, из бункера через загрузочную воронку ссыпают в смеситель двухконусный для приготовления двухкомпонентной смеси для получения брикетов. Смеситель представляет собой двухконусный барабан, оборудованный в верхней части загрузочным люком с крышкой, герметично закрывающийся болтовыми соединениями. Нижняя часть барабана закрывается разгрузочным люком, оборудованным запирающим устройством. Вращение смесителя двухконусного осуществляется от электродвигателя через редуктор. Смеситель двухконусный закрывают крышкой на шесть болтов, и производят пуск духконусного смесителя. Барабан начинает вращаться, и титановый порошок и калий хлористый электролитный перемешивают. Продолжительность процесса перемешивания двухкомпонентной смеси 30 минут. После окончания перемешивания производят остановку смесителя двухконусного, и двухкомпонентную смесь из смесителя двухконусного по разгрузочной течке ссыпают в приемный контейнер, и после направляют на прессование. Двухкомпонентную смесь из приемного контейнера кран-балкой, управляемой с пола загружают в бункер пресса. Брикетирование двухкомпонентной смеси производили на пресс-автомате гидравлическом модели ДА 1532БМ усилием 1600 тс в автоматическом режиме. Размеры брикетов были выбраны исходя из усилия пресса и удельного давления прессования 15 МПа. Вес полученных брикетов составил 1,120 кг. Высота брикета 75 мм, диаметр - 86 мм, плотность - 2,69 г/см. Налипание двухкомпонентной смеси на стенки матрицы при прессовании не наблюдалось.
Пример 2.
3
То же, что и в примере 1, но продолжительность процесса перемешивания двухкомпонентной смеси 50 минут. После окончания процесса перемешивания производят остановку смесителя двухконусного, и двухкомпонентную смесь из смесителя двухконусного по разгрузочной течке ссыпают в приемный контейнер, и после направляют на прессование. Двухкомпонентную смесь из приемного контейнера кран-балкой, управляемой с пола загружают в бункер пресса. Брикетирование двухкомпонентной смеси производили на пресс-автомате гидравлическом модели ДА 1532БМ усилием 1600 тс в автоматическом режиме. Размеры брикетов были выбраны исходя из усилия пресса и удельного давления прессования 17 МПа. Вес полученных брикетов составил 1,160 кг. Высота брикета 75 мм, диаметр - 86 мм, плотность - 2,55 г/см. Налипание двухкомпонентной смеси на стенки матрицы при прессовании не наблюдалось.
Таким образом, предложенный способ позволяет получить брикеты титановые с флюсом с заданной плотностью и обладающие оптимальной прочностью, позволяющей осуществить их транспортировку, погрузочно-разгрузочные работы, и использовать для легирования титаном алюминиевых сплавов.