СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ СТРУЖКИ МЕТАЛЛОВ ПОДГРУППЫ ТИТАНА И ИХ СПЛАВОВ
PROCEDURE FOR PROCESSING METALS CHIPS OF TITANIUM SUBGROUP AND THEIR ALLOYS

Изобретение относится к области металлургии металлов подгруппы титана и может быть использовано при переработке стружки металлов подгруппы титана и их сплавов.
В процессе изготовления изделий из металлов подгруппы титана и сплавов на их основе при сверлении заготовок образуется витая гофрированная стружка, загрязненная смазочно-охлаждающей жидкостью, которая используется при токарной обработке и в состав которой входит машинное масло. Такая стружка относится к оборотам 4 класса из-за содержания масла в ней на уровне ~0,1 мас.%. При обработке слитков второго переплава также образуется витая стружка 4 класса, при получении которой смазочно-охлаждающая жидкость не используется и содержание масла в которой находится на уровне 0,05 мас.%. Стружку 4 класса обезжиривают в моечном агрегате, прессуют в брикеты и переплавляют в слитки методом вакуумно-дугового переплава. Из слитков нарезают стружку и перерабатывают ее методом йодидного рафинирования, а полученный йодидный металл используют в качестве составляющей шихты для выплавки слитков. Данная технология переработки стружки отличается высокими трудовыми и материальными затратами.
Известен способ переработки циркониевой стружки, включающий обезжиривание стружки, промывку в воде, сушку, прессование ее в брикет и переплав брикета в слиток (Металлургия циркония. Под ред. Г.А.Меерсона, М.: Издательство иностранной литературы, 1959, с.157).
Недостатком данного способа является высокое содержание масла на поверхности стружки после отмывки и, соответственно, высокое содержание углерода в слитке, выплавленном с использованием такой стружки (0,13 мас.%).
Наиболее близким техническим решением, выбранным авторами за прототип, является известный способ переработки стружки тугоплавких металлов подгруппы титана и их сплавов, включающий обезжиривание стружки водным раствором моющего средства в ультразвуковой ванне, промывку ее в горячей воде, сушку и измельчение (патент РФ №2238171, опубл. 20.10.2004).
Недостатками данного известного способа являются:
- высокая стоимость переработки стружки из-за большого количества операций;
- невозможность непосредственного использования стружки для выплавки слитков из-за недостаточной степени очистки стружки от масла.
Заявляемое техническое решение направлено на снижение себестоимости металла, получаемого в процессе переработки стружки, и на повышение качества выплавляемого металла.
Технический результат достигается тем, что перед обезжириванием стружку измельчают при одновременном орошении водным раствором моющего средства, а обезжиривание проводят в ультразвуковой ванне с концентрацией моющего средства 10-40 г/л при температуре раствора 50-65°C в течение 5-10 минут.
Обезжиренная стружка может быть подвергнута дополнительной обработке, после чего ее вводят в состав слитков в качестве подшихтовочного материала.
В процессе дополнительной обработки стружка может подвергаться классификации и магнитной сепарации.
В процессе дополнительной обработки стружка может подвергаться магнитной сепарации.
Орошение стружки водным раствором моющего средства позволяет избежать возгорания стружки, т.к., например, циркониевая стружка является пирофорной и может загореться при искрении, и, кроме того, производится предварительная отмывка поверхности стружки от масла, что повышает качество очистки стружки при последующем обезжиривании в ультразвуковой установке.
Заявляемая технология позволяет перевести стружку из 4 класса в 3 класс и использовать в шихте при выплавке промышленных слитков за счет повышения качества ее очистки и, тем самым, исключить дорогостоящий процесс переработки стружки методом иодидного рафинирования.
Пример 1
Циркониевую стружку после сверления заготовок с содержанием масла ~0,1 мас.%, дробили в стружкодробилке с одновременным орошением водным раствором моющего средства. После измельчения стружку обезжиривали в ультразвуковой ванне, при этом промывку и сушку стружки осуществляли в других ваннах этой же ультразвуковой установки. После обезжиривания стружку классифицировали (рассевали) на грохоте и проводили магнитную сепарацию с использованием постоянных магнитов. Из подготовленной стружки прессовали брикеты и переплавляли их методом вакуумно-дугового переплава в слиток, который затем перерабатывали в стружку. Полученную стружку вводили в состав слитков циркониевых сплавов в качестве подшихтовочного материала.
Пример 2
Стружку после токарной обработки слитков второго переплава с содержанием масла ~0,05 мас.%, измельчали в стружкодробилке с одновременным орошением водным раствором моющего средства и обезжиривали в ультразвуковой ванне, при этом промывку и сушку стружки осуществляли в других ваннах этой же ультразвуковой установки. После обезжиривания стружку подвергали магнитной сепарации и подготовленную по данной технологии стружку вводили в состав промышленных слитков циркониевых сплавов в качестве подшихтовочного материала.
При проведении работ в обоих примерах в процессе обезжиривания стружки в ультразвуковой ванне варьировали следующие параметры:
- концентрация моющего средства - 5; 10; 20; 30; 40; 45 г/л;
- температура раствора - 45; 50; 60; 65; 70°C;
- время обезжиривания в ультразвуковой ванне - 3; 5; 10; 15 минут. Результаты приведены в таблице.
Как следует из таблицы, оптимальными параметрами при обезжиривании стружки циркониевых сплавов в ультразвуковой ванне являются следующие (опыты №№15, 16, 17, 20-22, 29, 30, 32-34, 37-41, 45, 46, 48-50):
- концентрация моющего средства в водном растворе - 10-40 г/л;
- температура раствора в ванне - 50-65°C;
- время обезжиривания в ультразвуковой ванне - 5-10 мин.
При концентрации моющего средства в растворе менее 10 г/л не достигается необходимый уровень очистки поверхности стружки от масла (≤0,01 мас.%), что не позволяет использовать ее для подшихтовки в слитки. Такую стружку перерабатывают только методом иодидного рафинирования, что приводит к значительному увеличению себестоимости готовой продукции, т.е. слитков (опыты №№2-9).
При концентрации моющего средства в растворе более 40 г/л качество очистки стружки не повышается, себестоимость готовой продукции возрастает за счет увеличения расхода моющего средства на 1 т готовой продукции (опыты №№53, 54).
При времени обработки стружки в ультразвуковой ванне менее 5 минут не достигается необходимый уровень очистки поверхности стружки от масла (≤0,1 мас.%) и стружку перерабатывают только методом иодидного рафинирования (опыты №№10-13, 28, 44).
При времени обработки стружки в ультразвуковой ванне более 10 минут уровень очистки поверхности стружки не повышается, но резко снижается производительность ультразвуковой установки, т.к. одна загрузка стружки в корзине проходит последовательно четыре ванны, в которых производится ультразвуковая очистка стружки, отмывка ее от моющего средства и сушка (опыты №№25-27, 35-36, 42, 43, 51, 52).
При температуре раствора моющего средства в ультразвуковой ванне менее 50°C его эффективность снижается, и не достигается необходимый уровень очистки поверхности стружки от масла (≤0,01 мас.%). Такую стружку перерабатывают только методом иодидного рафинирования (опыты №№10, 14, 19, 24,31,47).
При температуре раствора моющего средства в ультразвуковой ванне более 65°C степень очистки поверхности стружки не повышается, возрастает расход электроэнергии на подогрев воды в ванне и поддержание ее заданной температуры (опыты №№18, 23, 27).
Аналогичные опыты проводили при переработке стружки титана и титановых сплавов с получением идентичных результатов.