一种稀有金属回收电极增重方法及其设备

摘要

本发明涉及提供一种稀有金属回收电极增重方法及其设备，其工艺步骤主要包括：将同一材质及牌号的钛、锆等稀有金属及合金分为电极原料和添加料，其中电极原料制备成自耗电极，采用真空自耗电弧熔炼将自耗电极熔化滴落真空自耗电弧炉内坩埚进行熔炼，同时通过连续进料装置将添加料分批加入坩埚，最终完成自耗电极与添加料熔化冷凝成锭后制成回收电极，完成回收电极增重。本发明用于稀有金属回收电极增重方法的设备是增设了连续进料装置的真空自耗电弧炉，其中连续进料装置由加料仓、送料通道、旋转机构三部分构成。本发明解决了大直径稀有金属残废料难以有效利用的技术难题，提高了工作效率并降低了生产成本。

权利要求

1.一种稀有金属回收电极增重方法，其特征在于，稀有金属回收电极增重的具体步骤依顺序为：a)原料准备：将同一材质及牌号的废残料、边角料作为原料，原料分为二类，其中依据常规工艺选择易于制备电极的原料作为电极原料；依据常规工艺难以制备电极的不规则原料及直径超过30mm的原料作为添加料；

b)原料净化干燥；

c)电极的制备；

d)料筒装料，添加料均分为若干份后分别添加到料筒中,其中将添加料是分为6至15份；

e)真空自耗电弧熔炼；

f)熔池分批添料增重：在进行步骤e)的过程中，启动连续进料装置，按时按要求将料筒内的添加料通过送料通道分批加入真空自耗电弧炉并使得添加料落入坩埚中，直至全部添加料熔化在熔池中；

g)拆炉出锭。

2.一种用于实施稀有金属回收电极增重方法的设备，设备主体是真空自耗电弧炉，其特征在于，在真空自耗电弧炉上增设连续进料装置，使得真空自耗电弧炉与连续进料装置成为一体，连续进料装置由加料仓、送料通道、旋转机构三部分构成，其中加料仓包括静盘、转盘、料筒；旋转机构由齿轮箱、减速箱、油缸及电源组成；真空自耗电弧炉通过送料通道与加料仓相连通，旋转机构与转盘相连接，在转盘同一圆周上均布设置一定数量的料筒，转盘正下方设置静盘，静盘上与料筒处于同一圆周上设有一个静盘出口,其中加料仓的顶部设有仓盖，仓盖与加料仓之间系活动连接，仓盖与加料仓之间设有密封环；其中真空自耗电弧炉通过送料通道与加料仓相连通是通过将送料通道的一端伸入真空自耗电弧炉内，另一端焊接在静盘出口的方式实现的。

3.根据权利要求2所述用于实施稀有金属回收电极增重方法的设备，其特征在于，转盘上设置的料筒为6至15个。

说明书

一种稀有金属回收电极增重方法及其设备

技术领域

[0001] 本发明涉及一种稀有金属回收电极增重的新技术方法及其设计的专有设备领域。

背景技术

[0002] 锆、钛等稀有金属主要应用在核电、航空、航天等先进领域，该类金属因在地壳中含量少或分布稀散，采矿、冶炼因难等原因，被归于稀有金属。由于稀有金属材料的价格较高，一般在40-200万元/吨。随着近些年人类对稀有金属的进一步认识，其应用领域和需求量在世界范围内迅速增加，其也成了“朝阳”金属，尤其在我国，近几年国家大力发展核电站，使锆金属材料加工成为国家投资支持的重点，钛材也成为国内投资的热门，仅在5年内其加工产能就提高了10多倍。但是锆、钛等稀有金属也属于一种难加工金属，加工工序长、变形较困难，加工过程中产生的残料约占总投料量的50％-70％，因此生产过程中会产生大量废残料，如何能有效利用废残料成为可使用的返回料，达到节约资源、降低成本的目的，这一直以来是行业内大家公认的难题，世界各个企业都将稀有金属的废残料的综合回收技术等同与合金配方一样进行重视和保密。

[0003] 由于锆、钛稀有金属是活性金属，用于回收利用锆、钛稀有金属的常规设备一般为真空自耗电弧炉，该炉子虽然是理想的熔炼高质量产品的设备，但需要制备较大且外形规则的锆、钛等稀有金属或其合金的自耗电极。而在生产中产生的废残料外形大小各异、种类不同，给制备规则自耗电极造成异常大的困难，限制了废残料的回收利用率。

[0004] 目前美国采用的稀有金属回收电极增重方法是将能制备自耗电极的屑状原料等制备成电极，难以制备电极的原料(一般指不规则块料或直径超过30厘米的大直径块料等)直接放入真空自耗电弧炉内，采用熔炼的金属液包裹块料进行回收铸锭，回收的铸锭可作自耗电极用于后期生产，即为回收电极，以此方法达到锆、钛等稀有金属的回收电极增重，其使用的设备为常规的真空自耗电弧炉，但是上述操作过程复杂，生产周期长、生产效率低下、生产成本高、回收电极的铸锭质量相对较差。其生产一个7吨重的钛或其合金的回收电极约需1.5天时间，需要重复操作十多次，每次的工艺步骤为：加入残料--封炉--抽空--熔炼--冷却--充氩--拆炉--加入残料--封炉--抽空--熔炼--冷却--充氩--拆炉，其中加入残料--封炉--抽空--熔炼--冷却--充氩--拆炉需重复进行十余次，该方法虽然基本能较全面的回收残料，但操作异常麻烦，生产率低下，又每次需要充入大量氩气，生产成本很高，同时又由于反复拆炉，给铸锭带来大气的污染和外来物污染的可能。

[0005] 日本现使用的技术主要是将不易制备成自耗电极的大块残废料(直径大于30mm)放入价格高的稀有金属原材料(塑性好)中间进行包裹后压制成自耗电极，同时，改造了设备，使设备能够自动加入直径小于30mm的残料，该方法虽然能回收大部分残料，相对生产效率较高，铸锭质量较好，但使用了较多的原材料，生产不了100％的残料回收铸锭。

[0006] 由于上述现行制造工艺及其设备在稀有金属回收电极增重上存在使用受限、成本较高、残废料使用率低、回收电极的铸锭质量差等诸多问题，无法满足目前对稀有金属回收电极增重，从而避免浪费、有效提高残废料利用率、降低生产成本、扩大残废料回收利用范围的使用要求及需求。

发明内容

[0007] 本发明所要解决的是提供一种稀有金属回收电极增重方法及其设备，通过回收电极增重方法来有效解决大直径(直径大于30mm)及不规则钛、锆等稀有金属及合金残废料的回收利用，并能100％的将残废料进行综合利用，生产效率高、生产成本低、回收产品质量高。

[0008] 本发明为解决上述技术问题，采用的技术方案是：

[0009] 以常规的真空自耗电弧炉为主体设备实施回收电极增重，其中稀有金属回收电极增重方法的实施步骤依顺序为：

[0010] a)原料准备：将同一材质及牌号的废残料、边角料作为原料，原料分为二类，其中依据常规工艺选择易于制备电极的原料作为电极原料；依据常规工艺难以制备电极的不规则原料及直径超过30mm的原料作为添加料，添加料按常规工艺计算的重量称量后备料待用；

[0011] b)原料净化干燥：依原料不同采用不同的常规方法对原料进行净化处理，例如钛的常规净化处理具体过程为碱洗、水洗、酸洗、水洗、烘干、磁选、备用；

[0012] c)电极的制备：电极的制备采用常规方法，将电极原料分成若干份，采用常规的压制法制成单块电极，将单块电极通过组焊的方法获得一根真空自耗电弧炉使用的自耗电极；或采用常规的捆扎法，直接捆扎成自耗电极。自耗电极的重量与添加料的重量按常规匹配，以便于熔炼的有效进行，其中自耗电极的重量与匹配的添加料的重量是按真空自耗电弧炉熔炼的常规方法计算确定的；

[0013] d)料筒装料：将按真空自耗电弧炉熔炼的常规方法计算确定的与自耗电极重量相匹配的添加料均分为若干份，分为6至15份，将每份添加料分别加入到设备的料筒中，其中对于熔炼一般用途的回收电极的添加料分为6至9份，对于熔炼质量要求较高的回收电极的添加料分为9至15份，其中在坩埚内依常规放置少量添加料作为引弧使用；

[0014] e)真空自耗电弧熔炼：按常规真空自耗电弧熔炼方法熔炼，将自耗电极置于真空自耗电弧炉中，封炉抽真空后，接通电源，利用电极和坩埚两极间电弧产生的高温将自耗电极熔化成滴落入坩埚进行熔炼；

[0015] f)熔炼中分批添料增重：在进行步骤e)的过程中，启动连续进料装置，按时按要求将料筒内的添加料通过送料通道分批加入真空自耗电弧炉中并使添加料落入坩埚中，自耗电极熔炼的熔液将添加料包裹成为整体。按时按要求加入添加料是指在确保不出炉的情况下，按常规工艺设定的要求将添加料分批加入；

[0016] g)拆炉出锭：经真空自耗电弧熔炼后，坩埚内自耗电极和添加料全部冷凝成锭，冷却到拆炉温度后拆炉出锭，所出铸锭就是回收电极，回收电极的重量为熔化落入熔池内的自耗电极和添加料的总重量，即进行了稀贵金属残废料的回收又实现了回收电极增重。

[0017] 本专利方法与美国方法相比，减少了回收过程中每次的封炉、抽空、充氩和拆炉四个过程，大大提高了工作效率，不用充氩也降低了生产成本，避免了大气和外来物对材料的污染，回收铸锭的质量有保障。与日本方法相比，能有效地回收大块残料，不使用价格高的原料，生产效率相同，但成本低、回收率高。

[0018] 本发明的另一目的通过下述稀有金属回收电极增重设备来实现上述稀有金属回收电极增重办法。稀有金属回收电极增重设备是一种增设连续进料装置的真空自耗电弧炉，使得真空自耗电弧炉与连续进料装置成为一体，其中连续进料装置由加料仓、送料通道、旋转机构三部分构成，加料仓包括静盘、转盘、料筒，旋转机构由齿轮箱、减速箱及电源组成，真空自耗电弧炉通过送料通道与加料仓相连通，旋转机构与转盘相连接，其中在转盘同一圆周上均布设置一定数量的料筒，转盘正下方设置静盘，静盘上与料筒处于同一圆周上设有一个静盘出口；静盘出口是在静盘上开设的等于或略大于料筒的通孔；转盘和静盘为直径相同或相近的金属圆盘。

[0019] 加料仓的顶部设有仓盖，仓盖与加料仓之间系活动连接，仓盖与加料仓之间设有密封环，其中仓盖移开可向加料仓内的料筒放置添加料，完成加料后合上仓盖，密封环起到密封作用，使得加料仓与外界隔绝，打开仓盖的方式采用常规的上翻式或平滑式。

[0020] 送料通道的一端伸入真空自耗电弧炉内，另一端焊接在静盘出口，其中在真空自耗电弧炉炉体上开出通孔，送料通道是通过通孔伸入真空自耗电弧炉，将送料通道与通孔相接处通过焊接将送料通道固定在真空自耗电弧炉上，实现真空自耗电弧炉与连续进料装置的一体化，对真空自耗电弧炉抽真空时会使得真空自耗电弧炉与连续进料装置均成为真空，连续进料装置中的仓盖与加料仓之间的密封环、旋转装置与转盘之间的常规动密封会使得在抽真空时连续进料装置与外界隔绝，实现抽真空。

[0021] 转盘上均布设置一定数量的料筒是指在转盘同一圆周上每隔一定距离就开设1个料筒，料筒的数量为6至15个。

[0022] 本发明的有益效果：由于在常规的真空常规真空自耗电弧炉上设置了连续进料装置，通过送料通道将料筒内的添加料分批加入真空自耗电弧炉内的坩埚，实现了回收电极增重的熔炼过程中的电极及添加料的不破真空熔炼，直至冷凝成锭完成回收电极增重，采用上述设备减少了回收过程中每次的封炉、抽空、充氩和拆炉四个过程，大大提高了工作效率，不用充氩也降低了生产成本，避免了大气和外来物对材料的污染，回收铸锭的质量有保障，能有效地回收大块残料，废残料的回收利用可达到100％，生产成本低、回收率高。

[0023] 实现稀有金属回收电极增重方法的设备结构简单紧凑，设备投资低，工艺流程简单、实用、高效、生产成本低且回收率高，能有效回收大块残料。附图说明：

[0024] 图1用于实施稀有金属回收电极增重的设备结构示意图

[0025] 图2图1所示设备中料筒平面分布图

[0026] 图3图1中A处局部示意图

[0027] 图中1.坩埚、2.熔池、3.铸锭、4.电极、5.电极杆、6.炉体、7.旋转机构、8.料筒、9.加料仓；10.电弧、11.油缸、12.转盘、13.送料通道、14.仓盖、15.密封环、16.电源、17.静盘、18、水套、19.静盘出口；

具体实施方式

[0028] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述：

[0029] 附图所示的是用于实施稀有金属回收电极增重的设备结构，设备由常规的真空自耗电弧炉及设置在常规真空自耗电弧炉上的连续进料装置两部分组成，其中图中所示真空自耗电弧炉部分是真空自耗电弧炉的常规结构，其中连续进料装置由转盘、送料通道及加料仓构成，加料仓上设有仓盖，加料时可移开仓盖将均分的添加料加入料筒内，完成加料后可合上仓盖，同时仓盖与加料仓之间的密封环起密封作用，使得加料仓与外界相隔绝。

[0030] 连续进料装置通过送料通道与真空自耗电弧炉相连通，送料通道系中空管道，一端穿入真空自耗电弧炉内，另一端焊接在静盘出口下部，转盘设在静盘上，转盘和静盘为两个直径相同或相近的同轴金属圆盘，转盘通过与转盘相连接的旋转机构的驱动实现转盘在静盘上的旋转，转盘上在同一圆周上均布一定数量的料筒，料筒为6－15个，图中所示料筒为8个，料筒是中空的没有底的桶状容器，静盘上设有一个静盘出口，静盘出口是和料筒位于同一圆周上且直径相等或略大于料筒直径的通孔。

[0031] 转盘与旋转机构相连，旋转机构由齿轮箱、减速箱、油缸、电源相连接后组成，当电源接通或断开时，通过驱动油缸、减速箱、齿轮箱后实现并控制转盘的旋转及停止，使得每个料筒依次转动至静盘出口上方，完成料筒内添加料通过静盘出口滑入进料通道后进入炉体，落入坩埚。转盘旋转一周就使得所有料筒内的添加料按时按要求依次进入进料通道后进入炉体，落入坩埚，完成全部添加料的添加，使得整个熔炼过程中不破真空并自动加料，坩埚内的金属熔液从下至上依次随着温度降低而逐步冷凝成锭，成为回收电极。

[0032] 本发明实现了采用常规的真空自耗电弧炉，通过添设连续进料装置，实现了在常规的真空自耗电弧熔炼工艺下的连续进料。