เทคโนโลยีและโอกาสทางเทคนิคของการถลุงวัสดุโลหะผสมไทเทเนียม เช่น แท่งไทเทเนียมและแท่งโลหะผสมไทเทเนียม -2

1.3 วิธีการหลอมเตาเย็น (เรียกย่อว่าวิธี CHM)

ข้อบกพร่องในการรวมโลหะวิทยาของแท่งโลหะผสมไทเทเนียมและไทเทเนียมที่เกิดจากมลภาวะของวัตถุดิบและกระบวนการถลุงที่ผิดปกติมักส่งผลต่อการประยุกต์ใช้แท่งไทเทเนียมเกรด 5และโลหะผสมไทเทเนียมในสาขาการบินและอวกาศ เพื่อที่จะกำจัดชิ้นส่วนที่หมุนของเครื่องยนต์เครื่องบินโลหะผสมไทเทเนียมการรวมโลหะเทคโนโลยีการถลุงเตาเย็นจึงเกิดขึ้น คุณลักษณะที่ใหญ่ที่สุดของวิธี CHM คือการแยกกระบวนการหลอม การกลั่น และการแข็งตัว กล่าวคือ ประจุหลอมเหลวจะเข้าสู่เตาเพื่อละลายก่อน จากนั้นจึงเข้าสู่พื้นที่การกลั่นของเตาเย็นเพื่อทำการกลั่น และสุดท้ายจะแข็งตัวเป็นแท่งใน พื้นที่ตกผลึก

ข้อได้เปรียบที่สำคัญของเทคโนโลยี CHM คือสามารถสร้างเปลือกคอนเดนเสทบนผนังเตาเย็นได้ และ "โซนหนืด" ของมันสามารถดักจับการรวมตัวที่มีความหนาแน่นสูง (HDI) เช่น WC, Mo, Ta เป็นต้น ในเวลาเดียวกัน เวลา ในเขตการกลั่น การรวมความหนาแน่นต่ำ (HDI) อนุภาคของการรวมตัว (LDI) ที่ยืดเวลาออกไปในของเหลวที่มีอุณหภูมิสูงสามารถรับประกันการละลายของ LDI ได้อย่างสมบูรณ์ ดังนั้นจึงขจัดการรวมตัวได้อย่างมีประสิทธิภาพ ข้อบกพร่อง กล่าวคือ. กลไกการทำให้บริสุทธิ์ของการถลุงเตาเย็นสามารถแบ่งออกเป็นการแยกแรงโน้มถ่วงเฉพาะและการแยกการหลอม

1.3.1 วิธีการหลอมเตาเย็นด้วยลำแสงอิเล็กตรอน (เรียกย่อว่าวิธี EBCHM) การหลอมลำแสงอิเล็กตรอน (เรียกย่อว่า EB) เป็นกระบวนการทางเทคโนโลยีที่ใช้พลังงานของอิเล็กตรอนความเร็วสูงเพื่อทำให้วัสดุสร้างความร้อนสำหรับการหลอมและการกลั่น เตา EB ที่มีเตาเย็นเรียกว่า EBCHM วิธี EBCHM มีฟังก์ชันที่ยอดเยี่ยมซึ่งวิธีการถลุงแบบดั้งเดิมไม่มี:

(1) กำจัดการรวมที่มีความหนาแน่นสูง (HDI) และไทเทเนียมไนไตรด์ เช่น แทนทาลัม โมลิบดีนัม ทังสเตน และทังสเตนคาร์ไบด์อย่างมีประสิทธิภาพ ไทเทเนียมออกไซด์และการรวมความหนาแน่นต่ำอื่น ๆ (LDI);

(2) สามารถยอมรับวิธีการป้อนได้หลากหลายวิธี และการกู้คืนสารตกค้างของไทเทเนียมนั้นค่อนข้างง่าย นั่นคือวัสดุเหลือใช้ที่ไม่สามารถใช้โดยวิธีการถลุงอื่น ๆ ได้ และยังสามารถผลิตแท่งไทเทเนียมบริสุทธิ์ได้ ซึ่งอย่างมาก ลดต้นทุนของผลิตภัณฑ์

(3) สามารถเก็บตัวอย่างและวิเคราะห์ได้โดยตรงจากโลหะหลอมเหลว

(4) สามารถผลิตแท่งโลหะรูปทรงพิเศษ ลดกระบวนการผลิต ลดการใช้วัตถุดิบ และเพิ่มผลผลิต วิธี EBCHM ยังมีข้อเสียดังต่อไปนี้:

(1) การหลอมจะต้องดำเนินการภายใต้สภาวะสุญญากาศสูง ดังนั้นฟองน้ำไทเทเนียมที่มีปริมาณคลอไรด์สูงจึงไม่สามารถหลอมได้โดยตรง

(2) องค์ประกอบโลหะผสมมีความผันผวนและควบคุมองค์ประกอบทางเคมีได้ยาก

1.3.2 วิธีการหลอมด้วยพลาสมาเย็นเบด (เรียกว่าวิธี PCHM)

วิธี PCHM ใช้พลาสมาอาร์กที่สร้างขึ้นโดยการไอออไนซ์ของก๊าซเฉื่อยเป็นแหล่งความร้อน และสามารถทำการหลอมให้เสร็จสิ้นในช่วงแรงดันที่กว้างตั้งแต่สุญญากาศต่ำไปจนถึงความดันบรรยากาศใกล้เคียง คุณลักษณะเด่นของวิธีนี้คือสามารถรับประกันส่วนประกอบโลหะผสมที่มีความดันไอต่างกันได้ และไม่มีการสูญเสียการเผาไหม้ที่ชัดเจนในระหว่างกระบวนการถลุง และยังสามารถกำจัดข้อบกพร่องทางโลหะวิทยาของ HDI และ LDI ได้อีกด้วย

วิธีนี้มีความสามารถในการปรับปรุงคุณสมบัติของโลหะไต้หวันแบบดั้งเดิม และสามารถตระหนักถึงการหลอมโลหะผสมที่หลากหลาย เป็นวิธีการหลอมที่ประหยัดเมื่อเทียบกับวิธีการหลอมแบบดั้งเดิม

ด้วยวิธีถลุงแบบนี้ สำหรับไททาเนียมและไททาเนียมอัลลอยด์ จึงสามารถหลอมโลหะในอุดมคติได้ด้วยการถลุงเพียงครั้งเดียว

ข้อดีของวิธี PCHM สมัยใหม่คือ:

①การลงทุนอุปกรณ์ต่ำ ใช้งานง่าย ปลอดภัย และเชื่อถือได้

2 สามารถใช้วัตถุดิบประเภทและรูปแบบต่างๆได้ และอัตราการคืนสภาพของวัสดุเหลือใช้สูง

3. ตรวจสอบองค์ประกอบทางเคมีของโลหะผสมที่หลากหลาย

④ ตระหนักถึงการนำก๊าซเฉื่อยราคาแพงกลับมาใช้ใหม่และนำกลับมาใช้ใหม่ ซึ่งช่วยลดต้นทุนการผลิต ข้อเสียของวิธี PCHM คือประสิทธิภาพทางไฟฟ้าต่ำ

EBCHM และ PCHM มีความคล้ายคลึงกันตรงที่สามารถกำจัด HDI และ LDI ได้ โดยทั่วไปแล้วแบบแรกเหมาะสำหรับการถลุงไทเทเนียมบริสุทธิ์มากกว่า ในขณะที่โลหะผสมนั้นอย่างหลังจะเหมาะสมกว่า

เช่นเดียวกับวิธี VAR สองวิธีข้างต้นทำให้สามารถควบคุมกระบวนการอัตโนมัติได้หลากหลาย รวมถึงพารามิเตอร์ของกระบวนการ (ความเร็วการถลุง การกระจายอุณหภูมิระหว่างการถลุงและการแข็งตัว การเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบระหว่างการถลุง การกำจัดสิ่งที่เจือปนที่ไม่ละลายน้ำ ฯลฯ) และคุณภาพ

1.4 วิธีการหลอมด้วยเบ้าหลอมเย็น (เรียกว่าวิธี CCM)

ในช่วงทศวรรษ 1980 บริษัท American Ferrosilicon ได้พัฒนากระบวนการถลุงแบบเหนี่ยวนำโดยปราศจากตะกรัน และผลักดันวิธี CCM ไปสู่การผลิตทางอุตสาหกรรมเพื่อการผลิตแท่งไทเทเนียมและการหล่อไทเทเนียมที่มีความแม่นยำ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ในประเทศที่พัฒนาแล้วทางเศรษฐกิจบางประเทศ วิธี CCM ได้เริ่มเข้าสู่อุตสาหกรรม ขนาดการผลิต เส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุดของแท่งโลหะคือ 1 ม. ความยาวคือ 2 ม. และโอกาสการพัฒนาก็น่าประทับใจ

กระบวนการหลอมของวิธี CCM ดำเนินการในถ้วยใส่ตัวอย่างโลหะที่ประกอบด้วยบล็อกอาร์กหรือท่อทองแดงระบายความร้อนด้วยน้ำที่ไม่นำไฟฟ้าร่วมกัน ข้อได้เปรียบที่ใหญ่ที่สุดของการผสมผสานนี้คือช่องว่างระหว่างแต่ละสองบล็อกเป็นสนามแม่เหล็กที่เพิ่มขึ้น และสนามแม่เหล็กแรงสูงที่เกิดจากการกวนทำให้องค์ประกอบทางเคมีและอุณหภูมิมีความสม่ำเสมอ ซึ่งช่วยปรับปรุงคุณภาพของผลิตภัณฑ์

วิธี CCM เป็นการผสมผสานระหว่างคุณลักษณะของวิธี VAR และการหลอมละลายด้วยเบ้าหลอมเหนี่ยวนำของวัสดุทนไฟ ไม่จำเป็นต้องใช้วัสดุทนไฟและไม่จำเป็นต้องสร้างอิเล็กโทรดเพื่อให้ได้แท่งโลหะคุณภาพสูงที่มีองค์ประกอบสม่ำเสมอและไม่มีมลภาวะจากเบ้าหลอม

เมื่อเปรียบเทียบกับวิธี VAR แล้ว วิธี CCM มีข้อดีคือต้นทุนอุปกรณ์ต่ำและใช้งานง่าย แต่เทคโนโลยียังอยู่ในขั้นตอนการพัฒนาในปัจจุบัน

1.5 วิธีการถลุงด้วยไฟฟ้าสแล็ก (เรียกว่าวิธี ESR)

วิธี ESR แปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานความร้อนโดยใช้การชนกันของอนุภาคที่มีประจุเมื่อกระแสไหลผ่านอิเล็กโทรสแล็กที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า นั่นคือประจุจะถูกละลายและปรับปรุงโดยพลังงานความร้อนที่เกิดจากความต้านทานของตะกรัน วิธี ESR ใช้อิเล็กโทรดสิ้นเปลืองเพื่อดำเนินการถลุงด้วยไฟฟ้าในตะกรันที่ไม่ใช้งาน (CaF2) ซึ่งสามารถหลอมได้โดยตรงและหล่อเป็นแท่งที่มีรูปร่างเหมือนกัน และมีคุณภาพพื้นผิวที่ดี ซึ่งเหมาะสำหรับการแปรรูปโดยตรงในกระบวนการถัดไป ข้อดีของวิธีนี้คือ:

(1) ความร่วมแกนที่สมบูรณ์ของเตา ESR ช่วยให้มั่นใจในการทำซ้ำของแท่งโลหะคุณภาพดีที่สุด

(2) การตกผลึกตามแนวแกนของแท่งโลหะ โครงสร้างที่กะทัดรัดและสม่ำเสมอ

(3) ระบบชั่งน้ำหนักอิเล็กโทรดที่มีความแม่นยำสูงและระบบควบคุมอัตราการหลอมละลาย

(4) อุปกรณ์นั้นเรียบง่ายและใช้งานง่าย ข้อเสียคือไม่สามารถกำจัดมลพิษของแท่งโลหะด้วยตะกรันได้

2. การวิเคราะห์วิธีการถลุงแบบต่างๆ

คุณภาพของแท่งไทเทเนียมหล่อมีอิทธิพลอย่างมากต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติของวัสดุที่ผ่านกระบวนการเย็นและร้อนในภายหลัง คุณภาพของแท่งไทเทเนียมและโลหะผสมไทเทเนียมนั้นวัดจากประเด็นต่อไปนี้เป็นหลัก:

1 องค์ประกอบทางเคมีของส่วนต่าง ๆ ของลิ่มมีความสม่ำเสมอหรือไม่

②มีการควบคุมสิ่งเจือปนหลัก (Fe, O ฯลฯ) ภายในช่วงที่เหมาะสมหรือไม่

3.มีข้อบกพร่องเช่นการรวมตัว การแยกตัว รูขุมขน รอยแตก โพรงการหดตัว และส้มกระจัดกระจายภายในแท่งโลหะหรือไม่

④ ไม่ว่าพื้นผิวของลิ่มจะเรียบ ไม่มีช่องว่าง และขนาดของการกำจัดช่องหดตัวของหัว

เทคโนโลยีการบินและอวกาศในปัจจุบันได้เพิ่มข้อกำหนดด้านคุณภาพที่เข้มงวดมากขึ้นสำหรับแท่งไทเทเนียมเกรด 5 และแท่งโลหะผสมไทเทเนียม นอกจากการควบคุมคุณภาพของกระบวนการผลิตอย่างเข้มงวดแล้ว ยังควรใช้การถลุงหลายครั้ง โดยอย่างน้อย 1 ครั้งจะดำเนินการในสุญญากาศเพื่อให้ได้แท่งโลหะคุณภาพสูง สิ่งนี้กำหนดให้ต้องใช้คุณลักษณะของวิธีการถลุงแต่ละวิธีอย่างครอบคลุมเพื่อให้ทราบถึงกระบวนการทางโลหะวิทยาทางกายภาพของไทเทเนียมและโลหะผสมไทเทเนียม เพื่อให้ได้แท่งไทเทเนียมและโลหะผสมไทเทเนียมคุณภาพสูงที่สามารถทำซ้ำได้อย่างต่อเนื่องพร้อมประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม

3. แนวโน้ม

จากมุมมองทางเศรษฐกิจ ในฐานะวิธีการผลิตหลัก วิธี VAR จะยังคงจัดหาวัสดุไทเทเนียมคุณภาพสูงสำหรับการบินและสาขาที่ไม่ใช่การบิน และจะยังคงเป็นวิธีที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการถลุงไทเทเนียมและโลหะผสมไทเทเนียม อย่างไรก็ตาม ปัญหาในการเตรียมอิเล็กโทรดและการทำความสะอาดแท่งโลหะยังคงต้องได้รับการแก้ไข วิธี NC ส่วนใหญ่จะเหมาะสำหรับการกู้คืนและการถลุงประจุที่ส่งคืน วิธีการ EBCHM และ PCHM สามารถให้แท่งไทเทเนียมเกรด 5 และไทเทเนียมคุณภาพสูงขึ้นสำหรับการบินและอวกาศและสาขาอื่นๆ ด้วยข้อได้เปรียบที่เป็นเอกลักษณ์ ลิ่มโลหะผสม ในอนาคตอันใกล้นี้จะกลายเป็นส่วนสำคัญของกระบวนการถลุงมาตรฐานไทเทเนียมอย่างแน่นอน วิธี CCM และวิธี ESR ยังคงต้องได้รับการปรับปรุงและทำให้สมบูรณ์แบบเพิ่มเติม และยังสามารถเข้าสู่การผลิตในระดับอุตสาหกรรมได้