วิธีการถลุงโลหะผสมไทเทเนียมทั่วไปห้าวิธี

โลหะผสมไทเทเนียมมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ เนื่องจากมีคุณสมบัติที่ดีเยี่ยม เช่น อัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูง ความต้านทานการกัดกร่อน และความเข้ากันได้ทางชีวภาพ อย่างไรก็ตาม จุดหลอมเหลวที่สูงของโลหะผสมไทเทเนียมทำให้เกิดความท้าทายในการประมวลผล โดยทั่วไปวิธีการถลุงโลหะผสมไทเทเนียมจะแบ่งออกเป็น: 1. วิธีการถลุงเตาอาร์คไฟฟ้าแบบบริโภคสูญญากาศ; 2. วิธีการถลุงเตาอาร์คไฟฟ้าสุญญากาศที่ไม่สิ้นเปลือง 3. วิธีการถลุงเตาเย็น 4. วิธีการถลุงหม้อเย็น 5. วิธีการถลุงด้วยไฟฟ้าสแลก ห้าวิธี

1. วิธีการหลอมเตาอาร์คไฟฟ้าแบบบริโภคสูญญากาศ (เรียกว่าวิธี VAR)
เป็นกระบวนการทางโลหะวิทยาขั้นสูงที่ใช้สำหรับการผลิตโลหะและโลหะผสมที่มีความบริสุทธิ์สูง วิธีการนี้ใช้เพื่อปรับปรุงความบริสุทธิ์และความสม่ำเสมอของวัสดุเป็นหลัก และมักใช้ในการผลิตโลหะผสมพิเศษคุณภาพสูง โลหะผสมอลูมิเนียม และวัสดุโลหะที่มีความต้องการสูงอื่นๆ ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีสุญญากาศและการประยุกต์ใช้คอมพิวเตอร์ วิธี VAR ได้กลายเป็นเทคโนโลยีการผลิตทางอุตสาหกรรมที่เติบโตเต็มที่สำหรับไทเทเนียมอย่างรวดเร็ว ไทเทเนียมและแท่งโลหะผสมในปัจจุบันส่วนใหญ่ผลิตขึ้นโดยใช้วิธีนี้ คุณลักษณะเด่นของวิธี VAR คือ การใช้พลังงานต่ำ ความเร็วในการหลอมเหลวสูง และความสามารถในการทำซ้ำที่มีคุณภาพดี แท่งโลหะที่หลอมโดยวิธี VAR มีโครงสร้างผลึกที่ดีและมีองค์ประกอบทางเคมีที่สม่ำเสมอ โดยปกติแล้ว โลหะที่เสร็จแล้วควรนำไปหลอมด้วยวิธี VAR จำเป็นต้องมีการหลอมซ้ำอย่างน้อยสองครั้ง วิธี VAR ใช้ในการผลิตแท่งไทเทเนียม โดยพื้นฐานแล้วกระบวนการที่ผู้ผลิตทั่วโลกใช้นั้นคล้ายคลึงกัน ความแตกต่างอยู่ที่การใช้วิธีและอุปกรณ์ในการเตรียมอิเล็กโทรดที่แตกต่างกัน การเตรียมอิเล็กโทรดสามารถแบ่งได้เป็น 3 ประเภทใหญ่ๆ หนึ่งคืออิเล็กโทรดอินทิกรัลที่ถูกกดอย่างต่อเนื่องโดยการเพิ่มวัสดุในส่วนต่างๆ ซึ่งช่วยลดกระบวนการเชื่อมอิเล็กโทรด อีกอันคืออิเล็กโทรดชิ้นเดียวที่กดและเชื่อมเข้ากับอิเล็กโทรดสิ้นเปลือง และเชื่อมเข้าด้วยกันโดยการเชื่อมอาร์กพลาสมาอาร์กอนหรือการเชื่อมแบบสุญญากาศ ประการที่สาม ใช้วิธีการถลุงแบบอื่นเพื่อเตรียมอิเล็กโทรดแบบหล่อ
นอกเหนือจากคุณลักษณะสองประการข้างต้นแล้ว เตา VAR สมัยใหม่สำหรับการถลุงไทเทเนียมยังได้ตระหนักถึงเตา VAR ขนาดใหญ่อีกด้วย เตา VAR สมัยใหม่สามารถหลอมแท่งโลหะขนาดใหญ่ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.5 ม. และน้ำหนัก 32 ตัน
วิธี vAR เป็นวิธีการถลุงแร่มาตรฐานทางอุตสาหกรรมสำหรับไทเทเนียมและโลหะผสมไทเทเนียมสมัยใหม่

2. วิธีการหลอมเตาอาร์คไฟฟ้าสุญญากาศที่ไม่สิ้นเปลือง (วิธี Jianni NC)
สภาพแวดล้อมสุญญากาศ เช่นเดียวกับเตาอาร์คไฟฟ้าแบบสิ้นเปลือง วิธีการ CNC ก็ดำเนินการในสภาพแวดล้อมสุญญากาศเช่นกัน ด้วยการดูดอากาศและก๊าซในเตาเผา สภาวะสุญญากาศสูงจะถูกสร้างขึ้นเพื่อค่อยๆ ลดการปนเปื้อนของอากาศและออกซิเจน และรับประกันการผลิตวัสดุโลหะผสมคุณภาพสูง
อิเล็กโทรด ในการตัดเฉือน CNC อิเล็กโทรดที่ใช้มักจะไม่สิ้นเปลือง และมักทำจากทังสเตนหรือวัสดุที่มีจุดหลอมเหลวสูงอื่นๆ อิเล็กโทรดเหล่านี้มีความเสถียรและสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงและการปล่อยอาร์กพลังงานสูงได้โดยไม่ต้องบริโภค
การอาร์คเกิดขึ้นจากการปล่อยกระแสไฟฟ้า โดยปกติจะใช้อิเล็กโทรด 2 อิเล็กโทรด ทำให้เกิดการปล่อยส่วนโค้ง ส่วนโค้งนี้มีความร้อนสูงมากและสามารถให้ความร้อนแก่วัสดุที่อุณหภูมิสูงกว่าจุดหลอมเหลวได้
การหลอมเหลวของวัสดุ ภายใต้การกระทำของส่วนโค้ง วัสดุจะถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิสูงพอที่จะจุดติดไฟและละลายได้ เนื่องจากมีการใช้อิเล็กโทรดที่ไม่สิ้นเปลือง ตัวอิเล็กโทรดจึงไม่ถูกใช้และจึงสามารถใช้งานอย่างต่อเนื่องได้
การเตรียมโลหะผสม: หลังจากที่วัสดุหลอมเหลวแล้ว คุณสามารถเตรียมโลหะผสมที่ต้องการได้โดยการปรับความเข้มของส่วนโค้ง อุณหภูมิในเตาเผา และองค์ประกอบของโลหะผสม ทำให้วิธีการ NC เหมาะสมมากสำหรับการเตรียมโลหะผสมที่มีความแม่นยำสูงและการควบคุมองค์ประกอบที่แม่นยำ
เนื่องจากการถลุงครั้งเดียว วิธีการ NC ค่อนข้างได้เปรียบจากมุมมองของการปรับปรุงอัตราการนำวัสดุที่เหลือกลับคืนมาและลดต้นทุน โดยปกติแล้ว เตา NC และเตา VAR จะถูกนำมาใช้ร่วมกันเพื่อให้เกิดประโยชน์สูงสุดตามลำดับ โดยทั่วไปวิธีการ NC จะใช้ในห้องปฏิบัติการวิจัยและในการเตรียมวัสดุพิเศษ เนื่องจากให้ความยืดหยุ่นในการควบคุมวัสดุและการเตรียมการในระดับสูง อย่างไรก็ตาม เมื่อเปรียบเทียบกับเตาอาร์กไฟฟ้าแบบบริโภคแล้ว อุปกรณ์และต้นทุนการดำเนินงานของวิธี NC นั้นสูงกว่า ดังนั้นจึงใช้เป็นหลักในการใช้งานที่ต้องการความแม่นยำสูงและการควบคุมส่วนประกอบที่แม่นยำ เช่น การบินและอวกาศ พลังงาน อิเล็กทรอนิกส์ เป็นต้น

3. วิธีการหลอมเตาเย็น (เรียกสั้น ๆ ว่าวิธี CHM)
ข้อบกพร่องในการรวมโลหะวิทยาในแท่งโลหะผสมไทเทเนียมและไทเทเนียมที่เกิดจากการปนเปื้อนของวัตถุดิบและกระบวนการถลุงที่ผิดปกติมักส่งผลกระทบต่อการใช้ไทเทเนียมและโลหะผสมไทเทเนียมในสาขาการบินและอวกาศ เพื่อกำจัดการรวมตัวของโลหะในชิ้นส่วนที่หมุนของเครื่องยนต์เครื่องบินโลหะผสมไทเทเนียม เทคโนโลยีการถลุงเตาเย็นจึงเกิดขึ้น
คุณลักษณะที่ใหญ่ที่สุดของวิธี CHM คือการแยกกระบวนการหลอม การกลั่น และการแข็งตัว กล่าวคือ ประจุหลอมเหลวจะเข้าสู่เตาเย็นและละลายในขั้นแรก จากนั้นเข้าสู่พื้นที่การกลั่นของเตาเย็นเพื่อทำการกลั่น และสุดท้ายก็แข็งตัวเป็น แท่งโลหะในพื้นที่ตกผลึก ข้อได้เปรียบที่สำคัญของเทคโนโลยี CHM คือสามารถสร้างเปลือกควบแน่นบนผนังเตาเย็นได้ "โซนหนืด" ของมันสามารถดักจับสารรวมที่มีความหนาแน่นสูง (HDI) เช่น WC, Mo, Ta เป็นต้น ในเวลาเดียวกัน ในเขตการกลั่น สารรวมที่มีความหนาแน่นต่ำ ระยะเวลาการคงอยู่ของอนุภาค (LDI) ที่ขยายออกไปในอนุภาคที่มีความหนาแน่นสูง ของเหลวที่มีอุณหภูมิสามารถรับประกันการละลายของ LDI ได้อย่างสมบูรณ์ จึงช่วยขจัดข้อบกพร่องที่รวมอยู่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ กล่าวคือ. กลไกการทำให้บริสุทธิ์ของการถลุงเตาเย็นสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: การแยกแรงโน้มถ่วงและการแยกการหลอม

4. วิธีการหลอมด้วยเบ้าหลอมเย็น (เรียกว่าวิธี CCM)
ในช่วงทศวรรษ 1980 บริษัท American Ferrosilicon ได้พัฒนากระบวนการหลอมเหนี่ยวนำโดยปราศจากตะกรัน และส่งเสริมวิธี CCM ในการใช้งานการผลิตทางอุตสาหกรรมสำหรับการผลิตแท่งไทเทเนียมและการหล่อไทเทเนียมที่มีความแม่นยำ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ในประเทศที่พัฒนาแล้วทางเศรษฐกิจบางประเทศ วิธี CCM ได้เริ่มเข้าสู่ระดับการผลิตทางอุตสาหกรรม เส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุดของแท่งโลหะคือ 1 ม. และความยาวคือ 2 ม. แนวโน้มการพัฒนาเป็นที่สะดุดตา กระบวนการหลอม CCM ดำเนินการในเบ้าหลอมโลหะที่ประกอบด้วยบล็อกรูปทรงโค้งระบายความร้อนด้วยน้ำหรือท่อทองแดงที่ไม่นำไฟฟ้าซึ่งกันและกัน ข้อได้เปรียบที่ใหญ่ที่สุดของการผสมผสานนี้คือช่องว่างระหว่างแต่ละสองบล็อกเป็นสนามแม่เหล็กที่เพิ่มขึ้น และสนามแม่เหล็กแรงสูงที่เกิดจากการกวนจะทำให้องค์ประกอบทางเคมีและอุณหภูมิมีความสม่ำเสมอ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงคุณภาพของผลิตภัณฑ์ วิธี CCM เป็นการผสมผสานระหว่างคุณลักษณะของวิธี VAR และการหลอมละลายด้วยเบ้าหลอมเหนี่ยวนำของวัสดุทนไฟ ไม่จำเป็นต้องใช้วัสดุทนไฟและอิเล็กโทรด และสามารถรับแท่งโลหะคุณภาพสูงที่มีองค์ประกอบสม่ำเสมอและไม่มีการปนเปื้อนในถ้วยใส่ตัวอย่างในกระบวนการหลอมละลายเพียงครั้งเดียว เมื่อเปรียบเทียบกับวิธี VAR แล้ว วิธี CCM มีข้อดีคือต้นทุนอุปกรณ์ต่ำและใช้งานง่าย แต่ปัจจุบันเทคโนโลยีนี้ยังอยู่ในขั้นตอนการพัฒนา
5. วิธีการถลุงด้วยไฟฟ้า (วิธี ESR เรียกสั้น ๆ )
วิธี ESR ใช้การชนกันของอนุภาคที่มีประจุเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านอิเล็กโทรสแลกที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าเพื่อแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานความร้อน เป็นกระบวนการถลุงและกลั่นโลหะ ซึ่งมักใช้สำหรับการหลอมและการกลั่นโลหะและโลหะผสมที่มีจุดหลอมเหลวสูงที่อุณหภูมิสูง เช่น เหล็ก นิกเกิล โมลิบดีนัม ไนโอเบียม เป็นต้น โดยใช้พลังงานความร้อนที่เกิดจากความต้านทานต่อตะกรันเพื่อ ละลายและปรับแต่งประจุ วิธี ESR ใช้อิเล็กโทรดสิ้นเปลืองสำหรับการหลอมด้วยไฟฟ้าสแลกในตะกรันที่ไม่ใช้งาน (CaF2) สามารถหล่อเป็นแท่งที่มีรูปร่างเดียวกันได้โดยตรงและมีคุณภาพพื้นผิวที่ดี ทำให้เหมาะสำหรับการแปรรูปโดยตรงในกระบวนการต่อไป ขั้นตอนทั่วไปของวิธีการถลุงด้วยไฟฟ้า:
การชาร์จ: การบรรจุโลหะหรือโลหะผสมที่จะหลอมและกลั่นลงในเตาเผา โดยปกติวัสดุเหล่านี้จะถูกป้อนเข้าเตาเผาเป็นก้อนหรือเป็นก้อน

การจุดระเบิดด้วยอาร์ก: อาร์คไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นที่ด้านบนของเตาเผาด้วยอิเล็กโทรดสองตัว (โดยปกติคืออิเล็กโทรดคาร์บอน) อุณหภูมิสูงที่เกิดจากส่วนโค้งจะทำให้โลหะร้อนจนถึงอุณหภูมิหลอมละลาย

ตะกรันการขึ้นรูปด้วยไฟฟ้า: ตะกรันโลหะที่สร้างชั้นอิเล็กทริกหลายชั้นบนพื้นผิวโลหะ ตะกรันนี้ประกอบด้วยโลหะออกไซด์และตะกรันโลหะอื่นๆ ซึ่งลอยอยู่บนพื้นผิวของโลหะและป้องกันการแพร่กระจายต่อไป

กระแสที่ไหลผ่าน: การส่งผ่านกระแสความเข้มสูงผ่านความต้านทานระหว่างโลหะกับส่วนโค้ง สิ่งนี้จะทำให้โลหะร้อนต่อไปจนหลอมละลาย

ออกซิเดชันและการกลั่น: ในอิเล็กโทรสแล็กที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวโลหะ ออกไซด์และสิ่งสกปรกอื่น ๆ ทำปฏิกิริยากับโลหะและถูกกำจัดออกหรือลดลงจนถึงระดับที่ต้องการ ซึ่งจะช่วยขัดเกลาโลหะให้ได้ระดับที่ต้องการ