一、概述

任何材料如果不具备较好的可回收性，就不能获得成功应用。钛材加工生产工艺复杂，成品率较低，生产过程中产生大量残钛。从海绵钛到加工材平均每千克海绵钛中只有0.4~0.6kg进人成品。很多情况下，用钛材制造设备或零部件，又再次产生大量残钛，所以钛的回收是非常重要的。

目前，国内各厂家对残钛的回收利用工作都非常重视，开展了一系列研究工作，并取得了一定的成果。宝钛集团在“六五”期间承担国家科技攻关“残钛回收工艺研究”任务,在技术上取得较大突破，并在此基础上进一步研究、设计解决工业化残钛回收过程的工艺设计、设备选型等关键技术，建立了工业化残钛回收利用生产线。经过多年的运行，对降低成本和提高经济效益做出了巨大的贡献。尤其是2004~2005年全球海绵钛异常短缺的情况下，该残钛处理生产线发挥了很好的作用。2009年宝钛集团有限公司又在现有残钛回收处理生产线的基础上进行了扩建，拥有破碎机、洗料机、空气分离机、强磁选机、X射线在线检测系统、便携式鉴别仪、液压鳄鱼剪、抛丸机、喷砂机等先进进口设备，是一条国内领先、国际先进的钛及钛合金残废料处理生产线，年设计处理残料4500t。经多年残钛回收工艺研究，现已成功实现 TA1、TA2、TA3、TA4、TA8、TA9、TA10、TA15、TC4、TC11 等十余种牌号残料的回收利用。

钛残料概括起来可分为热态残料和冷态残料。其来源是钛加工厂生产、加工半成品产生的残料或用户二次加工钛部件所产生的残料。冷态残料主要包括铸锭冒口、扒皮屑、创面屑、钛铸件及钛设备机械加工屑和圆盘锯屑、钻孔和镗孔的屑；冷轧板带的切边、切头及尺寸或表面不合格的冷轧板带废品；冷轧管的切头、切尾及尺寸或表面不合格的冷轧管废品和钛部件二次加工的屑、料头等，这些残料大部分轻微氧化或少量残料(如扒皮、刨面的第一层)氧化严重。热态残料主要包括热加工产生的切头、切边、锻头及压余、废品等，这些残料有氧化、折叠、开裂、沾带润滑剂和包套金属等问题，给处理和回收带来了困难。

经过净化处理的钛及钛合金残料简称钛及钛合金返回炉料，可采用真空自耗电弧炉、冷床炉及凝壳炉等回收利用熔炼成钛锭，从而达到循环利用的目的。对于不能用于生产钛锭的钛残料，可以直接以钛铁的形式作为含钛特种钢的合金化原料:

二、钛及钛合金残料的净化处理

不管何种残料，在其形成过程中，总是要受到污染的。主要有:油及冷却介质的沾污、铁磁性物质的沾污、非铁磁性物质沾污及加工过程中因局部受热而形成的氧、沾污。净化处理的目的就在于去除残料的这些沾污。钛及钛合金残料主要包括屑状和块状残料。

（一）屑状残料的处理

1.屑状残料处理工艺流程

残钛屑→破碎→清洗一烘干→筛分→去除高密度金属夹杂物→布料→检验→包装贮存。

2.屑状残料的处理

（1）破碎

屑料的破碎分为粗破和细破，钛屑的破碎方法可采用人字齿轮对辊或锤式破碎机破碎后者的效率比前者要高。

（2）清洗

主要是去除屑料表面的油及冷却介质的沾污。钛屑清洗在清洗机上进行，使用洗净剂和水以一定比例混合，在最佳清洗温度范围内进行清洗以去除屑料表面的油及冷却介质的沾污，确保屑料洁净。

（3）烘干

采用热风式烘干机或电热烘于机将清洗干净的钛屑烘干。

（4）筛分

钛屑筛分在双孔筛中进行。确保屑料尺寸符合要求，满足后期生产需求

（5）去除高密度金属夹杂物

该工序用于去除机加工过程中混入钛屑中的合金刀头等高密度金属夹杂物。钛屑先经过空气分离器分离，再经过强磁选机处理。

（6）布料

钛屑布料在布料机上进行，使成分、几何尺寸等方面有差异的屑料分布均匀。经净化处理、检验合格的钛及钛合金屑状残料即为钛及钛合金屑状返回炉料（二）块状残料的处理

1.块状残料处理工艺流程

块状残料→牌号鉴别→定尺剪切/切割→去除表面污染层→检验→包装贮存

2.块状残料的处理

（1）牌号鉴别

采用涡流导电仪、验钢镜、移动式直读光谱仪等鉴别仪器进行块状残料的鉴别。可快读分辨纯钛和合金，以及判定合金残料中是否含有 A1、Mo、V、Fe、Zr、Nb、W、Ta、Sn、Nd、Cr、Mn、Ni、Cu、Si、Pd、Ru等元素，移动式直读光谱仪还可直接准确测出元素含量。

（2）定尺剪切/切割

采用剪板机、鳄鱼剪等剪切或火割的方式对几何尺寸不同的块状残料进行处理，以满足后序生产需要。

（3）去除表面污染层

根据块状残料表面污染程度不同，可采用碱洗或超声波清洗机处理板、管等表面油污及杂质。可采用酸洗或抛丸机处理锻造块料等表面氧化层及污染。经净化处理、检验合格的钛及钛合金块状残料即为钛及钛合金块状返回炉料

三、钛及钛合金返回炉料的回收利用方式

经多年残钛回收处理工艺研究，钛及钛合金返回炉料的回收利用方式已多元化。目前常采用真空自耗电弧炉、等离子炉、电子束炉及凝壳炉等进行回收利用。

由于返回炉料在形状上与海绵钛有很大的差别，并不是所有返回炉料都能毫无困难的制备成自耗电极，所以在熔炼法回收返回炉料工作中，真空自耗电弧熔炼法的利用是有一定局限性的。等离子和电子束冷床炉既可对制备成电极的返回炉料进行回收又可直接对返回炉料回收利用，因此冷床炉回收利用返回炉料得到了大力采用。

（一）真空自耗电弧炉熔炼回收

真空自耗电弧炉回收返回炉料，一般需先制备具有一定强度的电极，防止在熔炼过程中出现掉块或掉蛋。常见四种电极制备方式如下：

① 将屑状返回炉料或尺寸小的块状返回炉料与海绵钛和合金元素充分混合，在油压上压制成电极块，再焊接成自耗电极。这是真空自耗电弧炉回收返回炉料最常用的方法，返回炉料的添加比例可达到40%。

② 采用同牌号冷热轧板边、管状返回炉料以一定比例捆扎成自耗电极，返回炉料添加量可达到100%，但电极制备难度大，返回炉料外形尺寸要求高。③ 采用以电极块为芯料，芯料周围以一定比例的板边、管状返回炉料捆扎成自耗电极返回炉料添加量可达到80%，但电极制备难度大，残料外形尺寸要求高。

④ 采用同脾号、同规格铸锭冒口经等离子氟弧煌焊制成当糕品极，返回炉料使用率100%。

（二）等离子和电子束冷床炉熔炼回收

等离子和电子枣冷床炉熔炼对于回收利用返回炉料是一种很有前途的方法，残料回收驾大，且在熔炼过程中还能去除高密度夹杂物。除此之外，其种很有途的万获预光将原料门备成自耗电极，而是通过加料器进料，原料污染少。水平进料系统需预先制备自耗电极，但强度要求较真空自耗电弧炉要求低，常见的电极制备方式有如下3种：

①采用同牌号冷热轧板边、管状返回炉料以一定比例捆扎成电极，电极强度要求较自耗电极强度要求低，返回炉料添加量可达到100%。

②采用以电极块为芯料，芯料周围以一定比例的板边、管状返回炉料捆扎成电极，电极强度要求较自耗电极强度要求低，返回炉料添加量可达到80%。

③ 采用钛板边焊制一定宽度、长度及高度的框子，将大型块状返回炉料装人其中即可，该方法简单方便，对返回炉料尺寸要求低。

（三）凝壳炉熔炼回收

凝壳炉熔炼回收返回炉料包括两个方面，其一是将形状极其不规则的块状残料放置在铸模内，在凝壳熔炼炉内浇人部分钛液，镶合成符合电极尺寸的棒料，它的密度虽然只有致密金属的70%~80%，但已具有足够的强度和导电性，符合自耗电极的使用要求；其二是用残料浇注泵、阀门、旋塞，风机等耐蚀异形件供冶金、轻工等部门使用。