废硫酸回收用长管的加工工艺研究

废硫酸回收用长管的加工工艺研究

1制作适应硫酸腐蚀的设备的管设计一般在硫酸管道设计中,均在酸环境保护的重要性越来越受到重视。许多公司实行了环保票决制。资源回收是保护环境和消除污染的重要手段。废硫酸回收是资源回收链的重要环节之一。回收废硫酸的核心设备是蒸发器,这种蒸发器特别是管路系统必须有极好的耐腐蚀性能。由于钽在硫酸、硝酸、盐酸及许多有机酸介质中耐腐蚀,它的焊接性、热传导性良好,是制作耐浓硫酸腐蚀设备的先进材料。在上世纪中叶,发达国家就制作了钽蒸发器,用于硫酸浓缩加工。我国于1985年设计制造了首台硫酸浓缩钽蒸发器,以后又陆续有多台同类设备投入工业应用。目前,用钽管制作钽蒸发器常采用列管式和盘管式,列管式的单根钽管长度为3300mm左右,盘管式为了减少焊缝,希望单根长度越长越好,通常要求4000mm以上。本研究针对生产φ25mm×0.9mm×11000mm长钽管,从原料钽锭到制出成品管材的各阶段工艺进行优选和改进,最后确定了最合适的蒸发器用钽管的加工工艺。2成品管的尺寸、长度钽管原料为Ta-1钽锭,化学成分如表1所示。从表1可以看出,钽锭的成分完全符合Ta-1的标准(GB/T8182-2008)。成品钽管的尺寸为φ25mm×0.9mm;长度分别为3300mm定尺和4000mm以上。钽管的生产工艺流程为:铸锭→切口→切断→车皮→钻孔→涂层加热→挤压→热矫直→切头尾中断→碱洗→镗内孔→除油→酸洗→退火→修磨→冷轧→切定尺→退火→检查→成品。2.1d60制备工艺的确定在120kW电子束炉上用φ88mm坩埚熔化毛锭,经扒皮后可得到φ84mm左右的光锭,所以采用φ85mm的挤压筒。根据LD60轧机轧制钽管时的减壁与减径量再根据现有的挤压模的尺寸为φ42mm及挤压针的尺寸为φ31mm,确定挤压管坯的尺寸为φ42mm×5.5mm。采用φ83.5mm的光锭,相对φ85mm的挤压筒留有1.5mm的间隙,锭子钻孔尺寸为φ32mm,相对φ31mm的挤压针留有1.0mm的间隙,挤压底垫为A3钢,尺寸为φ82mm×(24.5～34)mm×(14～18)mm。2.2成品管长度的确定单根3300mm长的成品管所需的锭坯长度为:3300÷9.26÷7.4=48.16mm,挤压锭坯的长度一般为150～200mm,所以两根3300mm长和一根4000mm长成品管需锭坯长度为48.15×2+4000÷3300×48.16=155mm,再考虑每根挤压管坯的切头尾长度为100mm,上述3根成品管所需挤压锭坯的长度为[3300×2+4000÷9.26+100]÷7.4=168mm,实际生产采用φ83.5mm×25.75mm×175mm的锭坯,单重为13.6kg,而10600mm长的成品管质量为12kg。2.3u3000问题为了减少管坯切头、尾的数量,提高成品率,采用一根管坯生产3根成品管的生产工艺,这样挤压管坯的长度为1300mm左右。如果不中断,在加工中有两个问题,一个是在C620车床上怎样镗孔(以前镗内孔的管坯长度都在700mm以下);另一个问题是这样长的管坯轧制成品时长度为11000mm左右,在LD30轧机上怎样轧制。经过分析研究,将镗内孔的工艺进行了改进,具体的操作方法从略叙述。由于LD30轧机最大装料长度为6600mm,根据理论计算,管子从6600mm长轧到11000mm长,延伸系数为1.7,加工率为40%,这完全在钽材变形程度的许可范围内。据资料报道,钽材道次加工率为20%～70%,道次延伸系数为1.25～3.33。所以要轧出十几米长的管子,既要考虑成品前一道次的管子长度不大于6600mm,也要考虑适当的加工率和适当的减径、减壁量。表2是成品管的最后一道轧制的4种工艺的评价。2.42管道制造工艺参数2.4.1挤压机装置锭坯尺寸为φ83.5mm×25.75mm×175mm,挤压设备为600t立式挤压机,采用玻璃粉涂层保护、立式中频感应炉加热,挤压温度为1000～1100℃,挤压垫预热温度为500～600℃,挤压速度为50～120mm/s。2.4.2铣内孔的冷却剂使用挤压管坯镗孔后,管坯内表面应光滑,不允许有台阶、沟槽及残留氧化层等,表面粗糙度不大于6.3μm,否则,内表面的缺陷在轧制过程中虽然能够被掩盖,却不能被消除,会影响钽管的质量。镗内孔一般去掉壁厚0.3～0.5mm,根据管内壁缺陷深浅而定。具体尺寸关系如下的经验公式,Q1=D+0.3,Q2=Q1+0.2;式中Q1,Q2分别表示第1次镗刀的直径和第2次镗刀直径的尺寸,D表示挤压管坯的内径。镗孔时的冷却剂采用四氯化碳,车床转速为80～100r/min。挤压管坯的外表面可用锉刀,砂轮修去挤压沟槽、裂纹、起皱、针眼等缺陷。钽管退火前,先用汽油洗去管材表面上的油,再碱洗去油。成品钽管退火的真空度要保持在2×10-2Pa以上,冷却时应该随炉自然冷却,150℃以下方可出炉。2.4.3成品管的力学性能轧制过程中要经常观察变形锥体情况,锥体过渡应圆滑,无耳子、压折等缺陷。轧制后的管材,内外表面不允许有裂纹、折迭、起皮、结痕、压坑、啃伤、窜锥体、金属和非金属压入、粘结等缺陷。因为钽是体心立方结构,有很好的可塑性,可以承受95%以上的冷变形而不致破裂,φ42×5.5的挤压管坯在轧到φ25×0.9成品时,因为总加工率为88.94%,所以不需要中间退火。用本工艺加工的成品钽管的力学性能列于表3。应注意,从挤压管坯开始就要标记清楚管子的头尾,在成品管截定尺时,从头部开始,先测管的壁厚,如果壁厚尺寸不符合公差,先截去一段管子(20～50mm),再开始截定尺,尾部尽量留得长一些,因为尾部的缺陷较多,出现问题的几率比头部大。3试验(1)通过改进镗内孔工艺,使得用C620车床镗制挤压管坯的长度从原来的700mm以下增加到1300m