钛材料熔炼
熔化钛原料和添加料,制取钛和钛合金致密锭坯的过程,是钛材料制备的首道工序。
1940年,卢森堡科学家克劳尔(J.w.Kroll)在美国首次用真空非自耗电弧熔炼法熔炼海绵钛,获得了致密的钛锭。20世纪40年代末,首先在美国完成了工业规模自耗炉定型,标志着钛熔炼工业进入了稳定发展阶段。随后,前苏联、英国、日本相继于50年代中期,建立了各自的钛熔炼工业。
一般钛材料经两次自耗熔炼即可制取,航空等重要用途的某些钛合金则需经3次熔炼,典型生产流程:
海绵钛冶炼工艺
镁热还原法
用镁还原四氯化钛(TiCl4)制取金属钛的过程,是金属钛生产的主要方法之一。还原作业在高温、惰性气体保护气氛中进行,还原产物主要采用真空蒸馏法分离出剩余的金属镁和MgCl2,获得海绵状金属钛。
镁热还原法于1940年为卢森堡科学家克劳尔研究成功,又称克劳尔法。1948年美国杜邦(DuPont)公司开始用这种方法生产商品海绵钛。传统镁热还原法是在还原作业结束待还原产物冷却后,再组装蒸馏设备进行真空分离作业。20世纪70年代苏联成功地采用了半联合法。80年代初,日本又成功地采用了还原一蒸馏联合法,简称为联合法。其工艺特征是在镁热还原TiCl4结束后,便将热态还原产物在高温下直接转入真空蒸馏分离金属镁和MgCl2,这是镁热还原法工业化以来的重大技术进步。工艺流程如下:
钠(Na)还原法
又称亨特( Hunter )法 ,是最早研究用来制取金属钛的方法,其流程图如下所示:
钠还原法的四氯化钛(TiCl4)生产过程与镁热还原法完全相同。在惰性气氛保护下,用Na还原TiCl4生产海绵钛,它的主要反应为:
TiCl4 + 2Na = TiCl2 + 2NaCl (1)
TiCl2 + 2Na = Ti + 2NaCl (2)
TiCl4 + 4Na = Ti + 4NaCl (3)
将制得的还原产物,用水洗除盐操作,最后进行产品后处理即得产品海绵钛。www.tai114.com钛网
按照还原过程进行的方式,钠法工艺可分为一段法和两段法。反应过程如果按照式(3)一次完成还原反应制取海绵钛的工艺称为一段法。反应过程如果第一步按式(1)制取TiCl2,然后第二步按式(2)继续将TiCl2还原为海绵钛的工艺称为二段式。目前,两种方法在工业生产中均得到应用。