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過鎂法共還原制取鈦合金的研究

來源:鈦板,鈦棒,鈦管,鈦絲,鈦設備,鈦合金,鈦材 發布時間:2015-3-18 16:04:11

前蘇聯學者曾研究過從含釩廢料即VOCl3-TiCl4用鎂法共還原制取Ti-V鈦合金的方法。該法分三個步驟,首先是將VOCl3-TiCl4在熔鹽氯化爐中加碳氯化制取TiCl4-VCl4液體;其次將其精餾精制,得到純TiCl4-VCl4液;然后按鎂法工藝用它制得海綿鈦釩合金。另外,他們還進行過類似的鎂法共還原TiCl4-MoCl5制取鈦鉬合金和鈉法共還原TiCl4-VCl4-MoCl5制取鈦鋁釩合金粉的研究。進行過鎂法共還原制取Ti-MO鈦合金的研究,該法分兩步,先氯化金屬鉬制取MoCl5;再將其加入TiCl4中,然后攪拌均勻后用鎂法工藝共還原制得海綿鈦鉬合金。包括TiO2生產在內的工業每年需要消耗大量的鈦資源,隨著金紅石資源的逐漸枯竭和價格上漲,人們都轉向使用價廉的豐富的鈦鐵礦。

熔煉速度:真空自耗熔煉的速度與熔煉的電流大小有關,如圖8—30所示。在保證鑄錠質量的前提下,提高熔速有利于增加生產效率。提高熔煉速度的主要方法是增加電壓和電流,一般以增加電流為好。
  坩堝比:電極直徑與坩堝直徑之比簡稱坩堝比,是影響鑄錠質量和安全生產的重要參數之一。對于鈦而言,坩堝比一般在0.625~0.88之間。真空自耗熔煉時坩堝直徑與最小間隙的關系見圖8—31
  目前有采用大斷面電極的傾向。大斷面電極的優點在于電弧熱能均勻地分布在整個熔池表面,使金屬熔池呈扁平狀,增加了熔池固液兩相區的溫度梯度,有利于獲得成分偏析小、致密度高的優質鑄錠。
  熔煉真空度:鈦及鈦合金的熔煉真空度一般為0.1~1.0Pa。
  攪拌電流:金屬熔池的旋轉,對鑄錠質量既有好的作用,也有壞的影響。合適的攪拌電流,可以細化晶粒,減輕結晶偏析的程度。通常是根據所熔煉的合金來確定攪拌電流
  的大小和頻率。一般地說,有正偏析特征組元的鈦合金,在二次重熔時,選擇較低的頻率和較小的攪拌電流。
  熔煉次數:一般采用兩次自耗鑄錠出成品,也有極少數鈦合金需要三次熔煉。
  一次錠處理:一次錠一般不必乎頭和扒皮,只需清刷表面附著物即可轉入二次熔煉。

  (1)高溫液相鎂還原法。高溫液相還原是在鈦的熔點(1668度)以上的溫度下進行,此時鈦呈液體狀態,反應器充惰性氣體氬(或氦),并保持0.5~lMPa的壓力以使生成的MgCl4呈液體狀態存在。由于密度的差別,MgCl2浮在液體鈦的上面,液體MgCl2和液體鈦可連續或間歇放出,因此還原過程可連續進行。取出的液體鈦在真空下固化為產品鈦錠,這就省去了海綿鈦中間過程,預計可大幅度降低金屬鈦的生產成本。
  高溫液相還原反應的主要困難在于液體活性很大,反應器材料問題難以解決。為解決這個問題,曾試驗了一種冷卻反應器壁的方法,即控制溫度使反應器壁和高溫反應區間形成一層凝固層,以避免液體鈦與反應器壁直接接觸。但凝固層的形成和保持需要高精度的溫度控制,能否適合大規模操作還需要進一步探索研究。
  (2)氟鹽法,又稱鋁還原法。由美國礦務局奧爾巴尼研究中心發明的。它是用鋁還原鈦的氟鹽制取鈦合金,然后脫除合金中的鋁制得海綿鈦或鈦粉。1985年建立了試生產廠,隨后因故停產。我國學者也曾對此法進行過探索性研究。
  (3)電解法。美國、日本、前蘇聯、意大利、法國和中國都對該法進行了長期和深入的研究。早期的電解槽構型為隔膜式和籃框式。80年代初,美國道一豪梅特鈦公司曾一度建廠試生產,后停產關閉。1988年意大利馬克吉納塔公司宣布采用雙電極的新型電解槽工藝建廠進行試生產,其后由于未達到預計的技術經濟指標,也被迫停產關閉。
  (4)流動式連續氣相冶煉法。由大膠鈦公司提出,它是把作為種子的金屬鈦粒裝入反應器中。從反應器下部吸入原料TiCl4和金屬鎂氣體,在反應器內沸騰,TiCl4在處于流動狀態的鈦粒表面上被鎂還原成金屬鈦。金屬鈦粒達到一定粒度后連續地取出。嚴格地講,這是一種半連續法工藝。
  (5)連續液相還原法。日本學者深入研究了在普通溫度下(1000度)液相還原的可行性。具體實驗方法為,在鎂還原工藝的反應器內,預加鋅,并用MgCl2層隔開鎂和鋅,同時加入TiCl4和金屬鎂。還原生成的鈦沉降至下部鋅中,形成低溶點Ti-Sn合金。含鈦分別為10%、17%、25%的合金,其熔點相應為800度、900度、1000度,連續排出液態合金,然后將其進行真空蒸餾除鋅,即得海綿鈦。

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