title-icon
Яндекс.Метрика
» » Технология производства металлического титана

Технология производства металлического титана

Магниетермический способ получения титана. В настоящее время основной промышленный способ получения металлического титана — восстановление магнием из его хлорида. Этот способ относится к металлотермическим процессам. Металлотермический процесс — восстановление металлов из соединений химически более активными металлами. Восстановление можно проводить из окислов, хлоридов и фторидов. При этом интенсивность и полнота восстановления зависят от химического сродства металла-восстановителя к кислороду, хлору, фтору. К металлу-восстановителю предъявляют ряд требований: химическая активность, чистота, сравнительно невысокая стоимость; металл-восстановитель не должен образовывать с получаемым металлом химических соединений или сплавов, металл должен хорошо отделяться от шлака. Металлотермическое восстановление титана проводят в реакторе (реторта) из нержавеющей хромоникелевой стали в атмосфере аргона при температуре 800—900° С. Диаметр реактора 800—1500 мм, высота около 2 м. При магниетермическом восстановлении количество загружаемого магния 130—140% от теоретически необходимого по реакции: TiCl4 + 2Mg — Ti + 2MgCl2. Подача тетрахлорида титана регулируется автоматически Вначале реактор подогревают с помощью электроподогрева гелей. Затем тепло, выделяющееся ввиду большой экзотермичности процесса восстановления, отводят с помощью обдува реторты сжатым воздухом.
Металлический титан, образующийся при магниетермическом восстановлении, собирается на дне реторты в виде губчатой массы, пропитанной магнием и накапливающимся хлоридом магния который периодически выводят из аппарата через специальное сливное устройство. Схема магниетермического реактора показана на рис. 93. Продолжительность операции 35—55 ч. За это время получают 1—4 т титана (в зависимости от размера реактора) Реакционная масса, заполняющая аппарат после окончания процесса, содержит около 50% титана, избыточный магний и его хлорид. Эти примеси отделяют от титана с помощью вакуумной отгонки, которая основана на большой разности давления паров компонентов реакционной массы (титана, магния, хлористого магния) при высокой температуре. Для этого реторту с помощью широкого утепленного патрубка соединяют с конденсатором и нагревают до 1000°С. Непрерывное вакуумирование через конденсатор обеспечивает остаточное давление в системе в конце отгонки 1—6 Па. Время процесса 30—50 ч; расход электроэнергии 6—8 кВт*ч/кг.

Полученный в результате магниетермического восстановления технический титан (губка) содержит, %: около 0,07 Cl; 0,1 Fe; 0,05 C2, 0,05 Ni; по 0,02С и N; 0,04—0,05 Si. Концентрация других примесей незначительна Общее извлечение титана в губку из шлака составляет 70—75%.
В товарной форме куски губки после дробления имеют размер 12—70 мм. Губку упаковывают в барабаны, которые вакуумируют и плотно закрывают. Для получения слитков губчатый титан плавят в электродуговых печах. Титан технической чистоты обычно используют без дополнительной очистки, так как он удовлетворяет требованиям основных потребителей. Металл повышенной чистоты, необходимый для специальных областей применения и научных работ, получают рафинированием.
Выплавка слитков титана. Слитки из титана диаметром 200—500 мм выплавляют в электродуговых печах с медным охлаждаемым водой кристаллизатором. Медь и титан не сплавляются и не образуют соединений. Металл, прилегающий к холодным стенкам кристаллизатора, очень быстро затвердевает и плавка фактически идет в гарниссаже из титана. Гарниссаж не приваривается к стенкам кристаллизатора, поэтому плавку иногда ведут с использованием подвижного поддона, что позволяет вытягивать слиток. Шихту вводят в печь в виде достаточно плотного и прочного расходуемого электрода полученного прессованием губки. Помимо губчатого титана, в состав расходуемых электродов обычно входит до 40—50% незагрязненных титановых отходов, а также многие легирующие компоненты в форме лигатур. Для обеспечения постоянства состава и механических свойств слитков титановых сплавов их плавят вторично. Схема печи показана на рис. 45.
Плавку титана и его сплавов проводят на постоянном токе (8—10 кА, 25—30 В) в вакууме 1,33 Па. Стабилизация горения дуги и перемешивание жидкой ванны металла производится с помощью электромагнитных катушек. Производительность печи 4—5 кг/мин. Потери металла за счет обрезки торцовых частей слитка и обдирки боковой поверхности обычно составляют 10— 15%, у крупныx слитков они снижаются до 5%. Расход электроэнергии достигает 4,5 кВт*ч/кг.
В настоящее время находит промышленное использование электрошлаковая плавка титана и его сплавов. Сущность этой плавки заключается в нагреве переменным током шлака до 1900—2000° С, что обеспечивает плавление погруженного в шлак расходуемого электрода. В качестве шлака используют очищенный фтористый кальций. Во избежание интенсивного испарения шлака и его конденсации на холодных поверхностях печи плавку проводят в атмосфере аргона. При этом потери металла при механической обработке слитка значительно снижаются.
Иодидное рафинирование титана. Основным методом получения титана повышенной чистоты является иодидное рафинирование технического металла, губки или стружки. Подлежащий очистке металл при взаимодействии с иодом образует летучий галогенид Til4, который затем диссоцируют на разогретой электрическим током нити из одноименного или тугоплавкого металла (Til4 Ti — Ti + 2I2). При этом титан отлагается на раскаленной проволоке, а под возвращается в процесс. Очистка титана основана на различии давлений паров иодидов титана и примесей. Кроме того, часть примесей не вступает в реакцию с иодом. Процесс иодидного рафинирования осуществляют при двух температурных режимах: при 150—200 и при 500—550° С. Перенос титана на раскаленную нить происходит за счет образования и испарения в первом случае TiI4, во втором Til2. Нить, на которой диссоциируют иодиды, нагревают электрическим током до 1400° С. Перед началом процесса рафинирования разогретый реактор с титановой губкой тщательно вакуумируют, затем включают нагрев нити и вводят очищенный иод. Рафинирование заканчивается при толщине прутка очищенного металла 25—30 мм. Иодидное рафинирование титана — дорогой процесс. Однако этот способ обеспечивает получение пластичного чистого титана, содержание железа, алюминия, циркония, никеля и кислорода в котором обычно менее 0,01 % каждого.
Электронной бестигельной плавкой иодидного металла получают сверхчистый титан, содержащий 99,9999% Ti.

title-icon Подобные новости