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高品质海绵钛生产工艺的研究和探讨

杨松;杨易邦;吴志勇;马昕

【摘要】伴随着航空航天业、电子产业、生物材料和尖端科技用材等一些特殊领

域的应用,对海绵钛的质量要求越来越高,高品质海绵钛需求量也日益增加.通过对海

绵钛生产过程及产品质量指标的分析,得出杂质元素O和Fe是影响海绵钛质量的

主要因素.本文通过对海绵钛中杂质元素O和Fe的来源和形成原因进行研究,得出

控制措施,取得了显著的效果,使海绵钛质量得到有效的改善.

【期刊名称】《云南冶金》

【年(卷),期】2015(044)004

【总页数】5页(P43-47)

【关键词】海绵钛;杂质元素;控制措施

【作者】杨松;杨易邦;吴志勇;马昕

【作者单位】云南新立有色金属有限公司,云南昆明650100;云南新立有色金属有

限公司,云南昆明650100;云南新立有色金属有限公司,云南昆明650100;云南新

立有色金属有限公司,云南昆明650100

【正文语种】中文

【中图分类】TF823

随着技术的不断创新，镁还原法是世界范围内海绵钛生产的唯一的工业化生产方法，

某公司采用乌克兰技术，采用“I”型半联合镁还原法生产海绵钛，对于海绵钛生

产的副产品氯化镁采用下排式排放氯化镁。时至今日，目前全球也只有中、美、日、

俄、乌、哈少数几个国家掌握海绵钛生产工艺。某公司在生产过程中，更是以控制

原料质量指标，工艺技术参数和过程精细化控制等多方面着手，以控制所生产的海

绵钛中的杂质元素。布氏硬度(HB)是海绵钛质量的综合指标，但在高端领域使用

的高品质海绵更是对杂质元素O和Fe提出了全新的要求，经过长时间的技术优化

和有效控制，目前，该公司已具备批量生产出布氏硬度为90的超软海绵钛的能力，

为海绵钛进入全球高端领域奠定了质量基础。

表1为某公司生产的MHT-90海绵钛与国外高品质海绵钛的标准对比。为了稳定

的产出MHT-90的海绵钛，某公司深入海绵生产工艺，寻求最优的工艺技术条件

和精细化控制过程，以达到杂质元素的含量满足市场要求。

还原过程是海绵钛生产过程中的关键环节之一，对产品质量有着举足轻重的作用。

海绵钛布氏硬度HB的主要影响杂质元素是O、N和Fe，其次是Cl。表2为改进

前某公司用7.5t炉生产的海绵钛杂质含量和布氏硬度。从表2中可以看出，10

炉海绵钛产品中，MHT-90海绵钛的产出率约为10%。产品中，Si、Mg、Cl、C、

Mn元素的含量均控制在标准范围内，不是影响海绵钛布氏硬度HB的杂质元素。

而Fe含量在0.01%～0.049%；Fe含量≥0.03%占30%，波动范围大；O含量在

0.032%～0.061%；O含量≥0.04%占50%，难以控制且很难降低；N含量在

0.002%～0.008%；N含量≥0.008%占10%；波动不大，较为稳定。所以提高

MHT-90海绵钛产出率的主要控制难点在O和Fe含量。

3.1铁元素

3.1.1原料TiCl4中的Fe元素

镁还原法[2](克劳尔法)生产海绵钛的化学方程式为：

TiCl4+2Mg=Ti+2MgCl2+519kJ。从化学方程式中可以看出，海绵钛的生产原料

是TiCl4和Mg。精TiCl4中的Fe元素主要以FeCl3的形式存在，其含量小于

0.001%，在反应过程中，Fe元素以四倍的含量富集于海绵钛中，折算成海绵钛中

Fe含量也小于0.004%，可见精TiCl4带入海绵钛产品中的Fe元素非常小，可以

忽略不计。

3.1.2原料Mg中的Fe元素

实际生产所用的镁锭中Fe含量平均控制为0.016%[4]，并且在还原初期生产的海

绵钛将吸附液镁的部分Fe元素，形成杂质最终沉底形成钛坨底皮。所以镁锭中杂

质Fe对海绵钛中Fe含量影响较小。

3.1.3液镁溶解钢制容器的Fe元素

盛装镁的容器都是有钢制材料制作，在生产过程中冷凝物的熔化和镁锭熔化的高温

条件下，液镁对钢制容器进行溶解，如图1所示，也促使液镁中含有一定量的Fe。

从图1中可以，在镁还原过程中，还原温度控制在780～820℃范围内，容器Fe

壁在液镁中的溶解约为0.1%[4]，这些杂质Fe便转移至海绵钛中，由于液镁中含

Fe是均匀分布的，故这部分Fe在海绵钛产品中的分布也是均匀的。

3.1.4反应器壁污