陳太武

（貴州遵鈦（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，貴州遵義 563004）

鎂法海綿鈦生產(chǎn)［1］，是在高溫狀態(tài)下，用精鎂將精TiCl4還原成金屬鈦的過程，再利用反應(yīng)產(chǎn)物各組分飽和蒸汽壓的差異，通過高溫真空蒸餾提純得到純凈的鈦，因所得到的結(jié)晶鈦結(jié)構(gòu)酷似海綿而得名。

近年來，隨著海綿鈦在海洋、航空、軍工等領(lǐng)域應(yīng)用的不斷發(fā)展，民品、軍品領(lǐng)域新產(chǎn)品的不斷開發(fā)，其對原材料即海綿鈦產(chǎn)品質(zhì)量提出了各種特殊需求，特別是對“超軟鈦”、“低氧鈦”等優(yōu)質(zhì)海綿鈦產(chǎn)品的需求呈現(xiàn)出越來越多態(tài)勢。鎂法海綿鈦生產(chǎn)中使用的反應(yīng)罐等設(shè)備是鋼質(zhì)的，而且是采用周期性的生產(chǎn)組織方式。新反應(yīng)設(shè)備的使用（即第一次使用），容易導(dǎo)致產(chǎn)品中鐵含量的增加，而使用一個生產(chǎn)周期后的舊設(shè)備，又存在增加氧、氮等雜質(zhì)元素進(jìn)入產(chǎn)品的風(fēng)險，影響產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，輕微時會出現(xiàn)降級，嚴(yán)重時則會出現(xiàn)廢品。在生產(chǎn)使用前對反應(yīng)罐等設(shè)備進(jìn)行預(yù)處理，成為控制海綿鈦產(chǎn)品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)之一，改進(jìn)設(shè)備預(yù)處理工藝，對提升海綿鈦產(chǎn)品質(zhì)量有著重要的保障作用。

1 反應(yīng)設(shè)備預(yù)處理現(xiàn)狀與影響

鎂法海綿鈦生產(chǎn)中，直接用于還原反應(yīng)的設(shè)備主要有反應(yīng)罐、篩板和大蓋，都是采用鋼質(zhì)的材料。在生產(chǎn)過程中，反應(yīng)罐和大蓋的內(nèi)表面、篩板的全表面均與海綿鈦產(chǎn)品直接接觸。不論是新的，還是重復(fù)使用的舊設(shè)備，其預(yù)處理質(zhì)量的好壞，對海綿鈦產(chǎn)品質(zhì)量都有著較大的影響。反應(yīng)設(shè)備的預(yù)處理主要包括新設(shè)備滲鈦處理、新舊設(shè)備的表面處理和預(yù)抽空處理。

1.1 新反應(yīng)設(shè)備的滲鈦處理

在使用新的反應(yīng)罐、篩板等設(shè)備時，要預(yù)防雜質(zhì)鐵元素的影響。鋼質(zhì)材料在高溫條件下，液鎂對鐵質(zhì)器壁會產(chǎn)生溶解［1］，故液鎂中會含一定量的鐵，在海綿鈦生產(chǎn)中這部分雜質(zhì)鐵便轉(zhuǎn)移至鈦中且分布均勻，隨著溫度的升高，鐵在鎂中的溶解度也會升高，從而導(dǎo)致產(chǎn)品中的鐵含量升高，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。鐵在鎂中溶解度與溫度的關(guān)系圖如圖1所示。

圖1 鐵在鎂中溶解度與溫度的關(guān)系曲線圖

另外，在還原過程中，當(dāng)達(dá)到鈦鐵合金共熔點(diǎn)溫度時（1 085℃），在反應(yīng)設(shè)備表面及附近容易形成鈦鐵合金層，從而使海綿鈦產(chǎn)品中的鐵含量急劇升高。在生產(chǎn)中，大多是采用滲鈦處理工藝對新反應(yīng)罐、新篩板進(jìn)行預(yù)處理，從而有效地控制雜質(zhì)鐵元素的影響。表1是某廠用滲鈦合格的新反應(yīng)罐、篩板生產(chǎn)的產(chǎn)品鐵含量的統(tǒng)計。

表1 某廠用滲鈦合格的新反應(yīng)罐、篩板生產(chǎn)的產(chǎn)品鐵含量統(tǒng)計表

1.2 舊反應(yīng)設(shè)備的表面處理和預(yù)抽空處理

鎂法海綿鈦生產(chǎn)是采用周期性的組織方式，一個生產(chǎn)周期結(jié)束后，反應(yīng)設(shè)備不可避免地暴露在潮濕的空氣中，而經(jīng)過第一次使用后的反應(yīng)罐、大蓋的內(nèi)表面以及篩板的全表面上必然殘留較多的各種化合價的低價鈦、鎂及氯化鎂混合物等，這些物質(zhì)對空氣及空氣中的水分有很強(qiáng)的吸附性，容易形成“回潮”現(xiàn)象，而且在常溫下難以脫除，從而增加氮、氧、氫等雜質(zhì)元素進(jìn)入海綿鈦產(chǎn)品的風(fēng)險，最終影響產(chǎn)品質(zhì)量。在生產(chǎn)控制中，對舊設(shè)備的表面采取加強(qiáng)清理、盡可能控制暴露在空氣中的時間，并采取預(yù)抽真空的工藝進(jìn)行脫除被吸附的空氣及水分。表2是某廠用表面處理和預(yù)抽處理合格的舊設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量統(tǒng)計。

表2 某廠用表面處理和預(yù)抽處理合格的舊設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量統(tǒng)計表

1.3 反應(yīng)設(shè)備的預(yù)抽空處理

新、舊反應(yīng)設(shè)備都要采取預(yù)抽真空的工藝進(jìn)行預(yù)處理。對于新設(shè)備而言，主要是檢查反應(yīng)設(shè)備本身的漏點(diǎn)及組裝的氣密性。而對于舊設(shè)備來說，不但要檢查反應(yīng)設(shè)備本身的漏點(diǎn)及組裝的氣密性，還要利用預(yù)抽真空的工藝脫除設(shè)備表面低價鈦、鎂及氯化鎂混合物等吸附的空氣及水分，預(yù)防空氣中氮、氧、氫等雜質(zhì)元素的影響。表3是某廠用預(yù)抽合格的新、舊設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量統(tǒng)計。

2 反應(yīng)設(shè)備預(yù)處理改進(jìn)

2.1 新反應(yīng)罐滲鈦工藝的改進(jìn)

新反應(yīng)罐滲鈦［2］，是利用鈦與鐵在高溫下形成鈦鐵合金的原理，即在鋼質(zhì)反應(yīng)罐的表面涂刷一層鈦粉，再經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)滲透形成一層薄薄的鈦鐵合金，在生產(chǎn)中起到隔離作用，從而防止雜質(zhì)鐵的影響。

表3 某廠用預(yù)抽合格的新、舊反應(yīng)罐生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量統(tǒng)計表

改進(jìn)新反應(yīng)罐滲鈦工藝，主要采取的措施：一是采用低濃度的鹽酸浸泡的方式加強(qiáng)新反應(yīng)罐表面鐵銹的清理，然后在潔凈的表面涂刷鈦粉，防止?jié)B鈦層的脫落現(xiàn)象；二是改進(jìn)抽空操作，并優(yōu)化高溫?zé)Y(jié)時間段的控制，提高滲鈦層的質(zhì)量；三是在滲鈦合格的新反應(yīng)罐使用時，采取再加少量的液態(tài)精鎂與TiCl4進(jìn)行低溫汽化反應(yīng)，預(yù)先生成一定量的鈦粉末覆蓋在反應(yīng)罐器壁，強(qiáng)化生產(chǎn)過程中的隔離作用，能更好地降低雜質(zhì)鐵含量；四是提高滲鈦檢驗標(biāo)準(zhǔn)，對滲鈦不合格的必須進(jìn)行重新滲鈦處理。實(shí)踐表明，新反應(yīng)罐滲鈦處理，對雜質(zhì)鐵元素的控制起著重要的作用，而新篩板的滲鈦處理則影響相對較小。表4是某廠新反應(yīng)罐滲鈦情況及所生產(chǎn)的產(chǎn)品鐵含量統(tǒng)計。

表4 某廠新反應(yīng)罐滲鈦情況及所生產(chǎn)的產(chǎn)品鐵含量統(tǒng)計表

2.2 舊反應(yīng)設(shè)備表面處理工藝改進(jìn)

舊反應(yīng)罐、篩板、大蓋的表面處理改進(jìn)，重點(diǎn)在于減少設(shè)備與產(chǎn)品接觸的表面暴露在空氣中的時間，特別是要防止直接與水接觸，從而減少表面上附著的低價鈦、鎂及氯化鎂混合物等與空氣及水分的接觸，減少吸附。同時加強(qiáng)表面清理，盡可能清除已吸附較多空氣及水分的低價鈦、鎂及氯化鎂混合物等。改進(jìn)后，有利于穩(wěn)定預(yù)抽空時間控制，也有利于產(chǎn)品質(zhì)量控制。表5是某廠新、舊設(shè)備的表面暴露時間和預(yù)抽真空時間的統(tǒng)計。

表5 某廠新、舊設(shè)備的表面暴露時間和預(yù)抽真空時間的統(tǒng)計表

2.3 舊反應(yīng)罐預(yù)抽處理工藝改進(jìn)

舊反應(yīng)罐清理后剩余的少量殘留物仍然會吸附空氣中的水分，直接投入生產(chǎn)會導(dǎo)致海綿鈦產(chǎn)品中的氧、氮雜質(zhì)含量升高，所以在生產(chǎn)前必須進(jìn)行預(yù)抽空處理。主要改進(jìn)措施：一是對正常情況下的舊反應(yīng)罐適當(dāng)?shù)匮娱L預(yù)抽空時間，盡最大可能脫除被吸附的空氣及水分；二是對暴露時間較長、尤其是因故障與水直接接觸的舊反應(yīng)罐，采取將其加熱到200～300℃的溫度下恒溫2～3 h或者更長時間，并同時進(jìn)行預(yù)抽空，更好地脫除水分，實(shí)踐表明可以大大地減少預(yù)抽空時間；三是提高預(yù)抽空的驗收標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)化預(yù)抽空效果。

生產(chǎn)中，經(jīng)常是根據(jù)具體情況而進(jìn)行多項措施的組合使用，能夠收到不錯的綜合效果。

3 結(jié) 語

1.改進(jìn)新反應(yīng)罐的滲鈦工藝，提高滲鈦質(zhì)量，可以有效地預(yù)防雜質(zhì)鐵元素的影響。在滲鈦合格的新反應(yīng)罐使用時，增加低溫汽化反應(yīng)措施，對控制雜質(zhì)鐵元素的波動有一定的促進(jìn)作用。

2.對舊反應(yīng)設(shè)備而言，盡可能縮短暴露在空氣中的時間，并加強(qiáng)表面清理，對穩(wěn)定海綿鈦產(chǎn)品質(zhì)量控制有重要作用。

3.采取不同的預(yù)抽空工藝，對產(chǎn)品質(zhì)量控制有不同的控制效果，但應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)成本控制進(jìn)行取舍。

4.根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，聯(lián)合采用改進(jìn)滲鈦工藝、減少暴露時間及加強(qiáng)預(yù)抽空等措施，收到的綜合效果更好，更有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量。