陳太武

（貴州遵鈦（集團）有限責任公司，貴州遵義 563004）

目前的海綿鈦生產(chǎn)大多采用鎂法工藝，就是用精鎂和精四氯化鈦在高溫下發(fā)生還原反應并生成金屬鈦的過程，再利用各組分飽和蒸汽壓差別較大的物理特性，然后在高溫、高真空的條件下將還原所得到的產(chǎn)物進行蒸餾分離提純，最終得到海綿鈦產(chǎn)品。

在早期的海綿鈦生產(chǎn)工藝控制中，常規(guī)控制的雜質(zhì)元素主要包括硅、碳、鐵、氯、氧、氮，而雜質(zhì)錳、鎂、氫、錫等元素只是針對有特殊要求的客戶才進行分析、控制。但隨著海綿鈦應用的進一步發(fā)展，特別是近幾年在軍工、海洋、醫(yī)用、航空等領域的迅猛發(fā)展，海綿鈦作為鈦材深加工的一種原材料，對其質(zhì)量要求越來越高，對雜質(zhì)元素的控制也越來越多。就目前而言，雜質(zhì)錳、鎂、氫已經(jīng)列入常規(guī)雜質(zhì)元素進行控制。正因如此，生產(chǎn)中對雜質(zhì)錳元素控制的關注不夠，機理研究和改進措施相對較少。某廠的生產(chǎn)實踐中，雜質(zhì)錳元素也會出現(xiàn)一定的波動，成為海綿鈦產(chǎn)品質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)之一。如何改進工藝控制，從而更好地穩(wěn)定海綿鈦產(chǎn)品質(zhì)量，是生產(chǎn)實踐中需要解決的重要問題。

1 海綿鈦中雜質(zhì)錳的來源分析

海綿鈦生產(chǎn)的主要原料是精鎂和精氯化鈦，所用的反應罐主要是普通鋼或不銹鋼的鋼質(zhì)材料，也有使用內(nèi)襯薄鈦板的反應罐［1］。海綿鈦產(chǎn)品中的雜質(zhì)錳主要來自于精鎂原料中。

1.1 精鎂

鎂的生產(chǎn)工藝主要有電解法和硅熱法［2，3］。電解法生產(chǎn)鎂的原料主要是海綿鈦生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物無水氯化鎂，或者是菱鎂礦等經(jīng)氯化后得到的無水氯化鎂，經(jīng)電解得到粗鎂，再用熔劑法精煉后得到精鎂。硅熱法生產(chǎn)鎂的原料主要是菱鎂礦和白云石等煅燒后的氧化鎂，再用硅鐵作為還原劑進行還原反應得到粗鎂，大多數(shù)采用熔劑法精煉，最后得到精鎂。

對比而言，電解法生產(chǎn)的精鎂，其雜質(zhì)錳含量一般要低于硅熱法［3］，特別是用海綿鈦生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物無水氯化鎂作為原料時，錳含量更低。在海綿鈦生產(chǎn)過程中，精鎂中的雜質(zhì)錳基本上會全部轉移到海綿鈦產(chǎn)品中，是海綿鈦產(chǎn)品中雜質(zhì)錳含量的主要來源。生產(chǎn)實踐表明，用于海綿鈦生產(chǎn)的精鎂一般需要達到二級鎂以上的標準，錳含量一般要求控制在0.012%以下，否則會引起海綿鈦產(chǎn)品中的雜質(zhì)錳含量升高，從而導致產(chǎn)品降級或報廢。

1.2 精四氯化鈦

在精四氯化鈦生產(chǎn)中，雜質(zhì)錳屬于高沸點的金屬雜質(zhì)，其在四氯化鈦中的深解度較?。?］，且容易被分離去除，其含量較低，在精四氯化鈦的常規(guī)質(zhì)量分析中一般不作分析，對海綿鈦產(chǎn)品質(zhì)量影響較小。

1.3 反應罐

在海綿鈦的生產(chǎn)中，不論是鋼質(zhì)的、還是內(nèi)襯鈦板的反應罐，主要是帶來雜質(zhì)鐵的影響，而對雜質(zhì)錳的波動影響較小。

2 雜質(zhì)錳在海綿鈦坨中的分布

雜質(zhì)錳元素在海綿鈦坨中的分布，類似于雜質(zhì)鐵，主要富集在鈦坨的底部，其次是鈦坨周圍。在海綿鈦還原加料生產(chǎn)之前，一般要對反應罐中的精鎂熔液在700℃～850℃進行恒溫1～3 h［1］，在這個過程中，精鎂中的雜質(zhì)錳會向反應罐底部進行沉降。在還原初期，因為生成少量的海綿鈦對鎂本身有精煉凈化的作用，會加劇這種沉降富集作用。在海綿鈦坨中，一般情況下，最底部約5～10 cm的底皮產(chǎn)品雜質(zhì)錳含量最高，基本上都是超過質(zhì)量控制標準的廢品；其次是下部約30～50 cm部分，中上部最低且分布均勻。

3 控制雜質(zhì)錳含量的措施

針對海綿鈦產(chǎn)品中雜質(zhì)錳的分布及富集過程，采取相應的改進措施進行控制，盡可能減小其對產(chǎn)品品級率的影響。

3.1 精鎂中雜質(zhì)錳的控制

3.1.1 電解法精鎂的質(zhì)量控制

電解法生產(chǎn)精鎂采用熔劑精煉法就可以收到較好的效果。某廠的生產(chǎn)實踐中使用2#鈣熔劑進行精煉，精鎂中的錳含量基本上可以控制在0.010%以下，質(zhì)量控制較為穩(wěn)定。某廠使用的2#鈣熔劑與中南大學推薦的新熔劑對比見表1。

表1 某廠使用的2#鈣熔劑與中南大學推薦的新熔劑［3］成分對比表 %

3.1.2 硅熱法精鎂的質(zhì)量控制［2］

硅熱法生產(chǎn)精鎂一般也使用電解法所用的熔劑進行精煉，但生產(chǎn)實踐表明，除雜質(zhì)的效果不太理想，而且與生產(chǎn)所用的原料品位有很大相關性，一般錳含量控制在0.010%～0.018%。有資料表明，使用光鹵石熔劑可以起到較為理想的效果，錳含量可以控制在0.015%以下。光鹵石熔劑成分見表2。

表2 光鹵石熔劑成分表 %

3.1.3 控制措施

某廠在生產(chǎn)實踐中采取的措施因所用精鎂的來源不同而有所不同。一是在使用電解法精鎂時，采取鈣熔劑法基本上可以穩(wěn)定地控制雜質(zhì)錳含量在0.010%以下。二是在使用硅熱法精鎂時，增加重熔精煉工藝，用優(yōu)化后光鹵石熔劑進行再次精煉。三是嚴格控制精煉工藝參數(shù)，如將精煉溫度和靜置溫度提高到740～760℃，將精煉攪拌時間和靜置時間延長到1～2 h，并采取從760℃降到700℃“降溫式”的靜置措施。四是加強操作責任心，確保精煉操作工藝控制嚴格，確保精煉溫度和時間、攪拌深度和時間、靜置溫度和時間等達到工藝要求。五是加強液體鎂的真空抽取操作，杜絕抽到鎂渣的操作事故。某廠改進工藝后生產(chǎn)的精鎂及所對應海綿鈦產(chǎn)品的錳含量見表3。

表3 某廠改進工藝后生產(chǎn)的精鎂及所對應海綿鈦產(chǎn)品的錳含量 %

3.2 海綿鈦的分部包裝措施

在海綿鈦坨的破碎包裝處理時，一是將最底部約5～10 cm部分的產(chǎn)品直接切除作為廢品處理，并將鈦坨周圍剝?nèi)ゼs1～3 cm，防止嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量，一般約占0.5%～2%。二是對下部約30～50 cm部分的產(chǎn)品進行多爐次集中組批包裝，以提高優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品率。三是將其余部分雜質(zhì)錳含量較低且均勻的產(chǎn)品進行單獨破碎包裝，可以直接提高產(chǎn)品品級率。某廠生產(chǎn)的海綿鈦坨各部分的雜質(zhì)錳的平均含量見表4。

表4 某廠生產(chǎn)的海綿鈦坨各部分的雜質(zhì)錳的平均含量 %

3.3 海綿鈦還原工藝的改進

在還原生產(chǎn)中，充分利用雜質(zhì)錳在還原加料前的恒溫過程及加料前期階段的富集作用，及時將已富集雜質(zhì)錳的氯化鎂及少量精鎂熔體排出爐外，減少雜質(zhì)錳在海綿鈦產(chǎn)品中沉積。一是在還原加料前，采取先排放一次氯化鎂的操作，排放時應排放出適量（300～500 kg）的精鎂。二是在還原加料量達2 t之前的階段采取“少量加、多次排”的操作方式，盡可能在還原前期將富集雜質(zhì)錳的鎂及氯化鎂熔體排出爐外。某廠采取措施前后的海綿鈦產(chǎn)品錳含量對比見表5。

表5 某廠采取措施前后海綿鈦產(chǎn)品中的雜質(zhì)錳含量對比 %

4 結 語

1.根據(jù)精鎂來源不同采取不同的措施，嚴格控制精鎂質(zhì)量，可以有效地控制雜質(zhì)錳元素的波動。

2.對海綿鈦坨進行分部處理，可以直接地提高產(chǎn)品品級率。

3.改進還原前期的工藝控制，也可以收到較好的控制效果。