Металлургия титана

Технология и аппаратура магниетермического процесса восстановления

Аппаратурное оформление и технология процесса восстановления обуславливается специфическими свойствами титана и магния, а именно:

титан в нагретом состоянии  активно взаимодействует с кислородом, азотом, углеродом, парами воды. Кроме  того, при нагреве выше 1353К титан  с железом образует легкоплавкую эвтектику;

восстановление четыреххлористого  титана магнием сопровождается выделением большого количества тепла, которое требуется отводить от аппарата;

поскольку в процессе восстановление количество образующегося  хлорида магния по объему в 10.4 раз  превышает количество образующегося  титана, то для обеспечения максимального  использования емкости аппарата хлористый магний необходимо удалять;

контакт четыреххлористого  титана и расплавленного магния с  воздухом при их введении в аппарат  недопустим как с точки зрения их загрязнения, так и по условиям техники безопасности. Поэтому необходимо обеспечить условия герметичной их загрузки в аппарат.

В настоящее время  для производства титана используются герметичные аппараты, изготовленные  из нержавеющей стали, оборудованные  устройствами для загрузки магния и  четыреххлористого титана, а также  слива хлористого магния. Аппарат помещают в печь, оснащенную воздушным коллектором для охлаждения реакционной зоны аппарата. Процесс восстановления ведут в защитной атмосфере инертного газа – гелия или аргона.

Сложилась следующая  практика и последовательность выполнения основных технологических операций. Восстановитель единовременно загружают в заполненный инертным газом реактор с таким расчетом, чтобы обеспечить потребность всего цикла восстановления. Затем на поверхность магния осуществляется непрерывная регламентированная подача четыреххлористого титана. Образующийся хлористый магний, имеющий по сравнению с магнием больший удельный вес, опускается на дно реактора, поднимая тем самым уровень металлического магния. Для удаления хлористого магния необходимо поддерживать температуру образующихся продуктов восстановления несколько выше точки плавления хлорида. Но для обеспечения возможности осуществления интенсификации высокоэкзотермического магниетермического процесса необходимо использовать интенсивное охлаждение реактора. Таким образом, возникает задача создания такой конструкции печи и системы охлаждения реактора, которые могут удовлетворить противоречивым требованиям технологии: интенсификации теплоотвода от аппарата при поддержании на его поверхности достаточно высокой температуры. Трудности возникают также из-за того, что основной очаг тепловыделения, находящийся вблизи границы раздела конденсированной и парогазовой фаз, в связи с накоплением в реакторе продуктов восстановления и периодическими сливами хлористого магния меняет свое расположение.

Титановую губку извлекают  из реторт пневматическими зубилами. Иногда в нижней части перед восстановлением  кладут толстое ложное дно, которым  выдавливают содержимое перевернутой реторты с помощью штока гидравлического  пресса. Отделив часть загрязненную окислами, губку дробят на особых зубчатых и дисковых машинах и разделяют на фракции по крупности.

Йодидное рафинирование  титановой губки с получением плотного металла по реакции:

Ti+2I2=TiI4

позволяет частично удалить примеси кислорода, азота, железа, магния и др., повысив чистоту металла более чем до 99.9%.

Основные области применения титана и его сплавов.

Титан благодаря хорошему сочетанию механических и технологических  свойств и высокой коррозионной стойкости находит широкое применение в самых различных отраслях промышленгости: авиакосмической, химическом и нефтяном машиностроении, черной и цветной металлургии, пищевой промышленности и в других отраслях.

Применение титана в авиастроении

Авиационная промышленность была первым потребителем титана. Создание летательных аппаратов со скоростями близкими к скорости звука и превосходящими ее, определило ряд технических и экономических требований к конструкционным материалам, идущим на изготовление корпуса самолета и его обшивки, а также двигателей, которые невозможно было удовлетворить без применения материалов на основе титана. Авиационно-космическая и техника сейчас определяет темпы развития титановой промышленности, хотя доля ее в общем объеме потребления титана постепенно снижается.

Применение титана в  химической промышленности, машиностроении и других отраслях народного хозяйства.

Благодаря высокой  коррозионной стойкости титан и  его сплавы широко используются в  химической промышленности: теплообменники и выпарная аппаратура, реакторы, скрубберы, сушилки, разделительные колонны, емкости, насосы, прочее оборудование. Примерно 30% титана расходуется на изготовление коммуникаций из титана, применяемых в химической промышленности, используется в хлорном производстве.

Широкое применение титан находит в производстве искусственного волокна, красителей, азотной кислоты, синтетических жирны кислот, хлорированных углеводородов, кальцинированной соды, в хлорорганическом синтезе, во многих агрессивных средах.

Большой интерес вызывает применение фасонного литья для изготовления титановых насосов и запорной арматуры.

В мировой практике трубы  из титана широко применяют в нефтяной промышленности.

В судостроении с увеличением  размеров кораблей требуются все  более мощные турбинные двигатели, паровые котлы и конденсаторы.

По объему применения титана цветная металлургия занимает второе место среди гражданских  отраслей промышленности. Наибольшее распространение титановое оборудование получило на предприятиях кобальтово-никелевой  и титаново-магниевой промышлености, а также в производстве меди, цинка, свинца, ртути и других металлов.

Титан применяется в  качестве элемента, повышающего твердость  алюминиевых сплавов, и модификатора, позволяющего получать мелкозернистую структуру металла.

Добавки титана повышают качество чугуна и стали. Отдельно или с другими элементами титан применяется как раскислитель при производстве многих низколегированых и углеродистых сталей.

Список использованной литературы

1. Титан; В.А. Гармата, А.Н. Петрунько, Н.В. Галицкий, Ю.Г. Олесов, Р.А. Сандлер 1983г.

2. Общая металлургия; Н.Н. Севрюков, Б.А. Кузьмин, Е.В. Челищев 1976г.