Металлургия и основы металлургического производства: Курс лекций, страница 28

Основным методом получения титана повышенной чистоты является иодидное рафинирование технического металла, губки или стружки. Подлежащей очистке металл при взаимодействии с иодом образует летучий галогенид, который затем диссоциирует на разогретой электрическим током нити из одноименного и ли тугоплавкого металла. При этом титан отлагается на раскаленной проволоке, и иод возвращается в процесс. Очистка титана основана на различии давлений паров иодидов и примесей. Кроме того, часть примесей не вступает в реакцию с иодом.

Процесс иодидного рафинирования осуществляют при двух температурных режимах: 1) при  150 - 200˚С ;  2) при 500 - 550˚С . Перенос титана на раскаленную нить происходит за счет образования и испарения в первом случае TiCI4, во втором TiCI2. Нить, на которой происходит диссоциация иодидов, нагревают электрическим током до 1400˚С .

Перед началом процесса рафинирования разогретый реактор тщательно вакуумируют, затем включают нагрев нити и вводят очищенный иод. Рафинирование заканчивается при толщине прутка очищенного металла 25-30 мм.

Иодидное рафинирование титана представляет собой 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 зонной плавкой иодидного металла получают сверхчистый титан, содержащий 99,9999% Ti.

Выплавка слитков из титана и его сплавов

Слитки из титана диаметром 200-500 мм или его сплавов выплавляют в электродуговых печах с медным охлаждением водой кристаллизатором. Металл, прилегающий к холодным стенкам кристаллизатора, очень быстро затвердевает, и плавка фактически идет в гарниссаже из титана. Гарниссаж не пристает 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 входят до 40-50% незагрязненных титановых отходов, а также многие легирующие компоненты в форме лигатур. Для обеспечения постоянства состава и механических свойств слитки титанановых сплавов их плавят вторично.

Плавку титана и его сплавов проводят на постоянном токе ( 8-10 кА, 25-30В ) в вакууме ( 0,01 мм.рт.ст.) Стабилизация горения дуги и перемешивания жидкой ванны металла производится с помощью электромагнитных катушек. Производительность печи 4-5 кг/мин. Потери за счет обрезки торцовых частей слитка и обдирки боковой поверхности обычно составляют 10-15%, у крупных 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 1900-200˚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 проводят в атмосфере аргона. При этом потери металла при механической обработке слитка значительно снижаются.

Электрошлаковую плавку титана и его сплавов применяют только для второго переплава, так как отсутствие вакуума в процессе плавки не позволяет удалять водород.

Литература

1.  Е.В. Челишев, П.П. Арсентьев и др. Металлургия черных и цветных металлов. Металлургия. М. 1993.

2.  А.И. Беляев. Металлургия легких металлов. Металлургиздат. М. 1962.

3.  Д.А. Диомидовский. Металлургические печи цветной металлургии. Металлургия. М. 1970.

4.  О.Е. Крейн. Металлургия рассеянных и легких редких металлов. Металлургия. М. 1977.

5.  А.Г. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии. Госхимиздат. М. 1961.

6.  Б.Н. Ласкорин и др. Бехотходная технология переработки минерального сырья. Недра. М. 1984.

7.  Б. Скиннер. Хватит ли человечеству земных ресурсов. Мир. М. 1989.