Od rudy k hotovému produktu: Procesné ťažkosti a prelomy v titáne

Titán patrí medzi desať najlepších kovov z hľadiska zásob zemskej kôry a nie je vzácnym zdrojom. Premena ilmenitu a rutilových rúd na materiály na báze titánu však zahŕňa obrovské metalurgické a spracovateľské výzvy. Vďaka nepretržitému výskumu a vývoju a priemyselnému úsiliu sa v celom titánovom priemyselnom reťazci dosiahli viaceré technické prelomy, ktoré zahŕňajú ťažbu rudy, tavenie titánovej huby, tavenie, kovanie a presné obrábanie, čím sa postupne odbúravajú technické bariéry prešpičkové titánové materiály.

 

 

 

 

1. Obohacovanie a obohacovanie rudy

Suroviny: ilmenit, rutil
Proces: gravitačná separácia, magnetická separácia, flotácia → koncentrát s vysokým obsahom titánu

 

2. Redukcia chlórovania pre výrobu titánových húb

Proces: vysokoteplotná chlorácia + rektifikačné čistenie → chlorid titaničitý; Proces Kroll → vákuová destilácia na odstránenie nečistôt, drvenie a preosievanie → titánová špongia

 

3. Vákuové tavenie a odlievanie na výrobu titánových ingotov

Proces: do titánovej špongie sa pridávajú legujúce prvky ako hliník, vanád a molybdén, nasleduje vákuové tavenie a odlievanie → titánové ingoty

 

4. Tlakové spracovanie a presná výroba titánových produktov

Proces: kovanie, valcovanie, extrúzia, zváranie, tepelné spracovanie → hotové výrobky vrátane titánových tyčí, dosiek, rúr a výkovkov

Aplikácie: letectvo, námorné inžinierstvo, lekárske prístroje, chlór-alkalické zariadenia a iné oblasti

 

 

1. Výzvy v obohacovaní rúd a chlórovaní

Prírodný ilmenit sa vyznačuje nízkym obsahom oxidu titaničitého a veľkým množstvom nečistôt. Výroba trosky s vysokým obsahom titánu / syntetického rutilu si vyžaduje zdĺhavé procesy modernizácie s vysokou spotrebou energie. Chlorácia vytvára vysoko korozívny chlorid titaničitý, ktorý spôsobuje vážne opotrebovanie zariadenia. Rektifikácia a čistenie surového chloridu titaničitého zahŕňa zložité pracovné postupy, ktoré prinášajú značné straty materiálu a veľký tlak na likvidáciu vedľajších produktov.

 

2. Nedostatky v tavení titánových húb

Bežná magnéziová tepelná redukcia Kroll je výrobná technológia v dávkovom režime. Jeden cyklus pece trvá niekoľko dní až viac ako desať dní, pričom je na rozdiel od výroby ocele alebo hliníka prerušovaný, čo má za následok nízku účinnosť a vysokú spotrebu energie. Počas celého procesu je potrebná ochrana inertným plynom vysokej čistoty a zariadenie na recykláciu chloridu horečnatého a chloridu horečnatého je sofistikované. Pórovitá štruktúra titánovej špongie má tendenciu zachytávať nečistoty, čo kladie prísne požiadavky na tesnenie, kvalitu surovín a prevádzkovú kontrolu. Menšia nesprávna prevádzka môže znehodnotiť celú vsádzku pece a vytvoriť vysoké bariéry pre výrobu titánovej huby pre letecký priemysel.

 

3. Ťažkosti pri tavení, odlievaní a kovaní

Tavenie titánovej huby sa musí vykonávať vo vákuu alebo v inertnej atmosfére. Veľkorozmerné titánové ingoty sú náchylné na kompozičnú segregáciu a defekty inklúzií. Zliatiny titánu vykazujú vysokú odolnosť proti deformácii, úzke okienka teploty spracovania, náchylnosť na zachytávanie nečistôt a oxidáciu pri vysokých teplotách a zlú tvárnosť pri nízkych teplotách. Zliatiny titánu vykazujú počas rezania vysokú viskozitu, čo vedie k silnému opotrebovaniu nástroja. Strata materiálu pri obrábaní komponentov odlievaných ingotov môže presiahnuť 70 %, čo zvyšuje celkové náklady. Zváranie v kontakte so vzduchom vytvára krehké oxidové vrstvy a pre letecké a hlbokomorské zariadenia platia mimoriadne prísne normy kvality zvárania.

 

4. Výzvy v kontrole výkonu špičkových zliatin

Letectvo, hlbokomorské inžinierstvo, lekárske a iné aplikácie kladú na zliatiny titánu rozdielne požiadavky na výkon. Nepatrné odchýlky v zložení zliatiny, postupoch tavenia a chladenia a parametroch tepelného spracovania môžu zmeniť vlastnosti materiálu a vytvárať vysoké technické bariéry pre špičkové zliatiny titánu.

 

 

1. Tavenie titánovej huby

Domáce veľkokapacitné redukčno-destilačné pece dosiahli lokalizáciu. Veľkotonážne pece zlepšujú produkciu a kvalitu titánovej huby a zároveň znižujú spotrebu energie, zvyšujú podiel produktov leteckej kvality a znižujú závislosť na dovážaných špičkových dodávkach. Optimalizované procesy cirkulácie horčíka a chlóru znižujú náklady a znečistenie pri tradičnej ceste Kroll. Nové technológie elektrolýzy roztavenej soli, ako sú FFC a USTB, môžu priamo produkovať titán a vynechať krok chlorácie, napriek tomu zostávajú v laboratórnom štádiu bez nasadenia v priemyselnom meradle.

 

2. Tavenie ingotov

Tavenie elektrónovým lúčom v studenom ohnisku sa industrializovalo. Rieši chyby inklúzií v ingotoch, umožňuje recykláciu titánového šrotu a vyrába veľkorozmerné titánové ingoty vysokej čistoty, čím ruší zahraničné monopoly. Viacstupňové tavenie zmierňuje kompozičnú segregáciu. Domáce veľkorozmerové ingoty z titánovej zliatiny podporujú výrobu kľúčového národného vybavenia, ako sú veľké lietadlá a hlbokomorské ponorky s ľudskou posádkou na operácie v hĺbke 10 000 metrov.

 

3. Spracovanie tlaku

Do prevádzky boli spustené zariadenia domácej výroby vrátane desaťtisíctonových rýchlokovacích lisov a kontinuálnych valcovní za horúca na titánové pásy. Umožňujú hromadnú výrobu širokošírkových, veľkorozmerných a tenkostenných titánových materiálov. Produkty ako 2,5 mm Gr5 zvitky valcované za tepla a 0,1 mm ultratenké titánové pásy slúžia pre palivové články, 3C a chemický priemysel. Kompozitné materiály oceľ-titán a tvarovanie takmer čistého tvaru znižujú straty materiálu. Pokročilé technológie zvárania umožňujú výrobu komponentov vo veľkom meradle, ako sú námorné tlakové fľaše a podkladové materiály pre chlór-alkalické DSA anódy.

 

4. Vývoj zliatin a aditívna výroba

Nezávisle vyvinuté titánové zliatiny spĺňajú extrémne prevádzkové podmienky pre hlbokomorské vybavenie a letecké motory. Hromadná výroba titánového prášku pre 3D tlač bola realizovaná pre nosné komponenty pre letecký priemysel. Následné spracovanie zlepšuje odolnosť proti únave aditívne vyrábaných dielov a tvarovanie takmer čistého tvaru znižuje spotrebu materiálu počas výroby.

 

Ruihang je priamy výrobca titánových produktov, ktorý dodáva suroviny optimálnej kvality pre vaše presné komponenty. Pre viac informácií nás neváhajte kontaktovať prostredníctvom e-mailu:Sam.Rui@bjrh-titanium.com