海绵钛生产还原过程常见问题的分析处理

海绵钛生产还原过程常见问题的分析处理

————山西卓锋钛业郑云萍

1、前言

目前国内海绵钛生产工艺方法普遍采用镁热还原工艺，随着海绵钛生产的规模化和生产技术的日渐成熟，提高海绵钛生产过程质量，提高产品零级品率成为各生产厂家在市场中占有一席之位的法宝，而产品品质的提高主要在于还原过程的控制，因此提高海绵钛生产过程质量，精确控制海绵钛生产还原过程显得尤为重要。

2、还原过程在海绵钛生产中的作用

镁还原法的反应方程式：

TIC14(g)+2Mg(1)=Ti(s)+2MgC12(1)+5l9kJ(放热)

海绵钛生成机理：

○1还原阶段熔融状态的金属镁在惰性环境下与液态或气态的四氯化钛发生氧化还原反应生成金属钛及氯化镁，并放出热量；

○2蒸馏阶段还原结束排除剩余液镁及氯化镁的还原产物，在真空、加热状态下将夹杂在海绵钛产品内的镁、氯化镁、低价钛经过挥发除去的过程。

还原阶段是产品生成的阶段，蒸馏阶段是产品净化、纯化的阶段。产品结构的形成主要依靠还原过程来完成，因此，还原阶段对于产品质量的高低，至关重要。

还原生产过程工艺控制要求

国内目前海绵钛生产的还原工艺控制没有规范的标准，大多数海绵钛

生产厂家采用的都是模仿“钛斗”遵义钛业的生产工艺。

即:

○1还原前中期控制反应液面温度于800-830℃，控制还原测温点1#温度小于750℃，控制反应液面于2#-3#还原测温点之间，底部保持780-820℃温度；还原后期控制反应液面温度于800-850℃，控制还原测温点1#温度小于800℃，底部保持800-830℃。

○2依据反应器内径及散热条件，控制还原料速于200-330kg/h;

○3按时排放氯化镁，保证还原液面及还原温度的控制；

○4控制反应器压力于0.005-0.025MPa。控制氯化镁管压力于0.015-0.065 MPa.

○5还原过程不断调整进出风口堵头、盲板来保证还原各点的温度满足工艺要求。

如果企业生产自动化程度较高，还原蒸馏过程无设备故障，按照该工艺的控制可使产品1级品率达到100%，0级品率达到50-70%左右。但随着国内海绵钛生产厂家的增多、产量的逐年攀升，下游市场需求疲软问题等等，海绵钛行业的竞争愈演愈烈，对海绵钛质量的要求也由原来GB/T5254-2002，升级为GB/T5254-2010，提高0级品率、生产HB95、HB90、HB80海绵钛成为企业提升品牌、进军高科技行业的金字招牌。

卓锋钛业公司工艺技术人员经过多年的学习和生产实践已形成自己独特的生产工艺模式，摸索出一整套生产HB90、HB95海绵钛，1级品率达100%、0级品率高达90%、正品包装率达到95%的成熟还

原工艺，成为国内知名企业。

3、提高海绵钛还原生产过程质量的途径

3.1还原过程的影响因素分析

3．1.1环境因素的影响及纠正预防措施

国内海绵钛还原生产过程大多采用自动化软件系统来控制加料、测温、测压，自动化程度较高。但还原散热普遍采用调整进风口堵头和出风口盲板的开度、自然通风来控制，所以还原阶段的温度控制存在局限性。受环境、季节影响较大。

北方春、夏季节（2-7月份），环境温度、湿度相对较低，室温10-30℃；相对湿度15-55%。；而且气压较高，空气流动频繁。这种环境条件对海绵钛的还原过程非常有利。零级品率较高、布什硬度较低，是海绵钛生产的黄金季节。

北方的夏、秋季（8-9月份），空气湿度较大、气温高、气压较低，不仅给还原过程散热增加了难度，而且在反应器准备阶段、产品破碎包装阶段都会增加原料和产品O、H的吸入量，增加产品的氧含量和布氏硬度，降低产品品级。

北方的冬季（10-1月份），室内外温差较大，加热炉体热损失严重，测温热偶因为是外测温，测试温度偏低，使生产过程实际温度控制偏高，易造成1级品率的增加，0级品率严重下降。

应对措施：

鉴于夏、秋季湿度大、气温高、气压低的问题，可采用以下措施改进生产过程：

1）尽量缩短反应器组装时间，可采用加强冷端组装反应器检维修过程，减少热端组装反应器维修时间、提高镁的利用率、提高排冷内测温温度、减少大盖冷凝镁粘接的方式缩短大盖反应器在空气中的暴露时间，减少O、H吸入。提高产品品级。

2）由于气压低，空气流动较弱，还原散热出现一定的难度，可采用加装强制散热设备如风机、烟囱等来强制散热，减少还原烧结，保证0级品率。

3）破碎包装车间保证室内门窗的良好密封性，减少室内空气湿度；破碎包装过程做好产品防护，减少产品暴露于空气中的时间，减少产品吸氧吸氢，提升产品质量。

冬季还原过程的特点是热偶测试温度偏低，实际温度偏高，可采用低控还原各点温度10-15℃的方式保证还原过程各点温度的准确性，提升0级品率。

3.1.2设备因素的影响

1）反应器氯化镁管故障

还原过程中最常见的设备故障就是反应器氯化镁横管内漏、氯化镁竖管焊缝开裂造成反应器氯化镁管内外压差保不住，氯化镁排放不足量见镁等还原异常现象。造成的后果：1）内外压产保不住会造成氯化镁管内液面上升，因为反应器上部温度较低，液镁会凝固堵塞氯化镁横管，使氯化镁无法排出，严重的可造成还原终止；为了不产生如此后果，往往采用还原过程不断充氩的方法维持氯化镁管压力，但这样做的后果会造成：○1）还原过程反应器内压力上升过快，放气频繁，

加料速度上下浮动大，产品结构不规则，后期液镁通道不畅加总料量减少。

○2）由于过程中不断充氩，会造成底部或上部产品氧、氮含量升高，降低产品品级。

2）流量计偏差（料速影响）

还原过程加料的计量一般厂家都采用金属浮子流量计，金属浮子流量计的原理是以浮子在垂直锥形管中随着流量变化而升降，改变它们之间的流通面积来进行测量的体积流量仪表，浮子升降的幅度随液体的密度变化而改变，并受管道压力、管道内杂质等的影响而产生偏差，流量计偏差造成的后果包括：

○1最常见的现象是氯化镁排放过程不足量见镁。还原过程氯化镁排放工艺具有一定的规律，一般前中期氯化镁单次排放量为T加料量-100kg，后期逐渐减少，如果流量计负偏差较大，大于实际加料量0.7%，氯化镁排放量将大于加料量，会出现排放过程有液镁排出现象。不仅会增加镁耗，而且前期料速过低，会造成还原后期因生成的海绵钛粒度小、钛坨结构致密，液镁通道不畅；再者，还原后期会造成液镁液面过低还原提前终止，导致镁的利用率下降，单炉产量较低的情况发生。

○2如果流量计正偏差较大会造成还原过程液面过高，料速过大，过程温度难以调整四氯化钛与液镁液液反应的概率增加，还原烧结严重，产品品级降低等后果。

应对措施：