Från malm till färdig produkt: Processsvårigheter och genombrott i titan

Titan rankas bland de tio bästa metallerna när det gäller skorpreserver och är inte en knapp resurs. Ändå innebär att omvandla ilmenit- och rutilmalmer till titanbaserade material enorma metallurgiska och bearbetningsutmaningar. Tack vare kontinuerlig forskning och utveckling och industriella ansträngningar har flera tekniska genombrott uppnåtts över hela titanindustrikedjan, som täcker malmframställning, smältning av titansvampar, smältsmide och precisionsbearbetning, vilket gradvis bryter ned tekniska barriärer föravancerade titanmaterial.

 

 

 

 

1. Malmförädling och anrikning

Råvaror: ilmenit, rutil
Process: gravitationsseparation, magnetisk separation, flotation → högtitankoncentrat

 

2.Reduktion av klorering för tillverkning av titansvampar

Process: högtemperaturklorering + rektifieringsrening → titantetraklorid; Krollprocess → vakuumdestillation för borttagning av föroreningar, krossning och siktning → titansvamp

 

3. Vakuumsmältning och gjutning för tillverkning av titangöt

Process: legeringselement som aluminium, vanadin och molybden läggs till titansvamp, följt av vakuumsmältning och gjutning → titangöt

 

4. Tryckbearbetning och precisionstillverkning av titanprodukter

Process: smide, valsning, extrudering, svetsning, värmebehandling → färdiga produkter inklusive titanstänger, plattor, rör och smide

Tillämpningar: flyg-, marinteknik, medicinsk utrustning, klor-alkaliutrustning och andra områden

 

 

1.Utmaningar i malmberikning och klorering

Naturlig ilmenit har låg titandioxidhalt och rikliga föroreningar. Att producera slagg med hög titanhalt/syntetisk rutil kräver långa uppgraderingsprocedurer med hög energiförbrukning. Klorering genererar starkt frätande titantetraklorid, vilket orsakar allvarligt slitage på utrustningen. Rening-rening av rå titantetraklorid innebär komplexa arbetsflöden, vilket medför betydande materialförluster och högt tryck för bortskaffande av biprodukter.

 

2. Brister i smältning av titansvampar

Krolls vanliga termiska magnesiumreduktion är en produktionsteknik i batchläge. En enskild ugnscykel varar från flera dagar till mer än tio dagar, diskontinuerlig till skillnad från stål- eller aluminiumproduktion, vilket resulterar i låg verkningsgrad och hög energiförbrukning. Skydd av inert gas med hög renhet krävs under hela processen, och utrustning för återvinning av magnesium-magnesiumklorid är sofistikerad. Den porösa strukturen hos titansvamp tenderar att fånga föroreningar, vilket ställer strikta krav på tätning, råmaterialkvalitet och driftskontroll. Mindre felfunktioner kan försämra hela ugnspartiet, vilket skapar höga barriärer för tillverkning av titansvampar av flyg- och rymdkvalitet.

 

3. Svårigheter vid smältning, gjutning och smide

Titansvampsmältning måste utföras under vakuum eller inert atmosfär. Stora titangöt är benägna att få kompositionssegregation och inklusionsdefekter. Titanlegeringar visar hög deformationsbeständighet, smala bearbetningstemperaturfönster, känslighet för föroreningsupptagning och oxidation vid höga temperaturer och dålig formbarhet vid låga temperaturer. Titanlegeringar uppvisar hög viskositet under skärning, vilket leder till kraftigt verktygsslitage. Materialförluster under bearbetning av gjutgötskomponenter kan överstiga 70 %, vilket driver upp de totala kostnaderna. Svetsning i kontakt med luft producerar spröda oxidlager, och extremt stränga svetskvalitetsstandarder gäller för flyg- och djuphavsutrustning.

 

4.Utmaningar i prestandakontroll av avancerade legeringar

Flyg-, djuphavsteknik, medicinska och andra tillämpningar ställer olika prestandakrav på titanlegeringar. Små variationer i legeringssammansättning, smält-kylningsprocedurer och värmebehandlingsparametrar kan förändra materialegenskaperna och skapa höga tekniska barriärer för avancerade titanlegeringar.

 

 

1. Smältning av titansvamp

Inhemskt byggda storskaliga reduktionsdestillationsugnar har uppnått lokalisering. Ugnar med stor tonnage förbättrar produktionen och kvaliteten av titansvamp samtidigt som energiförbrukningen minskar, ökar andelen flygprodukter och minskar beroendet av importerade högkvalitativa förnödenheter. Optimerad magnesium-klorcirkulation minskar kostnader och föroreningar för den traditionella Kroll-rutten. Nya elektrolystekniker för smältsalt som FFC och USTB kan direkt producera titan och hoppa över kloreringssteget, men de förblir i laboratoriestadiet utan användning i industriell skala.

 

2. Götsmältning

Elektronstrålesmältning med kall härd har industrialiserats. Det löser inneslutningsfel i göt, tillåter återvinning av titanskrot och tillverkar stora titangöt av hög renhet, vilket bryter utländska monopol. Flerstegssmältning minskar sammansättningssegregationen. Inhemska göt av titanlegering av stor storlek stöder tillverkningen av viktig nationell utrustning som stora flygplan och bemannade undervattensfarkoster för djuphavsvatten för operationer på 10 000-metersdjup.

 

3. Tryckbearbetning

Inhemskt tillverkad utrustning, inklusive tiotusentons snabbsmidespressar och titanbandsvarma kontinuerliga valsverk har tagits i drift. De möjliggör massproduktion av breda, stora och tunnväggiga titanmaterial. Produkter som 2,5 mm Gr5 varmvalsade rullar och 0,1 mm ultratunna titanremsor tjänar bränslecells-, 3C- och kemisk industri. Stål-titankompositmaterial och nästan nätformande skär materialförlust. Avancerad svetsteknik möjliggör tillverkning av storskaliga komponenter såsom marina tryckbeständiga cylindrar och substratmaterial för klor-alkali DSA-anoder.

 

4. Utveckling av legeringar och additiv tillverkning

Oberoende utvecklade titanlegeringar möter extrema driftsförhållanden för djuphavsutrustning och flygmotorer. Massproduktion av titan 3D-printpulver har realiserats för bärande komponenter för flyg- och rymdfart. Efterbearbetning förbättrar utmattningsbeständigheten hos additivt tillverkade delar, och nästan nätformad formning minskar materialförbrukningen under produktionen.

 

Ruihang är en direkt tillverkare av titanprodukter som levererar råmaterial av optimal kvalitet för dina precisionskomponenter. För mer information, kontakta oss gärna via e-post:Sam.Rui@bjrh-titanium.com