Maagist valmistooteni: titaani töötlemise raskused ja läbimurded

Titaan kuulub maakoorevarude poolest esikümne metalli hulka ega ole napp ressurss. Sellegipoolest hõlmab ilmeniidi ja rutiili maakide muundamine titaanipõhisteks materjalideks tohutuid metallurgilisi ja töötlemisprobleeme. Tänu pidevatele uurimis- ja arendustegevusele ning tööstuslikele jõupingutustele on titaani tööstusahelas saavutatud mitmeid tehnilisi läbimurdeid, mis hõlmavad maagi rikastamist, titaani käsnaga sulatamist, sulatus-sepistamist ja täppistöötlemist, vähendades järk-järgult tehnilisi tõkkeidtipptasemel titaanmaterjalid.

 

 

 

 

1. Maagi rikastamine ja rikastamine

Tooraine: ilmeniit, rutiil
Protsess: gravitatsiooniline eraldamine, magnetiline eraldamine, flotatsioon → kõrge titaanisisaldusega kontsentraat

 

2. Kloorimise vähendamine titaankäsna tootmiseks

Protsess: kõrgtemperatuuriline kloorimine + rektifitseerimispuhastus → titaantetrakloriid; Kroll-protsess → vaakumdestilleerimine lisandite eemaldamiseks, purustamiseks ja sõelumiseks → titaankäsn

 

3. Vaakumsulatamine ja valamine titaani valuploki tootmiseks

Protsess: titaankäsnale lisatakse legeerivaid elemente nagu alumiinium, vanaadium ja molübdeen, millele järgneb vaakumsulatamine ja valamine → titaani valuplokid

 

4. Survetöötlus ja titaantoodete täppistöötlemine

Protsess: sepistamine, valtsimine, ekstrusioon, keevitamine, kuumtöötlus → valmistooted, sealhulgas titaanvardad, plaadid, torud ja sepised

Kasutusalad: lennundus, meretehnika, meditsiiniseadmed, kloorleeliseseadmed ja muud valdkonnad

 

 

1. Maakide rikastamise ja kloorimise väljakutsed

Looduslikul ilmeniidil on madal titaandioksiidi sisaldus ja rohked lisandid. Titaanisisaldusega räbu / sünteetilise rutiili tootmine nõuab pikki ja suure energiatarbimisega uuendamisprotseduure. Kloorimisel tekib väga söövitav titaantetrakloriid, mis põhjustab seadmete tõsist kulumist. Toortitaantetrakloriidi rektifitseerimine ja puhastamine hõlmab keerulisi töövooge, mis toob kaasa märkimisväärse materjalikadu ja suure surve kõrvalsaaduste kõrvaldamiseks.

 

2. Puudused titaankäsnade sulatamisel

Peamine Krolli magneesiumi termiline redutseerimine on partiirežiimis tootmistehnoloogia. Üks ahjutsükkel kestab mitmest päevast üle kümne päeva, erinevalt terase või alumiiniumi tootmisest katkendlikult, mille tulemuseks on madal efektiivsus ja suur energiakulu. Kõrge puhtusastmega inertgaasi kaitse on vajalik kogu protsessi vältel ning magneesium-magneesiumkloriidi ringlussevõtu seadmed on keerukad. Titaankäsna poorne struktuur kipub lisandeid kinni püüdma, kehtestades ranged nõuded tihendusele, tooraine kvaliteedile ja töökontrollile. Väiksem väärkasutus võib kahjustada kogu ahju partii, luues kõrged takistused kosmosesõidukite titaankäsna tootmisele.

 

3. Raskused sulatamisel, valamisel ja sepistamisel

Titaankäsnaga sulatamine peab toimuma vaakumis või inertses atmosfääris. Suuremõõtmelised titaani valuplokid on altid koostise eraldumisele ja kaasamisdefektidele. Titaanisulamitel on kõrge deformatsioonikindlus, kitsad töötlemistemperatuuri aknad, vastuvõtlikkus lisandite kogumisele ja oksüdeerumisele kõrgel temperatuuril ning halb vormitavus madalatel temperatuuridel. Titaanisulamitel on lõikamise ajal kõrge viskoossus, mis põhjustab tööriista tugevat kulumist. Materjalikadu valuploki komponentide töötlemisel võib ületada 70%, mis suurendab üldkulusid. Õhuga kokkupuutel keevitamisel tekivad rabedad oksiidikihid ning kosmose- ja süvamereseadmetele kehtivad äärmiselt ranged keevitamise kvaliteedistandardid.

 

4. Väljakutsed tipptasemel sulamite jõudluse kontrollimisel

Lennundus-, süvameretehnika-, meditsiini- ja muud rakendused seavad titaanisulamitele erinevad jõudlusnõuded. Väikesed erinevused sulami koostises, sulamis-jahutusprotseduurides ja kuumtöötlemise parameetrites võivad muuta materjali omadusi, tekitades kõrgetasemeliste titaanisulamite jaoks kõrgeid tehnilisi tõkkeid.

 

 

1. Titaankäsna sulatamine

Kodumajapidamises ehitatud suuremahulised redutseerimisdestilleerimisahjud on lokaliseerinud. Suure tonnaažiga ahjud parandavad titaankäsna toodangut ja kvaliteeti, vähendades samal ajal energiatarbimist, suurendades kosmosetööstuses kasutatavate toodete osakaalu ja vähendades sõltuvust imporditud tipptasemel tarvikutest. Optimeeritud magneesium-kloori ringlusprotsessid vähendavad traditsioonilise Krolli marsruudi kulusid ja saastet. Uudsed sulasoola elektrolüüsitehnoloogiad, nagu FFC ja USTB, võivad titaani otse toota ja kloorimisetapi vahele jätta, kuid jäävad siiski laboratoorsesse staadiumisse ilma tööstusliku kasutuselevõtuta.

 

2. Valuploki sulamine

Elektronkiirega külmkoldes sulatamine on tööstuslikult arendatud. See lahendab valuplokkide inklusioonidefektid, võimaldab titaanijääke ringlusse võtta ja toodab suuremõõtmelisi kõrge puhtusastmega titaani valuplokke, purustades välismaised monopolid. Mitmeastmeline sulamine leevendab koostise segregatsiooni. Kodumaised suuremõõtmelised titaanisulamist valuplokid toetavad oluliste riiklike seadmete, näiteks suurte õhusõidukite ja mehitatud süvamere sukeldumismasinate tootmist 10 000 meetri sügavusel operatsioonide jaoks.

 

3. Surve töötlemine

Kasutusele on võetud kodumaised seadmed, sealhulgas kümne tuhande tonnised kiirsepispressid ja titaanribaga kuumvaltsimistehased. Need võimaldavad laia laiusega, suuremõõtmeliste ja õhukeseseinaliste titaanmaterjalide masstootmist. Sellised tooted nagu 2,5 mm Gr5 kuumvaltsitud rullid ja 0,1 mm üliõhukesed titaanribad on mõeldud kütuseelementide, 3C ja keemiatööstuse jaoks. Terasest-titaanist komposiitmaterjalid ja peaaegu võrgukujulised lõikematerjali kadu. Täiustatud keevitustehnoloogiad võimaldavad valmistada suuremahulisi komponente, nagu mererõhukindlad silindrid ja kloorleelise DSA anoodide alusmaterjalid.

 

4. Sulami arendamine ja lisandite tootmine

Sõltumatult väljatöötatud titaanisulamid vastavad süvamereseadmete ja lennukimootorite äärmuslikele töötingimustele. Titaanist 3D-printimise pulbri masstootmine on realiseeritud kosmosesõidukite kandekomponentide jaoks. Järeltöötlus parandab lisandina valmistatud osade väsimuskindlust ja peaaegu võrgukujuline vormimine vähendab materjalikulu tootmise ajal.

 

Ruihang on otsene titaantoodete tootja, kes tarnib teie täppiskomponentide jaoks optimaalse kvaliteediga toorainet. Lisateabe saamiseks võtke meiega julgelt ühendust e-posti teel:Sam.Rui@bjrh-titanium.com