海綿鈦生產(chǎn)裝備現(xiàn)狀分析

丁子文

（貴陽鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽 550081）

鈦及其合金，具有抗腐蝕性，良好的高低溫性能，無磁性，超導(dǎo)性等優(yōu)良性能。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，鈦在航空、航天、醫(yī)療、建材、化工等行業(yè)得到越來越廣泛的應(yīng)用。我國(guó)鈦冶煉工業(yè)從二十世紀(jì)五十年代發(fā)展至今，目前海綿鈦生產(chǎn)能力達(dá)到15萬噸每年。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球海綿鈦生產(chǎn)能力約為30萬噸每年，我國(guó)海綿鈦產(chǎn)能約占全球總產(chǎn)能的50%。從生產(chǎn)能力上講，我國(guó)已進(jìn)入世界產(chǎn)鈦大國(guó)的行列，但與美國(guó)、日本等世界鈦強(qiáng)國(guó)相比，我國(guó)鈦產(chǎn)業(yè)的裝備、技術(shù)水平、能耗、控制水平、質(zhì)量體系等仍與世界強(qiáng)國(guó)有一定的差距。

海綿鈦生產(chǎn)主要工段有：四氯化鈦制備工段（氯化和精制）、還原蒸餾工段（產(chǎn)出海綿鈦鈦坨）、破碎包裝工段。我國(guó)現(xiàn)有的海綿鈦生產(chǎn)企業(yè)在工藝流程、生產(chǎn)規(guī)模和裝備水平上存在差異，各企業(yè)的發(fā)展不平衡。本文以全流程海綿鈦生產(chǎn)企業(yè)為例，對(duì)海綿鈦生產(chǎn)的三個(gè)主要工段的核心裝備技術(shù)水平進(jìn)行綜述，同時(shí)對(duì)我國(guó)海綿鈦生產(chǎn)裝備和技術(shù)發(fā)展提出個(gè)人建議[1]。

1 四氯化鈦制備工段裝備

四氯化鈦制備主要是以高鈦渣或金紅石為原料制取四氯化鈦，工業(yè)上生產(chǎn)四氯化鈦的方法有沸騰氯化法和熔鹽氯化法兩種，兩種方法的選擇主要根據(jù)高鈦渣中雜質(zhì)的含量確定。兩種生產(chǎn)方法的核心設(shè)備都是氯化爐，氯化爐裝備技術(shù)水平代表了四氯化鈦制備生產(chǎn)工藝技術(shù)水平。

表1 我國(guó)有代表性的海綿鈦生產(chǎn)企業(yè)氯化爐裝備水平

從表1可以看出，我國(guó)現(xiàn)有氯化爐裝備有熔鹽氯化爐和沸騰氯化爐兩種爐型。在我國(guó)現(xiàn)有海綿鈦生產(chǎn)企業(yè)中，攀枝花鋼鐵集團(tuán)海綿鈦廠在2008年從烏克蘭引進(jìn)熔鹽氯化技術(shù)，并由貴陽院消化吸收、總包建設(shè)，該項(xiàng)目于2012年建成投產(chǎn)。大型熔鹽氯化爐的推廣使用對(duì)我國(guó)釩鈦資源的綜合利用有重要的意義。我國(guó)對(duì)沸騰氯化技術(shù)的研究始于二十世紀(jì)70年代，從最初直徑為φ500mm氯化爐發(fā)展到直徑為φ2500mm氯化爐，我國(guó)用了將近40年的時(shí)間，但總體上與國(guó)際先進(jìn)的沸騰氯化技術(shù)相比仍然處于比較落后的水平，主要問題表現(xiàn)為：?jiǎn)挝幻娣e產(chǎn)能小、氯氣消耗量大、操作環(huán)境差、“三廢”多等問題。目前國(guó)際上先進(jìn)的有篩板沸騰氯化爐單爐產(chǎn)能最大可達(dá)550t/d以上，而我國(guó)有代表性的海綿鈦生產(chǎn)企業(yè)氯化爐單爐產(chǎn)能基本上都在130t/d。

我國(guó)四川攀枝花地區(qū)是一個(gè)超大型釩鈦磁鐵礦儲(chǔ)藏區(qū)，該礦區(qū)釩鈦磁鐵礦儲(chǔ)量占全國(guó)的90.5%，已探明儲(chǔ)量占世界儲(chǔ)量的25%，隨著廣西和廣東高品位鈦礦資源的枯竭，我國(guó)今后新建海綿鈦廠將主要采用熔鹽氯化法生產(chǎn)四氯化鈦的工藝技術(shù)方案。

2 還原蒸餾工段裝備

還原蒸餾工段是以四氯化鈦為原料制取海綿鈦坨的工段，工業(yè)生產(chǎn)海綿鈦的方法曾有兩種，鎂熱還原法和鈉熱還原法。鈉熱還原法由于缺點(diǎn)明顯目前已退出海綿鈦生產(chǎn)。目前在工業(yè)上生產(chǎn)海綿鈦的方法僅有鎂熱還原法，也就是鎂還原-真空蒸餾法。鎂還原-真空蒸餾法分聯(lián)合法與半聯(lián)合法兩種，聯(lián)合法又分為串聯(lián)式（I型還原蒸餾爐）和并聯(lián)式（倒U型還原蒸餾爐）兩種制鈦技術(shù)，其核心裝備為還原蒸餾爐[2]。

表2 我國(guó)部分企業(yè)還原蒸餾裝備及技術(shù)指標(biāo)

從表2可以看出，我國(guó)海綿鈦生產(chǎn)中I型還原蒸餾爐和倒U型還原蒸餾爐均有采用。2008年攀枝花鋼鐵集團(tuán)海綿鈦廠從烏克蘭引進(jìn)了7.5t/爐I型還原蒸餾爐并投入使用，該爐型技術(shù)特點(diǎn)是占地面積小、占爐周期長(zhǎng)、能耗偏高、并且由于串聯(lián)為垂直連接，設(shè)備大型化后將使廠房高度增加，目前該爐型最大單爐產(chǎn)量即7.5t/爐，其生產(chǎn)的海綿鈦產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)于國(guó)內(nèi)技術(shù)的倒U型還原蒸餾爐海綿鈦產(chǎn)品。我國(guó)倒U型還原蒸餾爐采用的主要爐型有5、7.5、8、10、12 t/爐，其中12t/爐倒U型還原蒸餾爐為遵義鈦廠研發(fā)。倒U型還原蒸餾爐技術(shù)特點(diǎn)為:還原和蒸餾反應(yīng)生產(chǎn)緊湊連續(xù)，能源消耗較小，吊運(yùn)設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷相對(duì)較小，需要投入的生產(chǎn)設(shè)備量相對(duì)較少，一次性投資相對(duì)小，還原及蒸餾過程可以一次組裝完成，生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間小，生產(chǎn)操作比I型還原蒸餾爐簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

國(guó)際最先進(jìn)的海綿鈦還原蒸餾裝備以日本為代表，單爐產(chǎn)能約為10噸/爐，每個(gè)周期小于190小時(shí)，電耗≤4200kWh/噸鈦，產(chǎn)品質(zhì)量以布氏硬度90級(jí)和符合國(guó)際航空級(jí)要求的高端海綿鈦為主，反應(yīng)器使用壽命最高可達(dá)80個(gè)周期。

從上述可知，我國(guó)還原蒸餾裝備不管是國(guó)內(nèi)先進(jìn)的倒U型還原蒸餾爐還是引進(jìn)的烏克蘭7.5t/爐級(jí)別I型還原蒸餾爐，其技術(shù)指標(biāo)與國(guó)際先進(jìn)技術(shù)相比，還存在不小的差距，我國(guó)還原蒸餾技術(shù)要發(fā)展，建議引進(jìn)日本或美國(guó)的還原蒸餾爐裝置和控制技術(shù)。

3 破碎工段裝備

破碎工段的作用是將還原蒸餾工段生產(chǎn)的鈦鉈送至破碎車間用油壓切片機(jī)切片后再送破碎系統(tǒng)進(jìn)行分級(jí)破碎和篩分。達(dá)到產(chǎn)品粒度要求的海綿鈦經(jīng)分選后進(jìn)入產(chǎn)品包裝系統(tǒng)。

表3 我國(guó)部分企業(yè)破碎包裝裝備與美日先進(jìn)技術(shù)對(duì)比

到目前為止，我國(guó)海綿鈦破碎包裝裝備主要采用國(guó)產(chǎn)破碎設(shè)備，其生產(chǎn)特點(diǎn)主要表現(xiàn)為：?jiǎn)我黄扑樯a(chǎn)線產(chǎn)能小，海綿鈦產(chǎn)品成品率不高，分選均采用人工分選，勞動(dòng)定員配比多。國(guó)際先進(jìn)的破碎包裝技術(shù)以美國(guó)、日本為代表，其生產(chǎn)工藝及技術(shù)特點(diǎn)為：采用機(jī)械手+機(jī)械頂出取出鈦托，破碎采用低損傷破碎設(shè)備，成品分選為儀器自動(dòng)分選，使海綿鈦品質(zhì)極少受破碎包裝工序的影響，保證了海綿鈦產(chǎn)品質(zhì)量。

我國(guó)海綿鈦破碎工藝技術(shù)水平與美日相比在產(chǎn)品質(zhì)量方面表現(xiàn)的差距為：鈦坨切割和破碎設(shè)備對(duì)鈦坨的機(jī)械損傷約為2%，美日的則僅為0.2%，我國(guó)海綿鈦破碎包裝技術(shù)還需在裝備制造水平上繼續(xù)提高。

4 結(jié)語

通過對(duì)我國(guó)具有代表性的海綿鈦生產(chǎn)企業(yè)主要工藝裝備進(jìn)行綜述總結(jié)，并與國(guó)際先進(jìn)海綿鈦生產(chǎn)裝備進(jìn)行比較可知，目前我國(guó)海綿鈦生產(chǎn)裝備與國(guó)際先進(jìn)生產(chǎn)裝備還有一定的差距。通過總結(jié)筆者對(duì)我國(guó)海綿鈦生產(chǎn)裝備發(fā)展的建議如下：

（1）四氯化鈦制備工段：我國(guó)已引進(jìn)了國(guó)際先進(jìn)的沸騰氯化技術(shù)和裝備，但爐型還不是最大產(chǎn)能爐型，可消化吸收該技術(shù)和裝備后在設(shè)備大型化方向加大研發(fā)力度；我國(guó)鈦礦資源主要以釩鈦磁鐵礦為主，其鈣、鎂等含量較高，宜采用熔鹽氯化工藝，熔鹽氯化技術(shù)國(guó)內(nèi)已引進(jìn)消化吸收，建議在熔鹽氯化設(shè)備大型化、熔鹽氯化設(shè)備能耗等方面加大研發(fā)力度。

（2）還原蒸餾工段：我國(guó)還原蒸餾爐單爐產(chǎn)能目前已做到12 t/爐，但爐前電耗與國(guó)際先進(jìn)技術(shù)相比還有一定差距。建議依托現(xiàn)有海綿鈦生產(chǎn)企業(yè)繼續(xù)研發(fā)還原蒸餾裝備同時(shí)考慮引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)技術(shù)裝備加以消化吸收，繼續(xù)提高單爐產(chǎn)能、降低爐前電耗。

（3）破碎包裝工段：我國(guó)破碎包裝工段裝備水平與美日等國(guó)先進(jìn)裝備相差較大，需依托高校和設(shè)備制造廠家繼續(xù)加大破碎裝備研發(fā)，提高裝備自動(dòng)化水平和海綿鈦產(chǎn)品的實(shí)收率。