冶金論文題目（冶金論文）

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1、鎂法海綿鈦爬壁鈦生成量的初探沈俊宇（遵義鈦業股份有限公司 貴州省 563004）摘要：在海綿鈦的還原生產過程中，反應器的上部器壁會生成大量環狀的爬壁鈦，一爐產品爬壁鈦的生成量少則500 kg左右，多則達800至1000 kg，爬壁鈦不僅產品取出困難，增加操作人員勞動強度，而且其質量較差，經濟損失大。

2、本文分析了海綿鈦爬壁鈦的形成機理及生產過程中爬壁鈦增多的原因，提出了還原中后期最大加料速度限制，以緩解反應劇烈程度和控制反應液面高度在1#范圍內小幅波動，防止形成新的活性中心，是生產過程中減少爬壁鈦生成量的主要途徑。

3、關鍵詞：海綿鈦 爬壁鈦 生成量 加料速度 反應液面高度A Study the Production of the Titanium on Walls Produced in the Process of Sponge Producing by Magnesium ProcessJunyu，Shen(Zunyi Titanium CO.LTD.Guizhou 563004)Abstract：A quantity of annular titanium will be produced on upper walls of reactors during the reduction and distillation。

4、The production per batch is from 500kg to 800 or 1,000kg. It is difficult for operators to take products out ,and also influences the quality .Therefore ,the titanium on walls not only strengthens the labor intensity ,but also causes a big loss The paper analyzes the formation mechanism of the titanium on wall and reasons why its production increases.Also,in order to ease the strong reaction,make the liquid level in reaction waves no more than 1’’and prevents the formation of new active centers ,the paper introduces a main method to reduce the production of the titanium on walls,that is to retrict the max.feed speed in mid or late period of reduction and distillation.Keywords:titanium sponge the titanium on walls production feed speed liquid level in reaction 1 前言在海綿鈦的還原生產過程中，反應器的上部器壁會生成大量環狀的爬壁鈦，如圖1所示。

5、爬壁鈦會導致以下不良后果： 第一，由于目前使用雙法蘭反應器，反應器上部熱損失較大（上部有三圈水套，反應器約300 mm高度在加熱爐外），上部爬壁鈦中的氯化鎂很難被蒸發出去，使爬壁鈦中含有較高的雜質元素氯，剝取產品時會看到反應器口部（爬壁鈦的最上部）粘有大量的鎂和氯化鎂。

6、第二，海綿鈦還原、蒸餾反應器為鐵制反應器，由于爬壁鈦在反應器器壁上粘附較強，加之雙法蘭反應器上部熱損失大，為保證反應器上部溫度，蒸餾期間加熱爐1#、2#加熱電阻絲送電頻率高且時間長，致使爬壁鈦普遍有發亮現象，分析結果顯示雜質元素鐵含量較高。

7、第三，爬壁鈦在反應器上部空間極易被泄漏進的空氣污染，使產品中雜質元素氮、氧含量較高。

8、由表1可看出，產品分析爬壁鈦質量級別基本上在3—5級（極少部分在2級以上），同時，也有少部分因雜質元素過高成為等外品。

9、一爐產品爬壁鈦的生成量少則500kg左右，多則達800至1000 kg，經濟損失較大。

10、另外，爬壁鈦過多也給產品取出帶來困難，增加操作人員勞動強度。

11、為了減少爬壁鈦生成量，降低損失，我們進行了控制液面高度及調整料速試驗。

12、表1 2007年下半年爬壁鈦質量統計表分析批數（批） 2級品批數（批） 3～5級品批數（批） 等外品批數（批） 2級品影響因素 3～5級品、等外品影響因素75 12 51 12 HB、Fe、Cl、O、N HB、Fe、Cl2 爬壁鈦形成機理鎂還原TiCl4主要反應為：TiCl4+2Mg=Ti+2MgCl2，在還原反應剛開始時，加入的TiCl4大部分氣化，發生氣相TiCl4—氣相Mg或氣相TiCl4—液相Mg反應，同時也有一部分TiCl4液體未來得及氣化，進入液鎂中，發生液相TiCl4—液相Mg間的反應。

13、還原剛開始在反應器鐵壁和熔鎂表面夾角處上，一旦有鈦晶粒出現后，裸露在熔鎂面上方的鈦晶體尖峰或棱角便成為活性中心。

14、[1] 鎂還原TiCl4主要在此活性中心上進行。

15、液鎂靠表面張力沿鐵壁和鈦晶體毛細孔上爬，被吸附在活性中心上，與氣相TiCl4反應生成最初的海綿鈦顆粒。

16、隨著反應的進行，生成的海綿鈦顆粒依賴其與反應器壁的粘附力和熔體浮力的支持沿反應器壁在熔體表面逐漸長大，并浮在熔體表面。

17、隨著生成的海綿鈦塊增厚、增大，加之排放氯化鎂，失去熔體浮力支持的海綿鈦塊體大部份就會沉落在熔體底部，這樣在反應器器壁上，將有環狀海綿鈦粘附在其上，其實，這部分也是最初的爬壁鈦。

18、另外，在還原反應初期，液鎂有很大的蒸發表面，而空間壓力較低，故鎂具有很大的蒸發速度。

19、還原反應中期，反應溫度較高和對反應器底部加熱時，也會有部分鎂蒸發。

20、鎂蒸氣揮發后，冷凝在反應器器壁和大蓋底部，與氣相TiCl4反應也會生成部份爬壁鈦。

21、海綿鈦塊沉落熔體底部后，熔體表面會重新暴露出液鎂的自由面，還原反應將恢復到較大的速度。

22、隨著反應的進行，在熔體表面會重新生成海綿鈦橋，通過排放氯化鎂，鈦橋被破壞，海綿鈦塊靠自重下沉，又為下一層海綿鈦生長創造條件，爬壁鈦也在這一過程中逐漸形成，還原反應如此周而復始進行，直至鎂的利用達到65%—75%之后。

23、3 生產中爬壁鈦增多原因分析3.1中后期加料速度隨著還原反應的進行，特別是進入中期后，加料速度逐漸增加，反應進行的非常劇烈，熔體表面反應區中心部最高溫度可達1200℃以上，而鎂的沸點僅1105℃，此時鎂處于沸騰狀態。

24、加之目前還原操作料速按玻璃轉子流量計實際刻度與自動加料系統對照進行加料，因玻璃轉子流量計出廠時是用水標定，當被測介質改為TiCl4時，其修正系數，經計算應為1.13。

25、當玻璃轉子刻度顯示最大加料量為150 kg /0.5h，實際料速已達160～170 kg /0.5h。

26、這樣更加劇了反應的劇烈程度，沸騰的液鎂將不斷吸附在最初反應器壁上已形成的少量環狀爬壁鈦上，通過鈦晶體毛細孔上爬，與氣相TiCl4反應生成新爬壁鈦，使原環狀爬壁鈦增多、增厚。

27、另外，由于反應劇烈程度增加，也加劇了液鎂的氣化，液鎂蒸氣揮發后，冷凝附著在反應器器壁上部和大蓋底部，與氣相TiCl4反應生成爬壁鈦，這些爬壁鈦主要粘附在反應器器壁上部和大蓋底部。

28、因此，最大料速持續的時間越長，生成爬壁鈦也就越多（表2）。

29、表2 部分大料速爬壁鈦生成量統計表最大料速（kg /0.5h） 持續的時間（h） 爬壁鈦占毛產量比例（%）生產爐-1 155～165 35 12.75生產爐-2 145～155 40 13.55生產爐-3 155～165 36 15.67生產爐-4 155～165 40 10.35生產爐-5 155～165 35 10.753.2 反應液面高度反應液面高度太低、波動范圍過大會增加爬壁鈦生成量，其原因如下：第一，當反應液面高度過低時，TiCl4距液鎂表面間距面相對較遠，發生液相TiCl4—液相Mg間的反應相對減少，氣相TiCl4與鎂蒸氣反應相對增加，從而增加爬壁鈦生成量。

30、第二，因未定時、定量準確排放MgCl2，反應液面高度大幅上下波動，易在鈦晶體活性中心之外，形成新的活性中心，液鎂靠表面吸引力沿鐵壁和鈦晶體孔隙上爬，被吸附在活性中心上，這樣在反應器壁上會粘附形成新的爬壁鈦。

31、因此，不控制好液面高度，及時準確排放MgCl2，也將增加爬壁鈦的生成量（表3）。

32、表3 反應液面高度大幅波動量統計表反應液面高度波動范圍 爬壁鈦占毛產量比例（%）生產爐-6 1#～2# 11.88生產爐-7 1#～2# 12.82生產爐-8 1#～2# 13.67生產爐-9 1#～2# 15.02生產爐-10 1#～2# 14.02生產爐-11 1#～2# 12.814 措施通過上述分析，可以知道爬壁鈦是海綿鈦生產過程中必然要形成的，但其生成量是可以控制的，因此，我們對加料速度以及反應液面高度進行了調整。

33、結合生產實踐，采取兩項措施：第一，我們對部分處于通風不好而影響散熱的爐子還原中期最大加料速度限制在135～140 kg /0.5h，以緩解反應劇烈程度，特殊爐次，因反應溫度太低，可以適當提高至160～170 kg /0.5h，但持續時間不能太長，最多3～4 h;后期最大料速限制在105～110 kg /0.5h。

34、第二，控制反應液面在1#范圍內小幅波動，防止形成新的活性中心，以達到降低爬壁鈦生成量的目的（表4）。

35、表4 調整料速及排放MgCl2制度試驗對比表料速及排放MgCl2制度 平均爬壁鈦占毛產比例(kg) 平均鈦坨重量(kg) 平均加料時間(h) 中期平均最大料速(kg /0.5h) 后期平均最大料速(kg /0.5h)調整前 11.56 5291 89 160 120調整后 8.28 5483 87 138 107從表4的統計數據可以看出，通過控制最大料速以及控制好液面高度及時準確的排放MgCl2，產品生成的爬壁鈦占毛產比例大大下降，調整前平均爬壁鈦為11.56％，調整后平均爬壁鈦8.28％，平均下降3.28％。

36、在進行調整料速試驗期間，對生產爐-59一爐產品還原中期加料再次進行提高料速到155～165 kg /0.5h試驗，結果爬壁鈦增至占毛產量的14.93％，從這點也證明了加料速度對爬壁鈦形成的影響。

37、此外，調整前，鈦坨平均重5291 kg，調整后，鈦坨平均重5483 kg，平均毛產重量未受影響；調整前平均加料時間89小時，調整后平均加料時間87小時，加料時間也略有減少。

38、試驗在降低爬壁鈦生成量的同時，縮短了還原生產周期，降低了還原電耗，取得了較好的效果。

39、5 結論5.1對處于通風不好而影響散熱的爐子還原中期最大加料速度限制在135～140kg /0.5h，后期最大料速限制在105～110 kg /0.5h 5.2控制反應液面高度在1#范圍內小幅波動。

40、本試驗在鞏固海綿鈦鈦坨產量的情況下，降低了爬壁鈦生成量，試驗取得了效果，為進一步研究探索海綿鈦爬壁鈦生成量打下了基礎。

41、參考資料[1] 莫畏， 鄧國珠 ，羅方承 . 鈦冶金[M].版次（第二版）.北京:冶金工業出版社,1998:281-293。

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