淺析海綿鈦加工的質量控制措施

董 鑫，郭詩階

（攀鋼集團鈦業有限責任公司，四川 攀枝花 617000）

1 引言

攀鋼15kt海綿鈦生產項目是采用鎂還原法生產海綿鈦工藝，主流程全線引進烏克蘭的全套海綿鈦生產工藝及裝備。生產過程包含了氯化精制、還原蒸餾、鎂電解、海綿鈦加工幾個工序。其工藝原理是Mg還原TiCl4生成鈦和氯化鎂，通過真空蒸餾除去殘存的Mg以及還原過程中未排盡的MgC12，從而得到較純凈、富含毛細孔的海綿狀鈦坨，鈦坨再經分裂篩分后包裝成為海綿鈦產品。而海綿鈦加工工序是海綿鈦生產的最后一個環節，是將海綿鈦通過物理加工至可銷售粒度產品的過程。因而研究海綿鈦加工過程中質量控制措施具有重要的實際意義，可從中找出提高海綿鈦產品質量的有效途徑。

2 海綿鈦加工簡介

海綿鈦加工是一個物理加工過程，也是海綿鈦生產的最后一個環節。其過程是將鈦坨從反應罐中頂出后剝離爬壁鈦、去除表面以及底部的雜質鈦后形成鈦坯，再將鈦坯切分為一定粒級的海綿鈦鈦塊，海綿鈦鈦塊經過四級分裂篩分后最終形成粒度為0.83－25.4mm的海綿鈦粒成品。

整個海綿鈦加工過程分為頂出、分裂篩分、分檢、混料包裝幾個環節。海綿鈦加工的簡要流程見圖1。

2 海綿鈦中主要雜質元素及分布

2.1 海綿鈦中主要雜質元素

按海綿鈦國家標準（GB／T 2524－2010），海綿鈦產品中主要雜質元素有Fe、O、Cl、C、N、Si、Mn、Mg、H，根據國標 GB／T 2524－2010的要求（見表1），海綿鈦產品中雜質元素的含量以及產品的布氏硬度將直接決定產品的質量等級。產品中雜質元素含量以及產品布氏硬度的上升，將導致產品質量等級下降。

而海綿鈦產品硬度既是雜質元素的綜合指標，也是質量的綜合指標，產品硬度越高，質量越差，品位越低，相應的價位也就越低。在所有的雜質元素中，對產品布氏硬度（HB）影響較大的雜質元素有 Fe、Cl、N、O、C［1］。因此，控制雜質元素的引入途徑，對海綿鈦產品的質量提升有著實際的意義。

3.2 海綿鈦中主要雜質元素分布

鎂還原法生產的海綿鈦產品分爬壁鈦和鈦坨兩部分，爬壁鈦主要是指粘附在反應器上部的海綿鈦，一般含雜質氯、鐵較高，質量比鈦坨中心部分差。

圖1 海綿鈦加工工序簡要流程

海綿鈦坨根據雜質的分布不同可分成下列幾部分:帽部、中心部、底皮、邊皮。帽部是指鈦坨上部較疏松的產品。中心部是指鈦坨切去帽部和底皮、剝去邊皮后的中間部分的產品。底皮是指鈦坨最下部一層致密產品，邊皮是指從鈦坨的側邊部分剝下的產品。通過對鈦坨不同部位進行取樣化驗分析（取樣部位示意見圖2），得出以下結論［2］:

（1）鐵含量在海綿鈦坨中心部分最低，其次是上部，越接近器壁和底部含量越高，底皮和邊皮是含鐵量最高的部位。

（2）氧、氮在鈦坨底部含量較高，邊皮氧、氮含量較高。

（3）氯在爬壁鈦和鈦坨帽部含量最高，在產品中心部和底部有增高趨勢。

（4）硅、碳在海綿鈦坨中是均勻分布的，在貼壁的邊皮和底皮中含量略高。

圖2 鈦坨取樣部位示意圖

4 加工過程可能引入雜質

通過對鈦坨各部位進行取樣化驗以及對雜質來源進行系統分析，加工過程可能引入雜質元素為Fe、O、N等。分析如圖3所示:

圖3 海綿鈦產品質量影響因素

通過對海綿鈦加工流程進行系統分析，在加工過程中雜質的引入途徑主要有以下幾點［1］:

（1）分裂篩分過程中機器磨損的鐵屑或含鐵雜質帶入海綿鈦中。

（2）海綿鈦在加工過程因機械作用導致局部高溫引起含氮偏高。其主要分布在加工后不規則的顆粒外表，其顏色為黃色、紫色、藍色、黑色。

（3）氧與氮的來源一樣。其主要分布在加工后不規則的顆粒外表，其顏色為黃色。

同時，若接收的海綿鈦坨或產出品未及時進行處理，長期暴露在空氣中，可能引起部分含Cl雜質水解，導致氧被海綿鈦所吸收，外觀呈現為發黑。

5 加工控制措施

5.1 邊皮、底皮打取

在對分離出爬壁鈦后的海綿鈦坨表面進行清理后，其表面含有一些缺陷海綿鈦，這部分海綿鈦在進入后續的加工之前需要將其處理干凈，以保證海綿鈦坨的整體質量，防止其對產品質量的影響。這些從鈦坨表面清理下來的海綿鈦，即邊皮鈦。

鈦坨的底部存在大量缺陷鈦，這些缺陷鈦密度較大、硬度較高、污染面積較大且含有的低價鈦較多，在加工作業時容易對設備造成損害且易引起著火事故。而人工用風鎬是無法將其打取分離，必須通過專用設備將其整體切下，所以在切片時會將這部分海綿鈦切下來作為底皮鈦單獨進行處理。

鈦坨剝離爬壁鈦、打取邊皮、切除底皮后形成鈦坯，在此過程中需確保鈦坯外觀無缺陷鈦、污染鈦以及雜物，以避免其對后續加工過程中正常海綿鈦塊的影響。

5.2 切片控制

在海綿鈦進入分裂篩分作業前，須將其粒度切至分裂設備要求粒度，該過程為切片。在切片時要控制好切片的進刀量，并對鈦坨底部缺陷鈦情況進行觀測，控制好進刀量，在不影響正常海綿鈦的情況下，將底部缺陷鈦切除干凈，并單獨收集處理。同時，通過對切片進刀量的控制，減少不符合分裂設備要求粒度的鈦塊的產生量。

在切片過程中，針對出現硬心鈦、未蒸餾干凈的鈦塊等異常海綿鈦及時進行檢出，并單獨進行收集與處理。

5.3 分檢控制

海綿鈦在分裂篩分后經人工分檢臺進行分檢作業，并在混料后再次進行分檢作業。即將可能混雜在正品海綿鈦顆粒中的缺陷鈦和非鈦物分檢出來，避免其進入到最終的產品中，影響海綿鈦產品的質量。

5.4 單一元素偏高產品的優化

在產出的產品中，部分產品由于某單一雜質元素指標含量偏高而導致產品的質量等級下降。而海綿鈦加工處理過程為物理過程，無法通過其改變海綿鈦產品中化學成分含量來提高產品質量。鑒于此，可通過產品中元素含量的配比來進行優化組批，以達到提高產品質量的效果。

選取兩批次及以上的因不同的單一雜質元素含量偏高而導致產品質量等級下降的海綿鈦，按公式1計算，使得經過優化組批后，產出產品的各雜質元素指標含量有一定的改善，達到最優質量等級。

式中:Ya——組批后a指標元素的百分含量；

Mn——組批料n海綿鈦的重量；

Xn——組批料n中a指標元素的百分含量。

5.5 其他優化措施

將海綿鈦加工區域內，根據工藝要求的不同來進行區域劃分，不同區域使用與工藝要求相適應的工具、設備，穿戴相應的勞動保護用品。

在加工域內減少非鈦雜質進入的主要措施有:

（1）不得佩戴飾物進行工作，防止其進入設備、物料而造成對產品質量的影響；

（2）不得使用易碎、易掉屑的玻璃、木材等材料制作的工具，避免因其碎裂進入海綿鈦中而帶入雜質；

（3）使用色差與區域內設備、物料分明的清潔工具，以便于其磨損掉下時易于發現、清理；

（4）加工區域使用專用的作業用鞋，以防止其他雜質帶入。

6 結語

海綿鈦的雜質元素含量與布氏硬度（HB）將直接制約產品的質量。在加工過程中通過對產品質量控制措施的實現，可以有效減少在加工環節中引入海綿鈦雜質的途徑，從而降低海綿鈦產品中雜質元素的含量和非鈦雜質的混入，達到提高產品質量的目的。

［1］莫畏，鄧國珠，羅方承.鈦冶金（第二版）［M］.北京:冶金工業出版社，1998.

［2］李鴻斌.海綿鈦中雜質分布及其對產品質量的影響［J］.鈦工業進展，2006（03）.