海綿鈦生產裝備現狀分析

丁子文

（貴陽鋁鎂設計研究院有限公司，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，超導性等優良性能。隨著我國國民經濟的高速發展，鈦在航空、航天、醫療、建材、化工等行業得到越來越廣泛的應用。我國鈦冶煉工業從二十世紀五十年代發展至今，目前海綿鈦生產能力達到15萬噸每年。據統計，全球海綿鈦生產能力約為30萬噸每年，我國海綿鈦產能約占全球總產能的50%。從生產能力上講，我國已進入世界產鈦大國的行列，但與美國、日本等世界鈦強國相比，我國鈦產業的裝備、技術水平、能耗、控制水平、質量體系等仍與世界強國有一定的差距。

海綿鈦生產主要工段有：四氯化鈦制備工段（氯化和精制）、還原蒸餾工段（產出海綿鈦鈦坨）、破碎包裝工段。我國現有的海綿鈦生產企業在工藝流程、生產規模和裝備水平上存在差異，各企業的發展不平衡。本文以全流程海綿鈦生產企業為例，對海綿鈦生產的三個主要工段的核心裝備技術水平進行綜述，同時對我國海綿鈦生產裝備和技術發展提出個人建議[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，工業上生產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高鈦渣中雜質的含量確定。兩種生產方法的核心設備都是氯化爐，氯化爐裝備技術水平代表了四氯化鈦制備生產工藝技術水平。

表1 我國有代表性的海綿鈦生產企業氯化爐裝備水平

從表1可以看出，我國現有氯化爐裝備有熔鹽氯化爐和沸騰氯化爐兩種爐型。在我國現有海綿鈦生產企業中，攀枝花鋼鐵集團海綿鈦廠在2008年從烏克蘭引進熔鹽氯化技術，并由貴陽院消化吸收、總包建設，該項目于2012年建成投產。大型熔鹽氯化爐的推廣使用對我國釩鈦資源的綜合利用有重要的意義。我國對沸騰氯化技術的研究始于二十世紀70年代，從最初直徑為φ500mm氯化爐發展到直徑為φ2500mm氯化爐，我國用了將近40年的時間，但總體上與國際先進的沸騰氯化技術相比仍然處于比較落后的水平，主要問題表現為：單位面積產能小、氯氣消耗量大、操作環境差、“三廢”多等問題。目前國際上先進的有篩板沸騰氯化爐單爐產能最大可達550t/d以上，而我國有代表性的海綿鈦生產企業氯化爐單爐產能基本上都在130t/d。

我國四川攀枝花地區是一個超大型釩鈦磁鐵礦儲藏區，該礦區釩鈦磁鐵礦儲量占全國的90.5%，已探明儲量占世界儲量的25%，隨著廣西和廣東高品位鈦礦資源的枯竭，我國今后新建海綿鈦廠將主要采用熔鹽氯化法生產四氯化鈦的工藝技術方案。

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，工業生產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明顯目前已退出海綿鈦生產。目前在工業上生產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-真空蒸餾法分聯合法與半聯合法兩種，聯合法又分為串聯式（I型還原蒸餾爐）和并聯式（倒U型還原蒸餾爐）兩種制鈦技術，其核心裝備為還原蒸餾爐[2]。

表2 我國部分企業還原蒸餾裝備及技術指標

從表2可以看出，我國海綿鈦生產中I型還原蒸餾爐和倒U型還原蒸餾爐均有采用。2008年攀枝花鋼鐵集團海綿鈦廠從烏克蘭引進了7.5t/爐I型還原蒸餾爐并投入使用，該爐型技術特點是占地面積小、占爐周期長、能耗偏高、并且由于串聯為垂直連接，設備大型化后將使廠房高度增加，目前該爐型最大單爐產量即7.5t/爐，其生產的海綿鈦產品質量優于國內技術的倒U型還原蒸餾爐海綿鈦產品。我國倒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。倒U型還原蒸餾爐技術特點為:還原和蒸餾反應生產緊湊連續，能源消耗較小，吊運設備運行負荷相對較小，需要投入的生產設備量相對較少，一次性投資相對小，還原及蒸餾過程可以一次組裝完成，生產準備時間小，生產操作比I型還原蒸餾爐簡單等優點。

國際最先進的海綿鈦還原蒸餾裝備以日本為代表，單爐產能約為10噸/爐，每個周期小于190小時，電耗≤4200kWh/噸鈦，產品質量以布氏硬度90級和符合國際航空級要求的高端海綿鈦為主，反應器使用壽命最高可達80個周期。

從上述可知，我國還原蒸餾裝備不管是國內先進的倒U型還原蒸餾爐還是引進的烏克蘭7.5t/爐級別I型還原蒸餾爐，其技術指標與國際先進技術相比，還存在不小的差距，我國還原蒸餾技術要發展，建議引進日本或美國的還原蒸餾爐裝置和控制技術。

3 破碎工段裝備

破碎工段的作用是將還原蒸餾工段生產的鈦鉈送至破碎車間用油壓切片機切片后再送破碎系統進行分級破碎和篩分。達到產品粒度要求的海綿鈦經分選后進入產品包裝系統。

表3 我國部分企業破碎包裝裝備與美日先進技術對比

到目前為止，我國海綿鈦破碎包裝裝備主要采用國產破碎設備，其生產特點主要表現為：單一破碎生產線產能小，海綿鈦產品成品率不高，分選均采用人工分選，勞動定員配比多。國際先進的破碎包裝技術以美國、日本為代表，其生產工藝及技術特點為：采用機械手+機械頂出取出鈦托，破碎采用低損傷破碎設備，成品分選為儀器自動分選，使海綿鈦品質極少受破碎包裝工序的影響，保證了海綿鈦產品質量。

我國海綿鈦破碎工藝技術水平與美日相比在產品質量方面表現的差距為：鈦坨切割和破碎設備對鈦坨的機械損傷約為2%，美日的則僅為0.2%，我國海綿鈦破碎包裝技術還需在裝備制造水平上繼續提高。

4 結語

通過對我國具有代表性的海綿鈦生產企業主要工藝裝備進行綜述總結，并與國際先進海綿鈦生產裝備進行比較可知，目前我國海綿鈦生產裝備與國際先進生產裝備還有一定的差距。通過總結筆者對我國海綿鈦生產裝備發展的建議如下：

（1）四氯化鈦制備工段：我國已引進了國際先進的沸騰氯化技術和裝備，但爐型還不是最大產能爐型，可消化吸收該技術和裝備后在設備大型化方向加大研發力度；我國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，熔鹽氯化技術國內已引進消化吸收，建議在熔鹽氯化設備大型化、熔鹽氯化設備能耗等方面加大研發力度。

（2）還原蒸餾工段：我國還原蒸餾爐單爐產能目前已做到12 t/爐，但爐前電耗與國際先進技術相比還有一定差距。建議依托現有海綿鈦生產企業繼續研發還原蒸餾裝備同時考慮引進國際先進技術裝備加以消化吸收，繼續提高單爐產能、降低爐前電耗。

（3）破碎包裝工段：我國破碎包裝工段裝備水平與美日等國先進裝備相差較大，需依托高校和設備制造廠家繼續加大破碎裝備研發，提高裝備自動化水平和海綿鈦產品的實收率。