Производство. По содержанию в земной коре (0,6 %) титан занимает четвертое место после алюминия, железа и магния

По содержанию в земной коре (0,6 %) титан занимает четвертое место после алюминия, железа и магния. Из-за высокого сродства к кислороду прямое восстановление титана из его оксидов представляет большие трудности. Восстановление диоксида титана углеродом возможно при температурах выше 1800 ^oС. Однако при этих температурах одновре­менно с титаном образуются карбид TiC и нитрид TiN, которые раство­ряются в титане, обусловливая его хрупкость. При высоких температурах титан легко взаимодействует с кислородом и водородом, также снижа­ющим его пластичность. Из-за трудностей получения металла, чистого от карбидов, нитридов и растворенных газов, титан долго считался хрупким материалом, непригодным для обработки давлением.

Процесс по­лучения технического титана состоит из следующих этапов:

1) обогащения руды и получе­ния диоксида титана;

2) получения четыреххлористого титана;

3) вос­становления титана и получения титановой губки;

4) переплавки тита­новой губки в слитки.

Основными исходными рудами для производства титана являются ильменит FeO·TiO₂ (38 - 61 % TiO₂) и рутил (91 - 99 % ТiO₂).

• Обогащение руды. Перед переработкой руды обогащают обычными методами: флотацией, маг­нитной сепарацией и др.

Затем проводят восстановительную плавку в электро­дуговых печах с добавлением в шихту углеродсодержащих материалов. При этом отделяют основную массу железа и получают достаточно чистый диок­сид титана.

• Для получения четыреххлористого титана диоксид титана смешива­ют с коксом или древесным углем, в качестве связующего добавляют каменноугольную смолу и из полученной смеси прессуют брикеты. Брикеты прокаливания при температуре 800 °С. После этого пористые брикеты подвергают хлорирова­нию в герметизированных электрических печах - хлораторах. В реак­ционной зоне происходит реакция:

TiO₂ + 2С1₂ + С = TiCl₄ + CO₂.

Четыреххлористый титан имеет температуру кипения 136 ^oС, поэ­тому он находится в парообразном состоянии. Для отделения от углекис­лого газа его направляют в конденсатор, где он переходит в жидкое состояние, а затем подвергается очистке от примесей.

Очищенный четыреххлористый титан TiCl₄ представляет собой бесцветную прозрачную жидкость, содержащию не более 0,01 % элементов: железа, ванадия или кремния.

• Восстановление титана обычно производят с помощью магния в спе­циальных реакторах (рис. 4.1.). Реактор представляет собой герметич­ную реторту из коррозионностойкой стали, имеющую систему слива хлористого магния и помещенную в шахтную электропечь.

В реторту загружают слитки чистого магния, затем ее герметизируют, откачивают воздух, заполняют очищенным аргоном и помещают в печь. При темпе­ратуре около 700 °С магний расплавляется, после чего температуру в реакторе доводят до 800 °С и подают жидкий очищенный четыреххло­ристый титан, который взаимодействует с магнием по реакции:

TiCl₄ + 2Mg = Ti + 2MgCl₂ + Q.

Процесс идет с выделением тепла, поэтому электрообогрев выклю­чают. Температуру в реторте регулируют подачей четыреххлористого титана и обдувом воздуха от вентилятора. Температура не должна пре­вышать 950 - 1000 °С, так как иначе может начаться взаимодействие титана со стальными стенками реторты. Образующийся жидкий хлори­стый магний периодически сливают.

Восстановленный титан выделяется на стенках реактора в виде губ­чатой массы, пропитанной хлористым магнием и магнием. Она содер­жит около 55 - 60 % Ti, 25 - 30 % Mg, 10 - 15 % MgCl₂.

Для ра­финирования губчатой массы реторту вакуумируют при температуре 900 - 950 °С в течение 25 - 40 ч и проводят отгонку паров примесей магния и хлористого магния, которые осаждаются в конденсаторе. Затем реторту охлаждают и извлекают из нее титановую губку. Полученная титановая губка - это пористая масса серого цвета с развитой поверх­ностью, легко поглощающая кислород, азот и пары воды.

Титановая губка более высокого качества получается при использо­вании натрия в качестве восстановителя.

• Переплав титановой губки производят в вакуумных электрических дуговых печах с расходуемым электродом, который получают прессова­нием из измельченной титановой губки. Материал тигля может загряз­нять титан, поэтому плавку ведут в водоохлаждаемой медной излож­нице. Быстро затвердевая на стенках тигля, титан не сплавляется с медью. Электрическая дуга горит между расходуемым электродом и жидкой ванной расплавленного металла и постепенно оплавляет элект­род. Для улучшения качества металла производят двойную переплавку. При второй плавке в качестве расходуемого электрода используют сли­ток первой плавки.

Вывод: Применяемые в промышленности стали и чугуны отличаются по строению, а значит и по свойствам, что учитывается в их классификации и маркировке, по которой можно судить о свойствам сплавов.

Заключение.

Таким образом, в данной лекции изучены общие вопросы промышленного получения железоуглеродистых сплавов, их классификация и маркировка.

Разработал: кандидат технических наук, доцент ________________ Д.Л. Долинов ²_____² ______________________ 200_г

Задание на самоподготовку: повторить материал лекции по конспекту и предложенной литературе.