Od rude do končnega izdelka: težave pri procesu in preboji v titanu

Titan se po zalogah v skorji uvršča med prvih deset kovin in ni redek vir. Kljub temu pretvorba ilmenitnih in rutilnih rud v materiale na osnovi titana vključuje ogromne metalurške in predelovalne izzive. Zahvaljujoč nenehnim raziskavam in razvoju ter industrijskim prizadevanjem je bilo v industrijski verigi titana doseženih več tehničnih prebojev, ki zajemajo bogatenje rude, taljenje gobe iz titana, kovanje s taljenjem in natančno strojno obdelavo, s čimer so postopoma odpravljene tehnične ovire zavrhunski materiali iz titana.

 

 

 

 

1. Obogatitev in obogatitev rude

Surovine: ilmenit, rutil
Postopek: gravitacijska separacija, magnetna separacija, flotacija → koncentrat z visoko vsebnostjo titana

 

2. Zmanjšanje kloriranja za proizvodnjo titanove gobe

Postopek: visokotemperaturno kloriranje + rektifikacijsko čiščenje → titanov tetraklorid; Krollov postopek → vakuumska destilacija za odstranjevanje nečistoč, drobljenje in sejanje → titanova goba

 

3.Vakuumsko taljenje in litje za proizvodnjo titanovih ingotov

Postopek: legirni elementi, kot so aluminij, vanadij in molibden, se dodajo titanovi gobi, čemur sledi vakuumsko taljenje in ulivanje → titanovi ingoti

 

4. Tlačna obdelava in natančna izdelava izdelkov iz titana

Postopek: kovanje, valjanje, ekstrudiranje, varjenje, toplotna obdelava → končni izdelki, vključno s titanovimi palicami, ploščami, cevmi in odkovki

Uporaba: vesoljska, pomorska tehnika, medicinske naprave, kloralkalna oprema in druga področja

 

 

1. Izzivi pri bogatenju rude in kloriranju

Naravni ilmenit ima nizko vsebnost titanovega dioksida in obilo nečistoč. Proizvodnja žlindre z visoko vsebnostjo titana/sintetičnega rutila zahteva dolgotrajne postopke nadgradnje z visoko porabo energije. Pri kloriranju nastane zelo jedek titanov tetraklorid, ki povzroča resno obrabo opreme. Rektifikacija-čiščenje surovega titanovega tetraklorida vključuje zapletene delovne tokove, ki povzročajo znatne izgube materiala in velik pritisk za odstranjevanje stranskih produktov.

 

2. Pomanjkljivosti pri taljenju titanove gobe

Prevladujoča Kroll-ova termična redukcija magnezija je proizvodna tehnologija serijskega načina. Posamezen cikel peči traja od nekaj dni do več kot deset dni, za razliko od proizvodnje jekla ali aluminija je prekinjen, kar ima za posledico nizko učinkovitost in visoko porabo energije. V celotnem procesu je potrebna zaščita inertnega plina visoke čistosti, oprema za recikliranje magnezija in magnezijevega klorida pa je sofisticirana. Porozna struktura titanove gobe je nagnjena k ujetju nečistoč, kar postavlja stroge zahteve glede tesnjenja, kakovosti surovin in nadzora delovanja. Manjše napačno delovanje lahko poslabša celotno serijo peči in ustvari visoke ovire za proizvodnjo titanove gobe za vesoljsko uporabo.

 

3. Težave pri taljenju, litju in kovanju

Taljenje titanove gobe mora potekati v vakuumu ali inertni atmosferi. Titanovi ingoti velikih velikosti so nagnjeni k segregaciji sestave in napakam pri vključitvi. Titanove zlitine kažejo visoko odpornost proti deformacijam, ozka temperaturna okna obdelave, dovzetnost za pobiranje nečistoč in oksidacijo pri visokih temperaturah ter slabo sposobnost oblikovanja pri nizkih temperaturah. Titanove zlitine imajo med rezanjem visoko viskoznost, kar vodi do močne obrabe orodja. Izguba materiala med strojno obdelavo komponent iz litega ingota lahko preseže 70 %, kar poveča skupne stroške. Varjenje v stiku z zrakom proizvaja krhke oksidne plasti, zato za vesoljsko in globokomorsko opremo veljajo izjemno strogi standardi kakovosti varjenja.

 

4. Izzivi pri nadzoru učinkovitosti visokokakovostnih zlitin

Za uporabo v vesoljstvu, globokomorskem inženiringu, medicini in drugih aplikacijah so titanove zlitine zahtevane različne zmogljivosti. Majhne razlike v formulaciji zlitine, postopkih taljenja-hlajenja in parametrih toplotne obdelave lahko spremenijo lastnosti materiala, kar ustvarja visoke tehnične ovire za vrhunske titanove zlitine.

 

 

1. Taljenje titanove gobe

Domače obsežne redukcijsko-destilacijske peči so dosegle lokalizacijo. Peči z veliko tonažo izboljšajo proizvodnjo in kakovost titanove gobe, hkrati pa zmanjšajo porabo energije, povečajo delež izdelkov za vesoljsko uporabo in zmanjšajo odvisnost od uvoženih vrhunskih zalog. Optimizirano kroženje magnezija in klora zmanjšuje stroške in onesnaževanje za tradicionalno pot Kroll. Nove tehnologije elektrolize s staljeno soljo, kot sta FFC in USTB, lahko neposredno proizvedejo titan in preskočijo korak kloriranja, vendar ostanejo v laboratorijski fazi brez uporabe v industrijskem obsegu.

 

2. Taljenje ingota

Taljenje s hladnim ognjiščem z elektronskim žarkom je bilo industrializirano. Rešuje inkluzijske napake v ingotovih, omogoča recikliranje odpadnega titana in proizvaja velike titanove ingote visoke čistosti, s čimer razbija tuje monopole. Večstopenjsko taljenje blaži segregacijo kompozicije. Domači veliki ingoti iz titanove zlitine podpirajo proizvodnjo ključne nacionalne opreme, kot so velika letala in globokomorske podmornice s posadko za operacije na globini 10 000-metrov.

 

3.Tlačna obdelava

Naročena je bila oprema domače proizvodnje, vključno s stiskalnicami za hitro kovanje deset tisoč ton in valjarnami za vroče kontinuirano valjanje titanovega traku. Omogočajo množično proizvodnjo materialov iz titana širokih širin, velikih dimenzij in tankih sten. Izdelki, kot so 2,5 mm vroče valjani zvitki Gr5 in 0,1 mm ultra tanki titanovi trakovi, služijo industriji gorivnih celic, 3C in kemični industriji. Kompozitni materiali jeklo-titan in oblikovanje skoraj neto oblike zmanjšajo izgubo materiala. Napredne varilne tehnologije omogočajo izdelavo obsežnih komponent, kot so jeklenke, odporne na pritisk, in substratni materiali za kloralkalne anode DSA.

 

4. Razvoj zlitin in proizvodnja dodatkov

Neodvisno razvite titanove zlitine izpolnjujejo ekstremne pogoje delovanja za globokomorsko opremo in letalske motorje. Izvedena je bila množična proizvodnja titanovega prahu za 3D-tiskanje za nosilne komponente v letalstvu. Naknadna obdelava izboljša odpornost na utrujenost aditivno izdelanih delov, oblikovanje skoraj neto oblike pa zmanjša porabo materiala med proizvodnjo.

 

Ruihang je neposredni proizvajalec izdelkov iz titana, ki dobavlja surovine optimalne kakovosti za vaše natančne komponente. Za več podrobnosti nas kontaktirajte preko e-pošte:Sam.Rui@bjrh-titanium.com