真空蒸餾的工藝流程課件

克勞爾法制取海綿鈦?lái)?xiàng)目六真空蒸餾過(guò)程克勞爾法制取海綿鈦?lái)?xiàng)目六真空蒸餾過(guò)程任務(wù)一：真空蒸餾的基礎(chǔ)知識(shí)單元一：真空蒸餾的步驟單元二：真空蒸餾的影響因素任務(wù)二：真空蒸餾的工藝流程單元一：還原-蒸餾分開(kāi)式生產(chǎn)工藝單元二：還原-蒸餾聯(lián)合式生產(chǎn)工藝任務(wù)三：真空蒸餾的主要設(shè)備任務(wù)四：真空蒸餾的生產(chǎn)實(shí)踐任務(wù)五：海綿鈦的處理及提高產(chǎn)品質(zhì)量的措施任務(wù)一：真空蒸餾的基礎(chǔ)知識(shí)28.1真空蒸餾的原理8.1.1真空蒸餾過(guò)程蒸餾法是利用蒸餾物各組分某些物理特性的差異而進(jìn)行的分離方法。還原工序所得產(chǎn)物，其組成大約是55～60％

Ti、25～30％

Mg、10～15％

MgCl2和少量鈦的低價(jià)物TiCl2、TiCl3。還原產(chǎn)物中各成分的沸點(diǎn)的差異比較大，而且相應(yīng)的揮發(fā)性也有很大的差別。真空蒸餾可以降低蒸餾溫度和提高M(jìn)g和MgCl2的揮發(fā)速度，還可以減少產(chǎn)品鈦被罐體鐵壁和空氣中的氧、氮污染。8.1真空蒸餾的原理真空蒸餾過(guò)程由下列幾個(gè)步驟構(gòu)成：（1）對(duì)反應(yīng)物加熱，抽空，使反應(yīng)物排氣，脫水；（2）Mg和MgCl2在反應(yīng)物的表面進(jìn)行蒸發(fā)；（3）Mg和MgCl2在海綿鈦毛細(xì)管中蒸發(fā)；（4）Mg和MgCl2的蒸氣擴(kuò)散到冷凝器中；（5）Mg和MgCl2蒸氣在冷凝器壁上的冷凝；（6）海綿鈦的燒結(jié)。真空蒸餾過(guò)程由下列幾個(gè)步驟構(gòu)成：8.1.2真空蒸餾過(guò)程的影響因素1．蒸餾溫度

在真空蒸餾過(guò)程中，在其它條件相同的情況下，蒸餾溫度越高，蒸發(fā)速度越快，蒸餾周期越短。但蒸餾溫度也不宜太高，以避免生成Ti-Fe合金。一般蒸餾溫度為950℃～1000℃。在真空蒸餾過(guò)程中，由于在真空條件下升溫，海綿鈦的熱傳導(dǎo)性較差，中心部位與罐壁和表面的海綿鈦過(guò)早燒結(jié)，閉塞其毛細(xì)孔，致使產(chǎn)品中Cl-殘留量增加。因此，在蒸餾生產(chǎn)中常采用比較緩慢的升溫速度。8.1.2真空蒸餾過(guò)程的影響因素2．蒸餾真空度在950～1000℃溫度和0.1～0.01Pa真空度下，Mg和MgCl2具有足夠的蒸發(fā)速度。在其它相同條件下，真空蒸發(fā)的速度比在常溫下蒸發(fā)的速度要快許多倍，而且采用的真空度越高，Mg和MgCl2的蒸發(fā)速度越快，蒸餾周期也相應(yīng)縮短，同時(shí)可減少海綿鈦被氧、氮污染。但真空度要求越高，所需真空設(shè)備費(fèi)用也越大。2．蒸餾真空度3．冷凝效果除冷凝器有足夠冷凝面積外，還需有隔熱性好的隔熱板（又叫遮熱屏），使加熱區(qū)和冷凝區(qū)有較大的溫度梯度。冷凝器中所通的冷卻水溫必須控制適當(dāng)。一方面防止冷凝物在隔熱裝置的通道中冷凝，另一方面要防止冷凝區(qū)溫度過(guò)高，冷凝物跑出冷凝區(qū)或重新熔化落入（或回升）至蒸餾罐內(nèi)，影響蒸餾效果。3．冷凝效果4．海綿鈦結(jié)構(gòu)

海綿鈦的孔隙多，孔縫曲折、孔徑小，真空蒸餾時(shí)對(duì)海綿鈦中氯根的蒸出就很困難。在還原過(guò)程中控制適當(dāng)?shù)募恿纤俣取⒕鶆蚣恿弦约胺€(wěn)定反應(yīng)溫度，則生成的海綿鈦結(jié)構(gòu)有利于真空蒸餾除Cl-，獲得質(zhì)量好的產(chǎn)品。5．蒸餾時(shí)間

蒸餾時(shí)間過(guò)長(zhǎng)對(duì)降低Cl-含量效果不大，反而會(huì)引起產(chǎn)品中雜質(zhì)含量的增加，布氏硬度增高。這樣既影響了產(chǎn)品質(zhì)量，又增加了電耗。4．海綿鈦結(jié)構(gòu)8.2真空蒸餾的工藝流程8.2.1還原-蒸餾分開(kāi)式生產(chǎn)的工藝流程真空蒸餾工序，是將還原時(shí)的過(guò)量Mg和放鹽時(shí)未放盡的剩余MgCl2蒸發(fā)出來(lái)，使之與海綿鈦分離。為了省去處理冷凝物工序，并且直接利用冷凝物中的Mg返回還原工序作還原劑以節(jié)省鎂的損耗，這種工藝叫蒸餾鎂的閉路循環(huán)。還原-蒸餾分開(kāi)式生產(chǎn)的真空蒸餾工藝大多采用鎂循環(huán)流程，其工藝流程如下圖所示。8.2真空蒸餾的工藝流程真空蒸餾的工藝流程課件8.2.2還原-蒸餾聯(lián)合式生產(chǎn)的工藝流程為了節(jié)省能源和提高設(shè)備利用率，從而達(dá)到提高生產(chǎn)能力的目的，現(xiàn)很多鈦廠正在試驗(yàn)或已采用還原--蒸餾一體化的生產(chǎn)工藝。這種工藝被稱(chēng)為半聯(lián)合法或聯(lián)合法，它實(shí)現(xiàn)了原料Mg-Cl2-MgCl2的閉路循環(huán)。所謂半聯(lián)合法工藝，其特點(diǎn)是在還原反應(yīng)器的大蓋上設(shè)置有鎂制的盲板，這就允許還原結(jié)束后裝有反應(yīng)產(chǎn)物的反應(yīng)器不需要出爐冷卻，在保證不漏氣的前提下，立即拆卸還原罐并進(jìn)行蒸餾設(shè)備的組裝，組裝合格后就地進(jìn)行真空蒸餾。聯(lián)合法工藝要求更嚴(yán)，就是還原結(jié)束后，立即投入真空蒸餾作業(yè)，其設(shè)備既要滿(mǎn)足還原工藝過(guò)程的要求，也要滿(mǎn)足真空蒸餾工藝過(guò)程的要求8.2.2還原-蒸餾聯(lián)合式生產(chǎn)的工藝流程真空蒸餾的工藝流程課件真空蒸餾的工藝流程課件I型半聯(lián)合設(shè)備和倒U型聯(lián)合設(shè)備，都具有可大幅度縮短生產(chǎn)周期、簡(jiǎn)化流程、降低鎂耗和電耗、降低生產(chǎn)成本，且便于實(shí)現(xiàn)設(shè)備大型化、自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)。此外，它們還各有其固有的特點(diǎn)：I型重疊式聯(lián)合法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作。缺點(diǎn)是在真空蒸餾作業(yè)結(jié)束后要將上下重疊的兩個(gè)反應(yīng)器一同吊出爐外。倒U形水平聯(lián)合裝置的缺點(diǎn)是，連接兩反應(yīng)器的過(guò)濾管，需加熱保溫，這就要解決熱脹冷縮問(wèn)題，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作要求特別仔細(xì)小心。優(yōu)點(diǎn)是將高溫閥門(mén)關(guān)閉，把過(guò)渡管斷開(kāi)，兩反應(yīng)器可分別起吊。I型半聯(lián)合設(shè)備和倒U型聯(lián)合設(shè)備，都具有可大幅度縮短生產(chǎn)周期、8.3真空蒸餾的主要設(shè)備真空蒸餾設(shè)備由蒸餾罐、冷凝器、冷凝套筒、隔熱板、蒸餾爐和真空系統(tǒng)等組成。8.3.1蒸餾設(shè)備的結(jié)構(gòu)類(lèi)型真空蒸餾設(shè)備按冷凝器安裝的位置不同分為上冷式和下冷式兩種型式。在下冷式裝置中又有帶內(nèi)坩堝和不帶內(nèi)坩堝的兩種型式。帶有內(nèi)坩堝的下冷式，可以縮短生產(chǎn)蒸餾時(shí)間。因?yàn)樵谶€原結(jié)束后剩余的部份Mg和MgCl2由海綿鈦孔隙流出，通過(guò)內(nèi)坩堝假底流入反應(yīng)器底部，與海綿鈦分離，減輕了蒸餾的負(fù)荷。并且，在蒸餾過(guò)程中剩余的Mg和MgCl2不僅通過(guò)蒸發(fā)除去，而且也有一部份通過(guò)海綿鈦孔隙流入冷凝器。這兩種過(guò)程不僅可縮短蒸餾時(shí)間、節(jié)約電能，而且Mg和MgCl2以液態(tài)流出過(guò)程還能沖洗海綿鈦雜質(zhì)，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量和合格率都有好處。8.3真空蒸餾的主要設(shè)備而對(duì)于下冷式不帶內(nèi)坩堝的真空蒸餾裝置是將還原反應(yīng)器內(nèi)剩余的Mg和MgCl2全部轉(zhuǎn)入蒸餾作業(yè)，而反應(yīng)器則被倒著安裝作為蒸餾密封罐。這樣在蒸餾過(guò)程中，反應(yīng)器底部殘留的鎂和MgCl2，在下流時(shí)使沉入反應(yīng)器底部的雜質(zhì)又滲透在海綿鈦產(chǎn)品內(nèi)，影響產(chǎn)品質(zhì)量和合格率。另外使用下冷式不帶內(nèi)坩堝的裝置，在蒸餾過(guò)程中，毛細(xì)孔孔徑變小，并且變得曲折，因而，鈦坨內(nèi)部的Mg和MgCl2蒸氣，通過(guò)海綿鈦孔隙擴(kuò)散到表面上的阻力將會(huì)增加，大大影響蒸發(fā)速度，迫使蒸餾時(shí)間延長(zhǎng)。下冷式的共同缺點(diǎn)，是需要用很大的起重設(shè)備吊裝蒸餾爐。另外，蒸餾結(jié)束后產(chǎn)品冷卻階段影響真空系統(tǒng)的使用，降低了真空系統(tǒng)利用率。上冷式不帶內(nèi)坩堝的蒸餾裝置，可以克服下冷式不帶內(nèi)坩堝帶來(lái)的缺點(diǎn)。而對(duì)于下冷式不帶內(nèi)坩堝的真空蒸餾裝置是將還原反應(yīng)器內(nèi)剩余的M真空蒸餾的工藝流程課件8.3.2蒸餾設(shè)備

1.蒸餾罐等裝置蒸餾罐的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)兼顧還原、蒸餾兩個(gè)過(guò)程的工藝要求。一般用20～35mm的普通鋼、耐熱鋼或不銹鋼板制作。冷凝器是一個(gè)有冷卻水套的圓筒或罐體，為了取得良好的冷卻效果，夾套內(nèi)通過(guò)的冷卻水應(yīng)適量。冷凝器和冷凝套筒的間隙應(yīng)盡量減小。隔熱板是為了使加熱區(qū)和冷凝區(qū)隔開(kāi)、使熱區(qū)輻射到冷凝器中熱量減至最小。2.蒸餾爐海綿鈦冶煉工業(yè)中常采用真空蒸餾爐，一般為真空電阻爐。爐殼由普通鋼制作，且必須密封并配有抽反真空的裝置。8.3.2蒸餾設(shè)備3.真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)包括以蒸餾罐和蒸餾爐為核心的其它配置，如由真空泵、真空閥門(mén)和真空管道、真空過(guò)濾器及真空測(cè)試儀表等組成。對(duì)于各類(lèi)真空設(shè)備要根據(jù)工藝要求來(lái)選用適宜的設(shè)備。對(duì)于還-蒸作業(yè)分離法來(lái)說(shuō)，真空蒸餾過(guò)程分為4個(gè)階段：①預(yù)抽檢漏階段。蒸餾設(shè)備預(yù)抽檢漏時(shí)要求真空度達(dá)到1.33Pa，可選用真空度較高的機(jī)械泵。②低溫脫水階段。應(yīng)選用低真空泵，以供排廢氣和脫水使用，其極限真空度應(yīng)達(dá)60Pa一般選用水環(huán)真空泵。③Mg和MgCl2大量揮發(fā)階段。應(yīng)選用排氣量大的機(jī)械泵。④高恒溫階段。一般是配置真空度高的機(jī)械泵+擴(kuò)散泵，或者機(jī)械泵+機(jī)械增壓泵（或油增壓泵）+油擴(kuò)散泵。3.真空系統(tǒng)現(xiàn)在海綿鈦廠多半采用還-蒸聯(lián)合設(shè)備并大型化。以采用如下的蒸餾真空系統(tǒng)為佳：（1）用水環(huán)式真空泵作初真空泵。（2）用H型滑閥泵作初真空和高真空的前級(jí)泵。（3）用ZK系列油增壓泵作高真空泵。（4）用ZJP羅茨泵作ZK型油增壓泵的增壓泵?，F(xiàn)在海綿鈦廠多半采用還-蒸聯(lián)合設(shè)備并大型化。以采用如下的蒸餾8.4真空蒸餾的生產(chǎn)實(shí)踐8.4.1蒸餾設(shè)備的準(zhǔn)備8.4.2蒸餾工藝條件1.蒸餾溫度蒸餾初期（即由還原過(guò)渡進(jìn)入蒸餾的過(guò)渡期）溫度880～980℃，時(shí)間6～8h，恒溫溫度控制在950～1000℃。2.冷卻水溫度冷卻水量要適宜，不能太小，以保證良好的冷凝效率。控制冷卻水溫度在35～50℃。8.4真空蒸餾的生產(chǎn)實(shí)踐3.真空蒸餾終點(diǎn)的確定常用的判斷真空蒸餾終點(diǎn)的方法有以下三種：（1）根據(jù)失真空度當(dāng)真空蒸餾裝置內(nèi)達(dá)到高真空度已穩(wěn)定一段時(shí)間時(shí)，把蒸餾裝置與抽空系統(tǒng)切斷，若揮發(fā)Mg和MgCl2已甚少，泄漏的氣體已基本被高溫鈦所吸收，蒸餾裝置內(nèi)的真空度不下降或下降很少，即達(dá)到蒸餾終點(diǎn)。（2）根據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律根據(jù)大量爐次的蒸餾恒溫時(shí)間平均值，即用統(tǒng)計(jì)規(guī)律找出達(dá)到含Cl-為0.06～0.08％的平均恒溫時(shí)間，再規(guī)定出蒸餾延續(xù)的恒溫時(shí)間。（3）綜合法首先由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)確定產(chǎn)品中Cl-達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求所需的蒸餾恒溫時(shí)間上限值和下限值。同時(shí)又參考高真空穩(wěn)定度的延續(xù)時(shí)間，并且還測(cè)定蒸餾裝置內(nèi)失真空度，當(dāng)達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)即可結(jié)束蒸餾。3.真空蒸餾終點(diǎn)的確定真空蒸餾的工藝流程課件真空蒸餾的工藝流程課件8.5海綿鈦的處理及提高產(chǎn)品質(zhì)量的措施8.5.1海綿鈦的處理（1）產(chǎn)品必須分級(jí)處理海綿鈦坨中間塊體質(zhì)量好，破碎后包裝為商品海綿鈦；剝離下的邊部鈦、底部鈦和爬壁鈦質(zhì)量差，單獨(dú)破碎包裝為次級(jí)海綿鈦。（2）產(chǎn)品粒度為了適應(yīng)擠壓成錠的要求，產(chǎn)品粒度控制在0.5～30mm或0.5～12.7mm。（3）充氬封存因海綿鈦中殘留有少量的MgCl2，和大氣接觸時(shí)MgCl2發(fā)生吸水反應(yīng)，影響產(chǎn)品質(zhì)量。所以，儲(chǔ)存鎂法海綿鈦時(shí)必須充氬保存。（4）廢鈦的合理利用次級(jí)海綿鈦可作為煉制不銹鋼的添加劑，也可以作為煉制含鈦剛和普通鋼的添加劑和吸氣劑。8.5海綿鈦的處理及提高產(chǎn)品質(zhì)量的措施真空蒸餾的工藝流程課件8.5.2產(chǎn)品質(zhì)量分析1．鐵（1）分布規(guī)律從鈦坨帽部至底部，產(chǎn)品含鐵量增高；從鈦坨表面至中心，產(chǎn)品含鐵量降低。（2）污染來(lái)源①超溫生成鈦鐵合金鐵的主要來(lái)源是還原、蒸餾生產(chǎn)中超溫或局部超溫的粘壁部位生成Ti～Fe合金。②鐵銹的影響Fe2O3+3TiCl4=2FeCl3+3TiOCl2FeCl3+Ti=Fe+TiCl3

③原料TiCl4中帶入的FeCl3和精鎂中所含的鐵轉(zhuǎn)入鈦中④機(jī)械夾雜的鐵屑8.5.2產(chǎn)品質(zhì)量分析（3）降低鐵含量的措施

①還原、蒸餾過(guò)程中不能超溫或局部超溫（溫度不能達(dá)到鈦鐵合金的最低共熔點(diǎn)1085℃）。對(duì)測(cè)量?jī)x表要經(jīng)常校對(duì)，誤差不能超過(guò)±5℃。對(duì)測(cè)溫用的熱電偶絲要經(jīng)常檢查是否老化變質(zhì)，對(duì)變質(zhì)者要及時(shí)更換。②對(duì)新的反應(yīng)器或內(nèi)坩堝必須洗凈至無(wú)鐵銹，并要嚴(yán)格進(jìn)行滲鈦處理。③生產(chǎn)海綿鈦的原料TiCl4和Mg必須進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)，雜質(zhì)含量符合生產(chǎn)要求才能用于生產(chǎn)。加液鎂時(shí)溫度不能過(guò)高（不高于740℃）一般控制在700～720℃。④產(chǎn)品在包裝前必須經(jīng)磁選處理，以分離出在產(chǎn)品處理過(guò)程中帶入的鐵屑。（3）降低鐵含量的措施2．Cl-（1）分布規(guī)律鈦坨上部（帽部）含Cl-量最高，其次是中間部位，邊部和下部最低。海綿鈦含Cl-量與毛細(xì)管有關(guān)，也就是說(shuō)Cl-含量的分布規(guī)律與產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)是緊密聯(lián)系的。（2）污染來(lái)源①海綿鈦中MgCl2未蒸凈，造成產(chǎn)品含Cl-高。②TiCl4的加料速度產(chǎn)品中含Cl-量隨加料速度的增加而增高。另外，加料速度不均勻，對(duì)產(chǎn)品也有同樣影響。③蒸餾升溫太快，造成產(chǎn)品過(guò)早燒結(jié)。④高沸點(diǎn)雜質(zhì)還原產(chǎn)物中帶入少量KCl、NaCl、CaCl2等高沸點(diǎn)雜質(zhì)，真空蒸餾時(shí)不易蒸出，致使產(chǎn)品中Cl-含量增加。2．Cl-（3）降低Cl-含量的措施①蒸餾過(guò)程升溫不能太快，避免產(chǎn)品過(guò)早燒結(jié)。并且蒸餾的溫度和時(shí)間要夠，因而測(cè)溫儀表要準(zhǔn)確可靠，蒸餾的終點(diǎn)判斷要準(zhǔn)確。②還原過(guò)程加入TiCl4的加料速度不能過(guò)大，也不能過(guò)小。要根據(jù)反應(yīng)器橫截面積和還原爐散熱情況，控制適宜的加料速度。并且，加料速度要均勻。做到定量加料和平穩(wěn)的操作。③加液體鎂時(shí)不能把沉入鎂精煉坩堝底的NaCl、KCl、CaCl2等高沸點(diǎn)雜質(zhì)帶入還原反應(yīng)器。（3）降低Cl-含量的措施

3．氮（1）分布規(guī)律鈦坨上、下表皮和粘壁鈦含氮量較高。中間產(chǎn)品含氮量低。（2）污染來(lái)源①空氣②氬氣中的氮全部被鈦吸收③拆卸和取出海綿鈦過(guò)程中發(fā)生海綿鈦著火，生成TiN。

3．氮（3）降低氮含量的措施①還原蒸餾設(shè)備氣密性須達(dá)到生產(chǎn)要求。還原生產(chǎn)過(guò)程不允許有負(fù)壓操作，蒸餾過(guò)程雖負(fù)壓操作，但真空泵要始終運(yùn)轉(zhuǎn)正常，真空閥門(mén)要關(guān)閉可靠。還原、蒸餾冷卻過(guò)程都要始終充氬，保展正壓冷卻。②加液鎂時(shí)要自始至終在氬氣氣氛保護(hù)下進(jìn)行，盛液鎂抬包和還原反應(yīng)器都要充入氬氣保護(hù)正壓操作。生產(chǎn)用的氬氣純度要達(dá)到規(guī)定要求，并且充氬器具不能泄漏空氣。③避免產(chǎn)品著火，如發(fā)生產(chǎn)品著火，要嚴(yán)格挑選出燒黃的產(chǎn)品。（3）降低氮含量的措施4．氧（1）分布規(guī)律鈦坨中間部位氧含量較低，底部氧含量較高，其次上表皮和粘壁鈦也較高。若漏入空氣上表皮和粘壁鈦氧含量會(huì)猛增。（2）污染來(lái)源①凡是氮的來(lái)源也是氧的來(lái)源。②原料TiCl4和Mg中的氧全部進(jìn)入鈦。TiCl4中的TiOCl2沾污海綿鈦坨各個(gè)部位，均勻分布于產(chǎn)品中，Mg中的MgO，沾污底部產(chǎn)品，使底部產(chǎn)品含氧量增高。③還原、蒸餾設(shè)備組裝時(shí)暴露空氣中時(shí)間太長(zhǎng)，造成MgCl2吸水和水解。如果不能脫除，其中的氧被鈦吸收。④還原反應(yīng)器、內(nèi)坩堝及內(nèi)部套管有鐵銹不僅造成產(chǎn)品鐵高也使產(chǎn)品氧增加。4．氧（3）降低氧含量的措施①凡是降低氮含量的措施也是降低氧含量的措施。②精制好的TiCl4應(yīng)用氬氣氣氛保護(hù)，不能與空氣接觸。避免空氣溶解在TiCl4中和生成含氧的水解物TiOCl2。還原生產(chǎn)無(wú)論是加固體鎂或液體鎂不能把MgO帶入還原反應(yīng)器內(nèi)。③還原、蒸餾設(shè)備組裝時(shí)要快，盡量縮短返回冷凝鎂、還原產(chǎn)物在空氣中暴露的時(shí)間，以減少M(fèi)gCl2的吸水和水解。并且還原、蒸餾過(guò)程必須進(jìn)行300~400℃的低溫脫水工藝。

④還原反應(yīng)器、內(nèi)坩堝及內(nèi)部套管要清洗干凈，不能帶入鐵銹。（3）降低氧含量的措施5．其它雜質(zhì)海綿鈦除了上述Fe、Cl-、O2、N2外其它雜質(zhì)一般不高，分布規(guī)律也不明顯。硅（Si）和碳（C）可能從原料TiCl4和Mg中帶來(lái)，也可從粘附的塵土和污物帶入。錳、鉻、鎳一般來(lái)自不銹鋼反應(yīng)器，它們大都富集在鈦坨底部和邊部粘壁部分。6．產(chǎn)品硬度產(chǎn)品硬度既是雜質(zhì)含量的綜合指標(biāo)，也是質(zhì)量的綜合指標(biāo)。產(chǎn)品布氏硬度受氮、氧、碳、鐵的影響最大，凡是氮、氧、碳、鐵高的部位，產(chǎn)品的布氏硬度也高，因此鈦坨的中心部位硬度最低，質(zhì)量最好，底部和邊部粘壁鈦硬度最高，質(zhì)量最差，上表部硬度稍高。5．其它雜質(zhì)真空蒸餾的工藝流程課件8.6海綿鈦生產(chǎn)過(guò)程的評(píng)價(jià)鎂法生產(chǎn)海綿鈦的優(yōu)點(diǎn)是：企業(yè)產(chǎn)能可大規(guī)模化，生產(chǎn)設(shè)備能大型化，鎂鈦聯(lián)合一體化，工藝技術(shù)已非常成熟。但鎂法也存在根本性的、不可克服的弱點(diǎn)。這就是：①工序多、流程長(zhǎng)、生產(chǎn)過(guò)程難于連續(xù)化。②生產(chǎn)過(guò)程中必須把原料中的TiO2轉(zhuǎn)變成TiCl4，這當(dāng)中就涉及到了Cl2及其各種氯化物的衍生物，如HCl、COCl2、CCl4、TiCl4、TiOCl2、SiCl4、VOCl3、FeCl2、FeCl3、AlCl3等等，它們都是有毒、有害物質(zhì)，或多或少會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，“三廢”治理費(fèi)用也高。③因TiCl4的還原劑是金屬鎂，它不僅價(jià)貴，而且它本身又是用電解MgCl2的方法生產(chǎn)的。因此，生產(chǎn)海綿鈦的總能耗很高。8.6海綿鈦生產(chǎn)過(guò)程的評(píng)價(jià)本項(xiàng)目小結(jié)本項(xiàng)目小結(jié)38克勞爾法制取海綿鈦?lái)?xiàng)目六真空蒸餾過(guò)程克勞爾法制取海綿鈦?lái)?xiàng)目六真空蒸餾過(guò)程任務(wù)一：真空蒸餾的基礎(chǔ)知識(shí)單元一：真空蒸餾的步驟單元二：真空蒸餾的影響因素任務(wù)二：真空蒸餾的工藝流程單元一：還原-蒸餾分開(kāi)式生產(chǎn)工藝單元二：還原-蒸餾聯(lián)合式生產(chǎn)工藝任務(wù)三：真空蒸餾的主要設(shè)備任務(wù)四：真空蒸餾的生產(chǎn)實(shí)踐任務(wù)五：海綿鈦的處理及提高產(chǎn)品質(zhì)量的措施任務(wù)一：真空蒸餾的基礎(chǔ)知識(shí)408.1真空蒸餾的原理8.1.1真空蒸餾過(guò)程蒸餾法是利用蒸餾物各組分某些物理特性的差異而進(jìn)行的分離方法。還原工序所得產(chǎn)物，其組成大約是55～60％

Ti、25～30％

Mg、10～15％

MgCl2和少量鈦的低價(jià)物TiCl2、TiCl3。還原產(chǎn)物中各成分的沸點(diǎn)的差異比較大，而且相應(yīng)的揮發(fā)性也有很大的差別。真空蒸餾可以降低蒸餾溫度和提高M(jìn)g和MgCl2的揮發(fā)速度，還可以減少產(chǎn)品鈦被罐體鐵壁和空氣中的氧、氮污染。8.1真空蒸餾的原理真空蒸餾過(guò)程由下列幾個(gè)步驟構(gòu)成：（1）對(duì)反應(yīng)物加熱，抽空，使反應(yīng)物排氣，脫水；（2）Mg和MgCl2在反應(yīng)物的表面進(jìn)行蒸發(fā)；（3）Mg和MgCl2在海綿鈦毛細(xì)管中蒸發(fā)；（4）Mg和MgCl2的蒸氣擴(kuò)散到冷凝器中；（5）Mg和MgCl2蒸氣在冷凝器壁上的冷凝；（6）海綿鈦的燒結(jié)。真空蒸餾過(guò)程由下列幾個(gè)步驟構(gòu)成：8.1.2真空蒸餾過(guò)程的影響因素1．蒸餾溫度

在真空蒸餾過(guò)程中，在其它條件相同的情況下，蒸餾溫度越高，蒸發(fā)速度越快，蒸餾周期越短。但蒸餾溫度也不宜太高，以避免生成Ti-Fe合金。一般蒸餾溫度為950℃～1000℃。在真空蒸餾過(guò)程中，由于在真空條件下升溫，海綿鈦的熱傳導(dǎo)性較差，中心部位與罐壁和表面的海綿鈦過(guò)早燒結(jié)，閉塞其毛細(xì)孔，致使產(chǎn)品中Cl-殘留量增加。因此，在蒸餾生產(chǎn)中常采用比較緩慢的升溫速度。8.1.2真空蒸餾過(guò)程的影響因素2．蒸餾真空度在950～1000℃溫度和0.1～0.01Pa真空度下，Mg和MgCl2具有足夠的蒸發(fā)速度。在其它相同條件下，真空蒸發(fā)的速度比在常溫下蒸發(fā)的速度要快許多倍，而且采用的真空度越高，Mg和MgCl2的蒸發(fā)速度越快，蒸餾周期也相應(yīng)縮短，同時(shí)可減少海綿鈦被氧、氮污染。但真空度要求越高，所需真空設(shè)備費(fèi)用也越大。2．蒸餾真空度3．冷凝效果除冷凝器有足夠冷凝面積外，還需有隔熱性好的隔熱板（又叫遮熱屏），使加熱區(qū)和冷凝區(qū)有較大的溫度梯度。冷凝器中所通的冷卻水溫必須控制適當(dāng)。一方面防止冷凝物在隔熱裝置的通道中冷凝，另一方面要防止冷凝區(qū)溫度過(guò)高，冷凝物跑出冷凝區(qū)或重新熔化落入（或回升）至蒸餾罐內(nèi)，影響蒸餾效果。3．冷凝效果4．海綿鈦結(jié)構(gòu)

海綿鈦的孔隙多，孔縫曲折、孔徑小，真空蒸餾時(shí)對(duì)海綿鈦中氯根的蒸出就很困難。在還原過(guò)程中控制適當(dāng)?shù)募恿纤俣?、均勻加料以及穩(wěn)定反應(yīng)溫度，則生成的海綿鈦結(jié)構(gòu)有利于真空蒸餾除Cl-，獲得質(zhì)量好的產(chǎn)品。5．蒸餾時(shí)間

蒸餾時(shí)間過(guò)長(zhǎng)對(duì)降低Cl-含量效果不大，反而會(huì)引起產(chǎn)品中雜質(zhì)含量的增加，布氏硬度增高。這樣既影響了產(chǎn)品質(zhì)量，又增加了電耗。4．海綿鈦結(jié)構(gòu)8.2真空蒸餾的工藝流程8.2.1還原-蒸餾分開(kāi)式生產(chǎn)的工藝流程真空蒸餾工序，是將還原時(shí)的過(guò)量Mg和放鹽時(shí)未放盡的剩余MgCl2蒸發(fā)出來(lái)，使之與海綿鈦分離。為了省去處理冷凝物工序，并且直接利用冷凝物中的Mg返回還原工序作還原劑以節(jié)省鎂的損耗，這種工藝叫蒸餾鎂的閉路循環(huán)。還原-蒸餾分開(kāi)式生產(chǎn)的真空蒸餾工藝大多采用鎂循環(huán)流程，其工藝流程如下圖所示。8.2真空蒸餾的工藝流程真空蒸餾的工藝流程課件8.2.2還原-蒸餾聯(lián)合式生產(chǎn)的工藝流程為了節(jié)省能源和提高設(shè)備利用率，從而達(dá)到提高生產(chǎn)能力的目的，現(xiàn)很多鈦廠正在試驗(yàn)或已采用還原--蒸餾一體化的生產(chǎn)工藝。這種工藝被稱(chēng)為半聯(lián)合法或聯(lián)合法，它實(shí)現(xiàn)了原料Mg-Cl2-MgCl2的閉路循環(huán)。所謂半聯(lián)合法工藝，其特點(diǎn)是在還原反應(yīng)器的大蓋上設(shè)置有鎂制的盲板，這就允許還原結(jié)束后裝有反應(yīng)產(chǎn)物的反應(yīng)器不需要出爐冷卻，在保證不漏氣的前提下，立即拆卸還原罐并進(jìn)行蒸餾設(shè)備的組裝，組裝合格后就地進(jìn)行真空蒸餾。聯(lián)合法工藝要求更嚴(yán)，就是還原結(jié)束后，立即投入真空蒸餾作業(yè)，其設(shè)備既要滿(mǎn)足還原工藝過(guò)程的要求，也要滿(mǎn)足真空蒸餾工藝過(guò)程的要求8.2.2還原-蒸餾聯(lián)合式生產(chǎn)的工藝流程真空蒸餾的工藝流程課件真空蒸餾的工藝流程課件I型半聯(lián)合設(shè)備和倒U型聯(lián)合設(shè)備，都具有可大幅度縮短生產(chǎn)周期、簡(jiǎn)化流程、降低鎂耗和電耗、降低生產(chǎn)成本，且便于實(shí)現(xiàn)設(shè)備大型化、自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)。此外，它們還各有其固有的特點(diǎn)：I型重疊式聯(lián)合法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作。缺點(diǎn)是在真空蒸餾作業(yè)結(jié)束后要將上下重疊的兩個(gè)反應(yīng)器一同吊出爐外。倒U形水平聯(lián)合裝置的缺點(diǎn)是，連接兩反應(yīng)器的過(guò)濾管，需加熱保溫，這就要解決熱脹冷縮問(wèn)題，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作要求特別仔細(xì)小心。優(yōu)點(diǎn)是將高溫閥門(mén)關(guān)閉，把過(guò)渡管斷開(kāi)，兩反應(yīng)器可分別起吊。I型半聯(lián)合設(shè)備和倒U型聯(lián)合設(shè)備，都具有可大幅度縮短生產(chǎn)周期、8.3真空蒸餾的主要設(shè)備真空蒸餾設(shè)備由蒸餾罐、冷凝器、冷凝套筒、隔熱板、蒸餾爐和真空系統(tǒng)等組成。8.3.1蒸餾設(shè)備的結(jié)構(gòu)類(lèi)型真空蒸餾設(shè)備按冷凝器安裝的位置不同分為上冷式和下冷式兩種型式。在下冷式裝置中又有帶內(nèi)坩堝和不帶內(nèi)坩堝的兩種型式。帶有內(nèi)坩堝的下冷式，可以縮短生產(chǎn)蒸餾時(shí)間。因?yàn)樵谶€原結(jié)束后剩余的部份Mg和MgCl2由海綿鈦孔隙流出，通過(guò)內(nèi)坩堝假底流入反應(yīng)器底部，與海綿鈦分離，減輕了蒸餾的負(fù)荷。并且，在蒸餾過(guò)程中剩余的Mg和MgCl2不僅通過(guò)蒸發(fā)除去，而且也有一部份通過(guò)海綿鈦孔隙流入冷凝器。這兩種過(guò)程不僅可縮短蒸餾時(shí)間、節(jié)約電能，而且Mg和MgCl2以液態(tài)流出過(guò)程還能沖洗海綿鈦雜質(zhì)，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量和合格率都有好處。8.3真空蒸餾的主要設(shè)備而對(duì)于下冷式不帶內(nèi)坩堝的真空蒸餾裝置是將還原反應(yīng)器內(nèi)剩余的Mg和MgCl2全部轉(zhuǎn)入蒸餾作業(yè)，而反應(yīng)器則被倒著安裝作為蒸餾密封罐。這樣在蒸餾過(guò)程中，反應(yīng)器底部殘留的鎂和MgCl2，在下流時(shí)使沉入反應(yīng)器底部的雜質(zhì)又滲透在海綿鈦產(chǎn)品內(nèi)，影響產(chǎn)品質(zhì)量和合格率。另外使用下冷式不帶內(nèi)坩堝的裝置，在蒸餾過(guò)程中，毛細(xì)孔孔徑變小，并且變得曲折，因而，鈦坨內(nèi)部的Mg和MgCl2蒸氣，通過(guò)海綿鈦孔隙擴(kuò)散到表面上的阻力將會(huì)增加，大大影響蒸發(fā)速度，迫使蒸餾時(shí)間延長(zhǎng)。下冷式的共同缺點(diǎn)，是需要用很大的起重設(shè)備吊裝蒸餾爐。另外，蒸餾結(jié)束后產(chǎn)品冷卻階段影響真空系統(tǒng)的使用，降低了真空系統(tǒng)利用率。上冷式不帶內(nèi)坩堝的蒸餾裝置，可以克服下冷式不帶內(nèi)坩堝帶來(lái)的缺點(diǎn)。而對(duì)于下冷式不帶內(nèi)坩堝的真空蒸餾裝置是將還原反應(yīng)器內(nèi)剩余的M真空蒸餾的工藝流程課件8.3.2蒸餾設(shè)備

1.蒸餾罐等裝置蒸餾罐的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)兼顧還原、蒸餾兩個(gè)過(guò)程的工藝要求。一般用20～35mm的普通鋼、耐熱鋼或不銹鋼板制作。冷凝器是一個(gè)有冷卻水套的圓筒或罐體，為了取得良好的冷卻效果，夾套內(nèi)通過(guò)的冷卻水應(yīng)適量。冷凝器和冷凝套筒的間隙應(yīng)盡量減小。隔熱板是為了使加熱區(qū)和冷凝區(qū)隔開(kāi)、使熱區(qū)輻射到冷凝器中熱量減至最小。2.蒸餾爐海綿鈦冶煉工業(yè)中常采用真空蒸餾爐，一般為真空電阻爐。爐殼由普通鋼制作，且必須密封并配有抽反真空的裝置。8.3.2蒸餾設(shè)備3.真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)包括以蒸餾罐和蒸餾爐為核心的其它配置，如由真空泵、真空閥門(mén)和真空管道、真空過(guò)濾器及真空測(cè)試儀表等組成。對(duì)于各類(lèi)真空設(shè)備要根據(jù)工藝要求來(lái)選用適宜的設(shè)備。對(duì)于還-蒸作業(yè)分離法來(lái)說(shuō)，真空蒸餾過(guò)程分為4個(gè)階段：①預(yù)抽檢漏階段。蒸餾設(shè)備預(yù)抽檢漏時(shí)要求真空度達(dá)到1.33Pa，可選用真空度較高的機(jī)械泵。②低溫脫水階段。應(yīng)選用低真空泵，以供排廢氣和脫水使用，其極限真空度應(yīng)達(dá)60Pa一般選用水環(huán)真空泵。③Mg和MgCl2大量揮發(fā)階段。應(yīng)選用排氣量大的機(jī)械泵。④高恒溫階段。一般是配置真空度高的機(jī)械泵+擴(kuò)散泵，或者機(jī)械泵+機(jī)械增壓泵（或油增壓泵）+油擴(kuò)散泵。3.真空系統(tǒng)現(xiàn)在海綿鈦廠多半采用還-蒸聯(lián)合設(shè)備并大型化。以采用如下的蒸餾真空系統(tǒng)為佳：（1）用水環(huán)式真空泵作初真空泵。（2）用H型滑閥泵作初真空和高真空的前級(jí)泵。（3）用ZK系列油增壓泵作高真空泵。（4）用ZJP羅茨泵作ZK型油增壓泵的增壓泵?，F(xiàn)在海綿鈦廠多半采用還-蒸聯(lián)合設(shè)備并大型化。以采用如下的蒸餾8.4真空蒸餾的生產(chǎn)實(shí)踐8.4.1蒸餾設(shè)備的準(zhǔn)備8.4.2蒸餾工藝條件1.蒸餾溫度蒸餾初期（即由還原過(guò)渡進(jìn)入蒸餾的過(guò)渡期）溫度880～980℃，時(shí)間6～8h，恒溫溫度控制在950～1000℃。2.冷卻水溫度冷卻水量要適宜，不能太小，以保證良好的冷凝效率。控制冷卻水溫度在35～50℃。8.4真空蒸餾的生產(chǎn)實(shí)踐3.真空蒸餾終點(diǎn)的確定常用的判斷真空蒸餾終點(diǎn)的方法有以下三種：（1）根據(jù)失真空度當(dāng)真空蒸餾裝置內(nèi)達(dá)到高真空度已穩(wěn)定一段時(shí)間時(shí)，把蒸餾裝置與抽空系統(tǒng)切斷，若揮發(fā)Mg和MgCl2已甚少，泄漏的氣體已基本被高溫鈦所吸收，蒸餾裝置內(nèi)的真空度不下降或下降很少，即達(dá)到蒸餾終點(diǎn)。（2）根據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律根據(jù)大量爐次的蒸餾恒溫時(shí)間平均值，即用統(tǒng)計(jì)規(guī)律找出達(dá)到含Cl-為0.06～0.08％的平均恒溫時(shí)間，再規(guī)定出蒸餾延續(xù)的恒溫時(shí)間。（3）綜合法首先由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)確定產(chǎn)品中Cl-達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求所需的蒸餾恒溫時(shí)間上限值和下限值。同時(shí)又參考高真空穩(wěn)定度的延續(xù)時(shí)間，并且還測(cè)定蒸餾裝置內(nèi)失真空度，當(dāng)達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)即可結(jié)束蒸餾。3.真空蒸餾終點(diǎn)的確定真空蒸餾的工藝流程課件真空蒸餾的工藝流程課件8.5海綿鈦的處理及提高產(chǎn)品質(zhì)量的措施8.5.1海綿鈦的處理（1）產(chǎn)品必須分級(jí)處理海綿鈦坨中間塊體質(zhì)量好，破碎后包裝為商品海綿鈦；剝離下的邊部鈦、底部鈦和爬壁鈦質(zhì)量差，單獨(dú)破碎包裝為次級(jí)海綿鈦。（2）產(chǎn)品粒度為了適應(yīng)擠壓成錠的要求，產(chǎn)品粒度控制在0.5～30mm或0.5～12.7mm。（3）充氬封存因海綿鈦中殘留有少量的MgCl2，和大氣接觸時(shí)MgCl2發(fā)生吸水反應(yīng)，影響產(chǎn)品質(zhì)量。所以，儲(chǔ)存鎂法海綿鈦時(shí)必須充氬保存。（4）廢鈦的合理利用次級(jí)海綿鈦可作為煉制不銹鋼的添加劑，也可以作為煉制含鈦剛和普通鋼的添加劑和吸氣劑。8.5海綿鈦的處理及提高產(chǎn)品質(zhì)量的措施真空蒸餾的工藝流程課件8.5.2產(chǎn)品質(zhì)量分析1．鐵（1）分布規(guī)律從鈦坨帽部至底部，產(chǎn)品含鐵量增高；從鈦坨表面至中心，產(chǎn)品含鐵量降低。（2）污染來(lái)源①超溫生成鈦鐵合金鐵的主要來(lái)源是還原、蒸餾生產(chǎn)中超溫或局部超溫的粘壁部位生成Ti～Fe合金。②鐵銹的影響Fe2O3+3TiCl4=2FeCl3+3TiOCl2FeCl3+Ti=Fe+TiCl3

③原料TiCl4中帶入的FeCl3和精鎂中所含的鐵轉(zhuǎn)入鈦中④機(jī)械夾雜的鐵屑8.5.2產(chǎn)品質(zhì)量分析（3）降低鐵含量的措施

①還原、蒸餾過(guò)程中不能超溫或局部超溫（溫度不能達(dá)到鈦鐵合金的最低共熔點(diǎn)1085℃）。對(duì)測(cè)量?jī)x表要經(jīng)常校對(duì)，誤差不能超過(guò)±5℃。對(duì)測(cè)溫用的熱電偶絲要經(jīng)常檢查是否老化變質(zhì)，對(duì)變質(zhì)者要及時(shí)更換。②對(duì)新的反應(yīng)器或內(nèi)坩堝必須洗凈至無(wú)鐵銹，并要嚴(yán)格進(jìn)行滲鈦處理。③生產(chǎn)海綿鈦的原料TiCl4和Mg必須進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)，雜質(zhì)含量符合生產(chǎn)要求才能用于生產(chǎn)。加液鎂時(shí)溫度不能過(guò)高（不高于740℃）一般控制在700～720℃。④產(chǎn)品在包裝前必須經(jīng)磁選處理，以分離出在產(chǎn)品處理過(guò)程中帶入的鐵屑。（3）降低鐵含量的措施2．Cl-（1）分布規(guī)律鈦坨上部（帽部）含Cl-量最高，其次是中間部位，邊部和下部最低。海綿鈦含Cl-量與毛細(xì)管有關(guān)，也就是說(shuō)Cl-含量的分布規(guī)律與產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)是緊密聯(lián)系的。（2）污染來(lái)源①海綿鈦中MgCl2未蒸凈，造成產(chǎn)品含Cl-高。②TiCl4的加料速度產(chǎn)品中含Cl-量隨加料速度的增加而增高。另外，加料速度不均勻，對(duì)產(chǎn)品也有同樣影響。③蒸餾升溫太快，造成產(chǎn)品過(guò)早燒結(jié)。④高沸點(diǎn)雜質(zhì)還原產(chǎn)物中帶入少量KCl、NaCl、CaCl2等高沸點(diǎn)雜質(zhì)，真空蒸餾時(shí)不易蒸出，致使產(chǎn)品中Cl-含量增加。2．Cl-（3）降低Cl-含量的措施①蒸餾過(guò)程升溫不能太快，避免產(chǎn)品過(guò)早燒結(jié)。并且蒸餾的溫度和時(shí)間要夠，因而測(cè)溫儀表要準(zhǔn)確可靠，蒸餾的終點(diǎn)判斷要準(zhǔn)確。②還原過(guò)程加入TiCl4的加料速度不能過(guò)大，也不能過(guò)小。要根據(jù)反應(yīng)器橫截面積和還原爐散熱情況，控制適宜的加料速度。并且，加料速度要均勻。做到定量加料和平穩(wěn)的操作。③加液體鎂時(shí)不能把沉入鎂精煉坩堝底的NaCl、KCl、CaCl2等高沸點(diǎn)雜質(zhì)帶入還原反應(yīng)器。（3）降低Cl-含量的措施

3．氮（1）分布規(guī)律鈦坨上、下表皮和粘壁鈦含氮量較高。中間產(chǎn)品含氮量低。（2）污染來(lái)源①空氣②氬氣中的氮全部被鈦吸收③拆卸和取出海綿鈦過(guò)程中發(fā)生海綿鈦著火，生成TiN。

3．氮（3）降低