钛冶炼培训课件

钛冶炼培训课件第一章钛金属基础知识元素特性资源分布应用价值钛是一种具有独特性能的过渡金属，兼具轻量化全球钛资源丰富，主要以金红石和钛铁矿形式存钛金属凭借其优异的性能，广泛应用于航空航天、与高强度特点，在现代工业中占据重要地位在，中国拥有丰富的钛矿资源储备海洋工程、医疗设备等高端领域钛元素简介元素基本信息物理特性钛Ti是元素周期表中的第22号元素，原子量钛的熔点高达1668°C，沸点为3260°C，这使为

47.87它是一种银白色的过渡金属，密度其具有优异的高温稳定性钛在室温下呈现为

4.54g/cm³，显著低于钢铁（约

7.8六方密堆积结构α相，在882°C以上转变为g/cm³），但强度可与钢铁相当体心立方结构β相化学特性₂钛在室温下表面会形成致密的氧化膜TiO，赋予其优异的耐腐蚀性能它能抵抗海水、氯化物以及多种酸碱溶液的腐蚀，但在高温下极易与氧、氮、氢等气体发生反应钛的发现历史钛的工业意义钛元素于1791年被英国化学家威廉·格雷戈尔作为一种战略金属，钛因其高比强度（强度与密William Gregor在康沃尔郡的黑沙中首次发现度之比）、优异的耐腐蚀性能和良好的生物相容1795年，德国化学家马丁·亨利·克拉普罗特性而备受重视在航空航天、化工、医疗、海洋Martin HeinrichKlaproth独立发现了这种元工程等领域有着不可替代的应用价值素，并以希腊神话中的泰坦巨人Titans命名为钛钛的矿石资源主要矿物资源钛在地壳中的含量约为

0.6%，是地壳中第九丰富的元素钛主要以氧化物形式存在于自然界中，形成两种重要的矿物金红石（Rutile）₂主要成分为二氧化钛TiO，理论上含钛量高达60%，是最优质的钛矿石金红石呈红棕色至黑色，多分布在海滩沙矿中钛铁矿（Ilmenite）₂主要成分为钛酸铁FeO·TiO，含钛量通常在30-40%之间钛铁矿呈黑色至灰黑色，是目前开采利用最广泛的钛矿石资源左金红石矿样本右钛铁矿样本全球钛资源分布钛的应用领域航空航天医疗领域钛合金是航空航天工业的关键材料，用于制造钛具有优异的生物相容性，被广泛应用于•飞机结构件（如机身框架、发动机支架）•人工关节（髋关节、膝关节）•发动机部件（如风扇叶片、压气机盘、涡轮盘）•牙科植入物•航天器结构件（如火箭发动机壳体、人造卫星组件）•骨固定装置（骨钉、骨板）•心脏瓣膜、起搏器外壳钛合金占现代大型客机重量的约10-15%，F-22等先进战斗机中钛合金使用比例高达40%以上•外科手术器械人体不会对钛产生排斥反应，且钛的弹性模量接近人骨，减少应力遮挡效应化工与海洋工程民用与体育用品钛的耐腐蚀性能使其成为化工设备理想材料钛合金轻质高强的特性使其在日常生活中也有广泛应用•海水淡化设备•高端自行车车架•化工反应釜、换热器、泵阀•高尔夫球杆头•海洋平台结构件•网球拍•船舶推进系统•潜水设备•深海探测设备•眼镜框•手表外壳钛设备在氯碱工业中使用寿命可达20年以上，远超不锈钢的5-8年•笔记本电脑外壳钛矿开采现场及矿石样品展示钛矿开采工艺钛矿石开采主要采用两种方式露天开采适用于浅层矿床，如砂矿，采用挖掘机、推土机等设备直接开采地下开采适用于深层岩矿，采用钻孔爆破等方法开采中国的钛矿开采以露天开采为主，尤其是海滨砂矿通常采用水力开采方式，环境影响相对较小不同品位的钛矿石样品（从左至右高品位金红石、中品位钛铁矿、低品位白钛矿）钛矿石特性识别第二章钛矿石预处理与提纯钛矿石从开采到最终冶炼成金属钛，需要经过一系列复杂的预处理与提纯工艺由于钛矿石中通常含有大量杂质，特别是铁、硅、铝等元素，必须通过物理和化学方法将这些杂质去除，才能进行后续的冶炼工作矿石破碎与磨矿将开采的原矿进行破碎、磨细，为后续选矿做准备物理选矿利用重力选矿、磁选、电选等方法初步富集钛矿物化学预处理采用酸浸、高温熔炼等方法进一步去除杂质人工金红石制备将钛铁矿转化为含钛量更高的人工金红石钛铁矿的选矿与浓缩钛铁矿选矿的困难与挑战₂钛铁矿FeO·TiO的选矿过程面临特殊困难•钛与铁紧密结合在晶体结构中，物理方法难以完全分离•不同产地的钛铁矿成分复杂，含有多种杂质元素•矿石硬度较高，设备磨损严重•富集过程能耗大，成本高主要选矿方法根据不同类型钛矿石的特性，选择合适的选矿方法重力选矿利用钛矿物与脉石矿物的密度差异进行分离，常用设备包括•摇床适用于粗粒钛铁矿的分选•螺旋溜槽处理细粒砂矿的高效设备•跳汰机利用脉动水流分选不同密度矿物磁选法利用钛铁矿的弱磁性特点进行分选•强磁场磁选机可以捕获弱磁性的钛铁矿•梯度磁选机对细粒钛铁矿有良好分选效果•湿式磁选结合水介质提高分选效率钛矿选矿设备螺旋溜槽和磁选机技术提示钛铁矿中的磁性矿物含量直接影响磁选效果，进行磁选前应进行磁性测试，优化磁场强度参数产业实践₂中国钛矿选矿厂通常采用重力选矿+磁选联合工艺，可将原矿中15-20%的TiO提升至45-50%钛矿石化学预处理酸浸法去除杂质酸浸是钛矿石预处理的重要化学方法，主要用于去除铁、钙、镁等杂质盐酸浸出法₂₂₂₂反应原理FeO·TiO+4HCl→FeCl+TiO+2H O•工艺条件温度80-100°C，浓度15-20%HCl，时间4-6小时•优点反应速度快，铁去除率高达95%以上•缺点设备腐蚀严重，酸回收困难硫酸浸出法₂₂₄₄₂₂反应原理FeO·TiO+2H SO→FeSO+TiO+2H O₂₄•工艺条件温度90-120°C，浓度25-30%H SO，时间5-8小时•优点成本较低，易于大规模应用•缺点反应速度较慢，产生大量硫酸亚铁废液钛矿石预处理流程图解析完整预处理工艺流程解析原矿处理阶段1原矿经过破碎和研磨，使矿石粒度达到200-325目（

0.074-

0.045mm），以利于后续选矿和化学处理关键控制点2物理选矿阶段•破碎机类型选择颚式破碎机→圆锥破碎机→棒磨机₂经过重力选矿和磁选，将TiO含量从原矿的10-25%提高到40-55%•粒度控制过细导致选矿困难，过粗影响反应效率关键控制点化学预处理阶段3•磁场强度钛铁矿通常需要

0.8-

1.2T的磁场强度₂选择酸浸或熔炼法进一步提纯，TiO含量可达80-95%•选矿药剂配比浮选时捕收剂与抑制剂的比例关键控制点4人工金红石制备•酸浸温度和时间温度过高加速设备腐蚀，过低反应不完全₂•酸浓度通常控制在15-30%之间，浓度过高导致钛损失增加将高品位钛精矿转化为人工金红石，TiO含量≥90%，为氯化工艺做准备关键控制点•还原温度通常控制在850-950°C•冷却速度影响产品晶相和纯度中国典型钛矿预处理工艺参数工艺环节关键参数典型值影响因素破碎与磨矿粒度-200目≥95%矿石硬度、后续工艺要求重力选矿给矿浓度25-30%固体矿石粒度分布、设备类型磁选磁场强度

0.8-

1.2T矿石磁性强弱、含铁量酸浸酸浓度/温度/时间20%HCl/90°C/5h矿石品位、杂质种类熔炼还原温度/时间1550°C/

2.5h电炉容量、添加剂比例第三章钛冶炼核心工艺氯化法氯化法概述₄氯化法是现代钛冶炼工业的核心工艺，它将钛矿物转化为四氯化钛TiCl，为后续金属钛的生产奠定基础氯化法具有反应完全、分离效果好、适合工业化生产等优点，是目前国际上应用最广泛的钛冶炼方法工艺特点工业意义发展历程₄•反应温度高（800-1100°C）•实现了钛的工业化大规模生产•1937年Kroll首次利用TiCl还原制备金属钛₄•生成TiCl为气体，便于分离纯化•显著降低了钛金属生产成本•1948年DuPont公司建成首个商业化氯化钛生产线•可实现连续化生产•产品纯度高，质量稳定•1960年代流化床氯化工艺的推广应用₂•对原料品位要求高，通常需要TiO含量≥85%•工艺成熟可靠，是钛产业的基础•1980年代至今工艺持续优化改进氯化法工艺流程₂预处理后的高品位钛原料（TiO≥85%）氯化炉中与氯气和碳反应（800-1100°C）气体冷却和初步净化（除尘、脱杂）₄₃TiCl精馏纯化（分离VOCl等杂质）₄纯TiCl储存（为还原工艺做准备）氯化法原理与反应核心反应原理₄氯化法的核心是将含钛矿物与氯气在高温下反应，生成四氯化钛TiCl反应需要在高温条件下进行，通常温度为800-1100°C碳既是还原剂也是促进剂，提供反应所需的还原性环境反应热力学与动力学氯化反应是一个放热反应，但需要较高的起始温度来克服反应活化能•反应标准吉布斯自由能变ΔG°0，反应可自发进行•温度越高，反应速率越快，但设备要求更高•通常选择900-1000°C作为最佳反应温度区间技术要点虽然反应可以在800°C以下进行，但工业生产通常控制在900-1000°C，以确保反应速率足够快，同时减少副反应的纯化TiCl₄TiCl₄纯化的重要性₄从氯化炉出来的粗TiCl含有多种杂质，必须经过严格纯化才能用于钛金属生产•杂质影响钛金属的力学性能和加工性能•某些杂质（如V、Fe）会显著降低钛的耐腐蚀性₄•纯TiCl中杂质含量通常需控制在≤50ppm主要杂质及其影响杂质来源对钛金属的影响₃₄VOCl、VCl钒杂质氯化降低耐腐蚀性，增加脆性₃FeCl铁杂质氯化降低耐腐蚀性₄SiCl硅杂质氯化形成硬质点，影响加工性能₃AlCl铝杂质氯化影响焊接性能₂CO、CO碳氧化增加氧含量，降低韧性安全警示₄₂TiCl遇水会剧烈反应生成TiO和HCl，释放大量热量，形成白色浓雾操作过程中必须确保设备干燥，防止水分进入品质标准₄高纯TiCl中杂质含量要求（质量分数）•Fe≤10ppm•V≤20ppm•Si≤20ppm•Al≤20ppm•总杂质≤50ppmTiCl₄纯化工艺流程粗TiCl₄冷凝₄₂₄氯化炉出口气体经冷却至-20~0°C，TiCl冷凝为液体，与不凝气体分离此阶段可去除CO、CO等气体及部分低沸点氯化物（如SiCl）的氧化与回收TiCl₄TiCl₄氧化反应₄₂在钛白粉生产中，TiCl与氧气反应生成TiO和氯气此反应在700-1200°C的高温下进行，是一个强放热反应反应产生的氯气可回收循环使用，大大降低生产成本和环境影响氯气回收流程氯气回收是钛冶炼全流程中的关键环节

1.反应气体冷却降温至80-100°C₂

2.电除尘去除气体中的TiO微粒

3.吸收塔用氢氧化钠溶液吸收微量氯气

4.干燥去除气体中的水分

5.压缩将氯气压缩储存或直接返回氯化工序氯气回收率氯化反应炉及蒸馏塔示意图TiCl₄氯化反应炉类型与特点固定床氯化炉流化床氯化炉最早应用的氯化炉类型，结构简单但生产效率较低现代钛冶炼主流设备，实现了连续化生产•工作原理钛原料与碳混合后装入炉内，通入氯气反应•工作原理钛原料在流化状态下与氯气接触反应•温度控制900-1100°C•温度控制850-950°C•处理能力5-10吨/天•处理能力20-50吨/天•优点投资少，操作简单•优点连续操作，热效率高，反应完全•缺点间歇操作，热效率低，原料利用率低•缺点设备复杂，操作控制要求高流化床氯化炉结构详解原料给料系统1采用螺旋给料机或气力输送系统，确保原料均匀连续进入反应区给料速率精确控制，通常配备多重计量装置流化床反应区2内衬特种耐火材料，通常采用碳化硅或氧化铝内衬底部设有分布板，确保氯气均匀分布形成良好流化状态气固分离系统3采用旋风分离器或袋式过滤器，分离反应气体中的固体颗粒设计有防堵塞措施，确保长周期运行余热回收系统4利用反应热预热进料或产生蒸汽通常采用换热器网络，优化能量利用效率尾气处理系统5处理未冷凝气体，回收氯气并处理有害物质通常包括洗涤塔、吸收塔等设备TiCl₄蒸馏塔系统₄TiCl蒸馏系统通常包括多级精馏塔，根据不同杂质的沸点设计₄初馏塔去除低沸点杂质SiCl等，操作温度30-50°C₄主精馏塔分离TiCl和中沸点杂质，操作温度100-140°C₃₃尾馏塔去除高沸点杂质FeCl、AlCl等，操作温度150-200°C钒去除塔特殊设计用于去除钒化合物，通常结合化学处理第四章钛金属还原工艺法Kroll₄Kroll法是目前工业上生产金属钛的主要方法，由卢森堡冶金学家威廉·J·克罗尔William J.Kroll于1940年发明该工艺利用金属镁还原四氯化钛TiCl生成海绵状金属钛，是钛工业发展的里程碑工艺特点历史地位Kroll法是一种批次式金属热还原工艺，具有以下特点Kroll法的发明与应用彻底改变了钛工业•使用金属镁作为还原剂•实现了金属钛的工业化规模生产•反应在惰性气氛保护下进行•大幅降低了钛的生产成本•温度通常控制在800-1100°C•使钛从实验室材料变为实用工程材料•产物为多孔海绵状金属钛•至今仍是全球钛生产的主导工艺Kroll法发展历程1940年1₄Kroll首次成功利用镁还原TiCl制备金属钛21948年美国建成首个商业化Kroll法钛生产线1950-1960年代3Kroll法规模扩大，反应器容量从数百公斤增至数吨41970-1980年代工艺优化改进，提高生产效率和产品质量1990年至今5自动化程度提高，环保性能改善，但基本原理未变法工艺流程KrollKroll法还原原理Kroll法的核心是利用金属镁还原四氯化钛生成金属钛此反应在惰性气氛通常为高纯氩气保护下，于800-1100°C的温度区间进行反应是放热反应，一旦启动可以依靠反应热维持温度详细工艺流程反应器预处理反应器通常为不锈钢材质，使用前需彻底清洁、干燥，并通入高纯氩气置换空气，确保无氧环境镁装填与熔化将金属镁装入反应器，通常比理论计算量多20-30%在氩气保护下加热至700-750°C使镁熔化TiCl₄滴加₄将纯化后的TiCl缓慢滴加到熔融镁中控制滴加速率，使反应温度维持在850-950°C此阶段需精确控制，防止温度过高反应保温₄TiCl滴加完成后，将反应器保温8-12小时，确保反应充分完成温度通常控制在850-900°C冷却与排出₂反应完成后，将反应器冷却至室温，拆卸顶盖，取出含MgCl的钛海绵块工艺控制要点₄TiCl滴加速率是关键控制点，过快会导致反应温度过高，甚至引发炉体损坏；过慢则影响生产效率现代生产线通常采用计算机控制系统精确调节滴加速率反应热管理₄Kroll反应强放热，每千克TiCl可释放约

9.2MJ热量反应器需设计良好的冷却系统，通常采用夹套水冷或风冷方式控制温度生产周期钛海绵的处理与提纯钛海绵的组成与特性₂Kroll法生产的初始产物是含有大量MgCl和残留Mg的多孔钛海绵块₂•典型成分Ti60-70%、MgCl20-30%、Mg5-10%、其他杂质•外观灰黑色多孔块状物，类似海绵结构，因此称为钛海绵•密度约

2.5-

3.0g/cm³（远低于纯钛的

4.54g/cm³）钛海绵处理工艺流程原始钛海绵块₂含MgCl和残留Mg的多孔块状物机械破碎将大块海绵破碎成适合后续处理的小块真空蒸馏₂900-950°C下真空蒸馏除去Mg和MgCl分选分级根据外观和化学成分分级破碎包装最终破碎成所需粒度并密封包装真空蒸馏工艺详解₂蒸馏效率与纯度关系真空蒸馏是钛海绵提纯的核心工艺，利用Mg和MgCl在高温真空下的高挥发性将其从钛中分离操作温度900-950°C（Mg沸点为1090°C，在真空下显著降低）真空度通常为

0.1-10Pa（越高越好）处理时间根据批次大小，通常为30-60小时蒸馏设备真空蒸馏炉，通常由不锈钢或耐热合金制成技术要点₂蒸馏温度必须精确控制温度过低，MgCl和Mg不能完全蒸发；温度过高，钛会与反应器材料反应，引入杂质法工艺关键控制点Kroll温度控制温度是Kroll法工艺中最关键的控制参数，影响反应速率、产品质量和设备安全镁熔化温度控制范围700-750°C控制要点•温度过低，镁不能完全熔化，影响反应效率•温度过高，镁蒸发速率增加，增加压力和安全风险•温度均匀性至关重要，通常采用多点测温反应温度控制范围850-950°C控制要点₄•温度过低，反应速率慢，TiCl可能未完全反应•温度过高（1000°C），加速设备腐蚀，增加钛与反应器材料反应风险₄•反应放热，需动态调整TiCl滴加速率和冷却强度气氛控制反应过程必须在高纯惰性气体保护下进行，防止钛与氧、氮等气体反应氩气纯度通常要求≥

99.999%，氧含量1ppm系统密封性必须严格检查，防止空气泄漏操作压力通常维持在

0.1-

0.2MPa的微正压，防止空气渗入气体置换反应前反复抽真空-充氩气，彻底排除空气安全警告Kroll反应炉若出现漏气或水浸入，可能引发剧烈反应甚至爆炸必须建立严格的安全监测和应急处理系统TiCl₄滴加速率影响法反应器结构及钛海绵样品KrollKroll法反应器结构详解反应器顶盖1₄可拆卸式顶盖，配备TiCl进料口、气体进出口、观察窗和压力表等通常采用水冷设计，防止过热密封采用金属环或高温石墨垫片反应器主体2圆筒形不锈钢容器，内径通常为

1.5-3米，高度2-4米壁厚2-4厘米，外部设有冷却系统内壁通常有特殊防护层，防止与钛直接接触加热系统3通常采用电阻加热或感应加热方式，均匀加热反应器现代设备采用多区控温，确保温度均匀性功率通常为500-1500kW冷却系统4水冷夹套或外部冷却盘管，控制反应温度冷却系统通常分区设计，可根据反应状况调整不同区域冷却强度TiCl₄给料系统5₄₄精密流量控制系统，将液态TiCl雾化后喷入反应器通常配备多重安全保护措施，防止误操作导致TiCl过量进入钛海绵样品特性钛海绵的物理特性钛海绵是一种多孔材料，具有独特的物理特性表观密度

0.8-

1.2g/cm³（远低于纯钛的

4.54g/cm³）孔隙率70-85%比表面积

0.5-

2.0m²/g颜色从灰黑色到银灰色，取决于纯度和表面氧化程度颗粒大小处理后通常为5-50mm不规则块状不同阶段钛海绵样品对比（从左至右原始海绵、初步处理、真空蒸馏后）钛海绵的化学成分分析第五章钛冶炼设备与工艺参数钛冶炼是一个复杂的系统工程，涉及多种专用设备和严格的工艺参数控制从氯化到还原，再到钛海绵处理，每个环节都需要特殊设计的设备和精确的参数控制，才能确保产品质量和生产安全本章将详细介绍钛冶炼各环节的关键设备及其工艺参数氯化系统₄将钛精矿转化为TiCl的核心设备，包括流化床反应炉、冷凝系统等纯化系统₄对TiCl进行精馏纯化的设备，包括多级精馏塔、冷凝器等还原系统₄Kroll法还原TiCl的设备，包括反应器、加热系统、控制系统等海绵处理系统对钛海绵进行处理的设备，包括真空蒸馏炉、破碎机、分选设备等熔炼系统将钛海绵熔炼成锭的设备，包括真空电弧炉、电子束炉等主要设备介绍氯化反应炉₄蒸馏塔系统氯化反应炉是钛冶炼的第一道关键设备，用于将钛矿物氯化为TiCl流化床氯化炉₄TiCl纯化的核心设备，通过精馏分离各种杂质结构多级板式或填料式精馏塔现代钛工业主流设备材质耐腐蚀不锈钢或玻璃衬里•结构垂直圆筒形，底部设有气体分布板规格直径

0.5-2米，高度10-30米•材质炉体通常为不锈钢，内衬碳化硅或高铝耐火材料理论板数20-30块•尺寸直径1-3米，高度5-10米操作压力

0.1-

0.3MPa•容量20-50吨/天温度区间50-200°C•特点连续操作，热效率高，反应完全设计要点固定床氯化炉₄₃₃蒸馏系统通常包括3-4个串联精馏塔，分别去除低沸点杂质SiCl等、高沸点杂质FeCl等和难分离杂质VOCl等早期使用较多，结构简单•结构水平或倾斜圆筒形，内部有转动装置•材质耐热钢，内衬耐火材料•尺寸直径1-2米，长度3-6米•容量5-15吨/天•特点间歇操作，投资少，但效率较低Kroll还原反应器工艺参数详解氯化工艺参数反应温度控制范围800-1200°C₂温度过低，反应速率慢，TiO转化不完全；温度过高，设备易损坏，且副反应增加最佳操作温度通常为900-1000°C，此时反应速率与设备寿命达到较好平衡反应气氛氯气纯度≥

99.5%氯气中的水分和氧气会与钛反应生成难处理的氧氯化钛，必须严格控制氯气纯度氯气流速也是关键参数，通常控制在1-2m/s，确保流化状态良好但不带走过多粉尘原料配比₂C/TiO摩尔比

2.0-

2.5碳既是还原剂也是催化剂，碳量过低，反应不完全；碳量过高，浪费且增加后处理难度碳的类型也很重要，通常使用石油焦或木炭，粒度控制在

0.1-

0.5mmTiCl₄纯化参数参数典型值影响₄蒸馏温度130-140°C接近TiCl沸点

136.4°C蒸馏压力

0.1-

0.3MPa影响沸点和分离效率回流比3:1-5:1影响分离效率和产量理论板数20-30块影响产品纯度还原工艺参数Kroll还原是钛冶炼的核心工艺，参数控制尤为关键设备维护与安全注意事项高温环境设备选材钛冶炼设备在高温、强腐蚀环境下运行，材料选择至关重要氯化反应炉关键材料选择•外壳高温合金钢，如310S、HR3C不锈钢•内衬碳化硅、高铝耐火砖，抗氯气腐蚀•管道镍基合金如Hastelloy或Inconel，耐高温氯气•密封特种石墨或陶瓷材料，确保高温气密性Kroll反应器关键材料选择•反应器本体不锈钢或镍基合金Inconel600/601•内衬钼、钨板或耐热钢可换内胆•加热元件碳化硅或钼丝加热元件•密封圈金属波纹管或特种合金密封定期维护计划钛冶炼设备需要严格的维护计划日常检查温度、压力、流量等参数监测，设备外观检查周期性检查每1-2个月进行一次详细检查，包括密封性、腐蚀情况等大修每1-2年进行一次大修，更换损耗部件，检查核心结构安全警告关键点检查特别关注焊缝、阀门、密封点等易损部位钛冶炼设备维护过程中，必须确保完全冷却、彻底置换内部气体，防止残留物与空气或水接触引发危险反应腐蚀控制措施钛冶炼设备面临严重腐蚀威胁，需采取特殊防护•定期检测关键部位壁厚，评估腐蚀速率•使用牺牲阳极或阴极保护系统减缓腐蚀•控制工艺参数，如温度、流速等，降低腐蚀速率•采用特种涂层或复合材料内衬延长设备寿命氯气及Mg的安全管理氯气安全镁安全废气处理第六章钛产品的后续加工与应用金属钛从海绵状态到最终应用产品，需要经过一系列的加工工艺钛的加工具有特殊性，由于其活泼的化学性质和独特的物理性能，传统金属加工方法往往需要调整和改进本章将介绍钛海绵的熔炼、成型、热处理等后续加工工艺，以及钛及其合金在各领域的具体应用熔炼将钛海绵熔炼成各种规格的钛锭，是钛加工的第一步成型通过热轧、冷轧、挤压等方法将钛锭加工成板材、管材、型材等热处理通过适当的热处理工艺调整钛合金的组织结构和性能表面处理对钛制品进行阳极氧化、化学处理等表面强化和美化处理应用在航空航天、医疗、化工等领域的广泛应用钛海绵加工成型熔炼锭材钛海绵必须经过熔炼才能转化为可加工的金属锭电极制备将钛海绵与合金元素混合后压制成电极，需在惰性气体保护下进行，防止氧化真空电弧熔炼VAR在高真空≤

0.1Pa环境下，使用电弧熔化电极，钛液滴入水冷铜坩埚中凝固成锭通常需要重熔2-3次以提高均匀性电子束熔炼EBM更高纯度要求时，采用电子束作为热源，在超高真空≤

0.001Pa下熔炼，可进一步降低气体杂质含量锭坯处理熔炼后的钛锭需进行表面清理、探伤检测，合格后进入下道工序热加工工艺钛锭的热加工是制造钛材的关键工序锻造通常在α+β相区750-950°C进行，使用液压机或锻锤破碎铸态组织热轧在900-950°C下进行，将锭坯轧制成板材、带材挤压用于生产管材、棒材和型材，温度通常为800-900°C旋锻生产无缝管和空心轴类零件的重要方法钛合金分类与性能钛合金的基本分类根据室温下的主要相组成，钛合金可分为三大类α型钛合金α+β型钛合金β型钛合金主要特点主要特点主要特点•室温下以α相HCP结构为主•室温下含有α相和β相BCC结构混合组织•室温下以β相为主或全β相•主要合金元素Al,O,N,C等α稳定元素•合金元素同时含有α稳定元素和β稳定元素•主要合金元素Mo,V,Nb,Fe等β稳定元素•典型合金TA1,TA2,Ti-5Al-

2.5Sn•典型合金TC4Ti-6Al-4V,Ti-6Al-6V-2Sn•典型合金Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn,Ti-15Mo-3Nb•性能特点耐热性好，焊接性好，蠕变抗力高，但强度较低•性能特点强度高，热处理性能好，综合性能优异•性能特点强度高，冷成形性好，密度较大•主要应用化工设备、换热器、耐热部件•主要应用航空结构件，发动机部件，医疗植入物•主要应用高强度紧固件，弹簧，航空结构件主要钛合金性能对比合金类型代表合金抗拉强度MPa屈服强度MPa伸长率%最高使用温度°C纯钛TA1Grade1240-330170-24024-30300α型Ti-5Al-

2.5Sn790-840760-79015-20500近α型Ti-8Al-1Mo-1V900-950830-88012-15550α+β型TC4Ti-6Al-4V900-1100830-98010-15400近β型Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo1150-12001050-11008-10350β型Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn1200-13001100-12005-8300典型应用领域与合金选择航空航天领域化工领域不同钛合金在飞机结构中的应用耐腐蚀设备中的钛合金选择TC4Ti-6Al-4V机身框架、压气机叶片、起落架TA1,TA2一般腐蚀环境下的换热器、反应釜Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo发动机压气机盘、涡轮盘Ti-

0.3Mo-

0.8Ni增强耐还原性酸的腐蚀Ti-5Al-

2.5Sn高温管道、排气系统Ti-

0.2Pd极强耐腐蚀性，用于严苛环境Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn高强度紧固件、弹簧Ti-3Al-

2.5V高压管道，强度高于纯钛医疗领域海洋工程医疗植入物对钛合金的特殊要求海水环境中的钛合金应用TC4ELITi-6Al-4V ELI髋关节、膝关节、骨钉TA2海水淡化设备、热交换器Ti-6Al-7Nb骨科植入物，替代TC4减少钒毒性Ti-6Al-4V潜水器结构件、高强度部件Ti-15Mo牙科植入物，生物相容性极佳Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo海洋平台关键结构钛制品典型案例分享航空发动机叶片航空发动机叶片是钛合金最典型的高端应用之一材料选择通常采用TC4Ti-6Al-4V或IMI834Ti-

5.8Al-4Sn-

3.5Zr-

0.7Nb-

0.5Mo-

0.35Si等高温钛合金前者用于风扇和低压压气机叶片，后者用于高压压气机叶片制造工艺典型工艺路线包括精密锻造→等温锻造→精密加工→化学铣削→表面处理→无损检测→装配先进工艺已开始应用3D打印技术制造复杂形状叶片性能要求叶片需同时满足高强度、良好的疲劳性能、蠕变抗力和抗外物损伤能力TC4叶片的抗拉强度通常达到950-1050MPa，工作温度可达350-400°C未来发展趋势与技术创新新型钛合金研发低成本钛合金高温钛合金生物医用钛合金研发方向研发方向研发方向•采用低成本合金元素如Fe、Mn、Cr替代昂贵元素如V、Mo•提高使用温度至650-700°C，拓展高温应用领域•低模量、无毒元素设计，提高生物相容性•典型合金Ti-Fe-O系、Ti-Mn系、Ti-

1.5Al-

6.8Mo-

4.5Fe•关键技术添加Si、Zr等元素提高高温稳定性•添加抗菌元素如Ag、Cu，降低感染风险•性能特点强度略低但成本大幅降低，适合大众消费品领域•典型合金Ti-22Al-25Nb、IMI

834、Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo•典型合金Ti-24Nb-4Zr-8Sn、Ti-35Nb-7Zr-5Ta•应用前景汽车零部件、建筑材料、消费电子产品•应用前景航空发动机高温部件、超音速飞行器热结构•应用前景新一代骨科植入物、可降解生物支架绿色冶炼技术探索电化学冶炼传统Kroll法能耗高、批次操作、效率低，新型冶炼技术正在探索中FFC剑桥法多种电化学方法正在研究中₂₂₂₂OS法在熔融MgCl中电解还原TiO原理在熔融CaCl中电解还原TiO直接得到金属钛EMR法熔盐电解物理分离钛和氧优势电解Kroll法电解替代热还原，降低能耗₂•能耗降低30-50%，CO排放大幅减少•一步直接从氧化物得到金属钛•可实现连续化生产挑战产品纯度控制、电解效率、设备腐蚀阿姆斯特朗法₄原理利用Na/H还原TiCl生成钛粉优势•连续化生产，自动化程度高•产品为细粉，便于后续加工•能耗较Kroll法降低约20%挑战钛粉纯度、工艺稳定性、安全控制结语钛冶炼是高技术、高附加值产业钛从矿石到金属的转化过程，涉及复杂的物理化学反应和精密的工艺控制它不仅是一门科学，更是一门艺术，需要深厚的理论基础和丰富的实践经验钛冶炼技术的掌握程度，直接反映一个国家的工业技术水平和创新能力掌握核心工艺，推动产业升级钛产业链长、技术复杂、附加值高，是现代工业体系中的重要组成部分通过本次培训，希望大家能够•掌握钛冶炼的基本原理和核心工艺参数•了解钛冶炼设备的构造和维护要点•认识钛及钛合金的性能特点和应用领域•把握钛工业的发展趋势和创新方向面向未来的钛工业钛工业正处于转型升级的关键时期，面临诸多机遇与挑战低成本化绿色化智能化通过工艺创新和规模化生产，降低钛材成本，拓展应用领域，实现钛从发展低能耗、低排放的冶炼技术，建立完善的回收利用体系，打造绿色利用数字化、智能化技术改造传统钛冶炼工艺，提高自动化水平和生产贵金属向常用金属的转变钛产业链，符合可持续发展要求效率，确保产品质量稳定一致钛冶炼作为国家战略性产业，关系到航空航天、国防军工、高端装备制造等重点领域的发展希望通过本次培训，能够激发大家对钛冶炼技术的兴趣和热情，为推动中国钛工业向更高水平发展贡献力量共创钛工业美好未来随着全球工业化进程的推进和人类对高性能材料需求的增加，钛材料的应用前景将更加广阔我们期待在座的每一位同仁，都能在钛冶炼领域不断探索、创新，为中国乃至世界钛工业的发展做出自己的贡献。