Od rude do gotovog proizvoda: poteškoće procesa i otkrića u titanu

Titan spada među prvih deset metala po rezervama u kori i nije rijedak resurs. Unatoč tome, pretvaranje ruda ilmenita i rutila u materijale na bazi titana uključuje goleme metalurške i procesne izazove. Zahvaljujući kontinuiranom istraživanju i razvoju te industrijskim naporima, postignuti su brojni tehnički pomaci u industrijskom lancu titana, koji obuhvaćaju obogaćivanje rude, taljenje spužve od titana, kovanje taljenjem i preciznu strojnu obradu, postupno rušeći tehničke prepreke zavrhunski materijali od titana.

 

 

 

 

1. Oplemenjivanje i obogaćivanje rude

Sirovine: ilmenit, rutil
Proces: gravitacijska separacija, magnetska separacija, flotacija → koncentrat s visokim sadržajem titana

 

2. Redukcija kloriranja za proizvodnju titanijske spužve

Proces: visokotemperaturno kloriranje + rektifikacijsko pročišćavanje → titan tetraklorid; Kroll proces → vakuumska destilacija za uklanjanje nečistoća, drobljenje i prosijavanje → titanska spužva

 

3. Vakuumsko taljenje i lijevanje za proizvodnju titanskih ingota

Proces: legirajući elementi kao što su aluminij, vanadij i molibden dodaju se titanskoj spužvi, nakon čega slijedi vakuumsko taljenje i lijevanje → ingoti od titana

 

4. Obrada pod pritiskom i precizna proizvodnja proizvoda od titana

Proces: kovanje, valjanje, ekstruzija, zavarivanje, toplinska obrada → gotovi proizvodi uključujući šipke od titana, ploče, cijevi i otkivke

Primjene: zrakoplovstvo, pomorsko inženjerstvo, medicinski uređaji, klor-alkalna oprema i druga polja

 

 

1. Izazovi u obogaćivanju rude i kloriranju

Prirodni ilmenit ima nizak sadržaj titan dioksida i obilje nečistoća. Proizvodnja troske s visokim udjelom titana/sintetičkog rutila zahtijeva dugotrajne postupke nadogradnje s velikom potrošnjom energije. Kloriranje stvara visoko korozivni titan tetraklorid, uzrokujući ozbiljno trošenje opreme. Rektifikacija-pročišćavanje sirovog titanijevog tetraklorida uključuje složene tijekove rada, što dovodi do značajnog gubitka materijala i velikog pritiska za odlaganje nusproizvoda.

 

2. Nedostaci u topljenju spužve od titana

Uobičajena Kroll toplinska redukcija magnezija proizvodna je tehnologija šaržnog načina rada. Pojedinačni ciklus peći traje od nekoliko dana do više od deset dana, diskontinuiran za razliku od proizvodnje čelika ili aluminija, što rezultira niskom učinkovitošću i velikom potrošnjom energije. Zaštita od inertnog plina visoke čistoće potrebna je tijekom cijelog procesa, a oprema za recikliranje magnezij-magnezijevog klorida je sofisticirana. Porozna struktura titanske spužve sklona je uhvatiti nečistoće, postavljajući stroge zahtjeve za brtvljenje, kvalitetu sirovina i radnu kontrolu. Manji pogrešan rad može degradirati cijelu seriju peći, stvarajući velike prepreke za proizvodnju titanijske spužve za zrakoplove.

 

3. Poteškoće u topljenju, lijevanju i kovanju

Taljenje titanijske spužve mora se provoditi u vakuumu ili inertnoj atmosferi. Ingoti od titana velikih dimenzija skloni su segregaciji sastava i defektima uključivanja. Legure titana pokazuju visoku otpornost na deformaciju, uske temperaturne prozore obrade, osjetljivost na skupljanje nečistoća i oksidaciju na visokim temperaturama i lošu mogućnost oblikovanja na niskim temperaturama. Legure titana pokazuju visoku viskoznost tijekom rezanja, što dovodi do velikog trošenja alata. Gubitak materijala tijekom strojne obrade komponenti od lijevanih poluga može premašiti 70%, povećavajući ukupne troškove. Zavarivanje u dodiru sa zrakom stvara krhke oksidne slojeve, a iznimno strogi standardi kvalitete zavarivanja vrijede za zrakoplovnu i dubokomorsku opremu.

 

4. Izazovi u kontroli performansi vrhunskih legura

Zrakoplovna, svemirska, dubokomorska tehnika, medicina i druge primjene nameću različite zahtjeve za performansama legura titana. Male varijacije u formulaciji legure, postupcima taljenja-hlađenja i parametrima toplinske obrade mogu promijeniti svojstva materijala, stvarajući visoke tehničke prepreke za vrhunske legure titana.

 

 

1. Taljenje spužve od titana

Domaće velike redukcijsko-destilacijske peći postigle su lokalizaciju. Peći velike tonaže poboljšavaju proizvodnju i kvalitetu titanijske spužve dok istovremeno smanjuju potrošnju energije, povećavaju udio proizvoda za zrakoplovnu upotrebu i smanjuju oslanjanje na uvozne vrhunske zalihe. Optimizirana cirkulacija magnezija i klora smanjuje troškove i zagađenje za tradicionalni Krollov put. Nove tehnologije elektrolize rastaljene soli kao što su FFC i USTB mogu izravno proizvesti titan i preskočiti korak kloriranja, ali ostaju u laboratorijskoj fazi bez primjene u industrijskim razmjerima.

 

2. Topljenje ingota

Taljenje s hladnim ložištem elektronskim snopom je industrijalizirano. Rješava inkluzijske defekte u ingotima, omogućuje recikliranje titanijskog otpada i proizvodi velike ingote od titana visoke čistoće, razbijajući strane monopole. Višestupanjsko taljenje ublažava segregaciju sastava. Domaći ingoti od titanijske legure velikih dimenzija podržavaju proizvodnju ključne nacionalne opreme kao što su veliki zrakoplovi i podmornice s ljudskom posadom za operacije na dubini od 10 000-metara.

 

3. Obrada pod pritiskom

Puštena je u rad oprema domaće proizvodnje, uključujući preše za brzo kovanje od deset tisuća tona i valjaonice za vruće kontinuirano valjanje titanijske trake. Omogućuju masovnu proizvodnju materijala od titana široke širine, velikih dimenzija i tankih stijenki. Proizvodi kao što su 2,5 mm Gr5 vruće valjane zavojnice i 0,1 mm ultratanke titanijske trake služe za gorivne ćelije, 3C i kemijsku industriju. Kompozitni materijali čelik-titan i oblikovanje gotovo neto oblika smanjuju gubitak materijala. Napredne tehnologije zavarivanja omogućuju izradu komponenti velikih razmjera kao što su brodski cilindri otporni na pritisak i supstratni materijali za klor-alkalne DSA anode.

 

4.Razvoj legura i proizvodnja aditiva

Nezavisno razvijene legure titana zadovoljavaju ekstremne radne uvjete za opremu za duboko more i zrakoplovne motore. Ostvarena je masovna proizvodnja praha za 3D-ispis titana za nosive komponente zrakoplova. Naknadna obrada poboljšava otpornost na zamor aditivno proizvedenih dijelova, a oblikovanje gotovo neto oblika smanjuje potrošnju materijala tijekom proizvodnje.

 

Ruihang je izravni proizvođač proizvoda od titana, opskrbljujući sirovinama optimalne kvalitete za vaše precizne komponente. Za više detalja, slobodno nas kontaktirajte putem e-pošte:Sam.Rui@bjrh-titanium.com