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中国钛加工材产量已居世界第一位

全球目前仅有中国、日本、美国、俄罗斯、哈萨克斯坦和乌克兰6个国家生产海绵, 且生产工艺全部采用Mg还原法。中国海绵钛生产能力位居第一,占全球产能的49%,其次是日本19%和俄罗斯14%,哈萨克斯坦约占8%,美国约7%,乌克兰3%。但中国近几年行业平均开工率一直保持在50~60%的低位,远低于国外80%左右的水平。2014年以来海绵钛行业陷入全行业亏损的困境,企业总体开工率持续降低。从其他国家来看,美国、俄罗斯、乌克兰的海绵钛产量保持平稳,哈萨克斯坦及日本产量有所减少。


由于钛在高温条件下化学性质十分活泼,易与氧、氮、碳、氢等元素发生反应,对提取纯钛造成极大影响,所以在钛冶金史上生产海绵钛的工艺一直比较复杂。至今海绵钛的生产工艺出现过很多种,但真正大规模工业化生产的只有Kroll 法和Hunter 法,其他的方法或已淘汰,或仍停留在实验室阶段。
Kroll 法(镁热还原法)
Kroll 法于1937 年由William Kroll 提出,并于1948 年实现海绵钛的工业规模生产。该法是目前世界上应用最广的海绵钛生产工艺。Kroll 法是在密闭的钢制反应器中进行的。将纯金属镁放入反应器中并充满惰性气体,加热使镁熔化,在800~900℃下,以一定的流速
通入TiCl4,使之与熔融的镁反应。反应式为:
TiCl4+2Mg=Ti+2MgCl2
在反应温度下,生成的MgCl2(熔点为714℃)呈液态,可以及时排放出来。在900~1000℃及一定真空度的条件下,将残留的MgCl2和Mg真空蒸馏出去,获得海绵状金属钛。反应产物MgCl2电解再生Mg 和Cl2,循环再用。

由于熔炼工艺复杂、加工难度大,目前世界上仅有美国、俄罗斯、日本、中国四个国家掌握完整的钛工业生产技术,形成四强称雄的格局。此外欧洲虽然没有海绵钛工业,但是钛加工材和应用技术处于世界先进水平。钛加工材生产国主要包括中国、美国、俄罗斯、日本、欧洲。自2010 年以来,中国钛加工材产量已居世界第一位。

世界各国由于军事、经济及工业水平的不同,其钛应用状况有较大的差异。在消费结构方面,美国和俄罗斯以军事为主航空航天分别占70%和60%,民用工业占30%和40%;中国和日本以民用为主,约占80~90%,而航空及军工占10~20%。美国是航空航天大国,也是世界上最大的军事强国。近年来其钛加工材的55%用于航空(包括军用及民用航空器)、9%用于非航空军工,25%用于工业,11%民用。与美国不同,日本钛工业以民用为主。其钛材消费结构为: 化工32%、销售业20%、汽车14%、民用11%、电力及海水淡化约10%、飞机6%、建筑、土木及海洋约3%,及其他4%。

目前, 俄罗斯钛材主要用于航空和舰船, 分别占65%及26%。欧洲钛应用主要集中在航空工业和民用工业, 前者占60%左右,后者占40%左右。欧洲有空中客车公司,有制造航空航天发动机的法国SAFRAN 公司和英国罗-罗公司, 其钛产业主要是围绕这些企业需求来展开和发展的。

主要消费领域是化工(约占52%)、电力(13%)、航空航天(11%)、体育休闲(5%)、冶金(6%)和真空制盐(4%)等行业。根据30 家企业的统计,2015 年中国共生产钛加工材48646t,从钛产品结构方面来看,板材占46.8%,钛棒材22.3%,管材13.2%,锻件8.7%,钛丝占0.9%、铸件占3.3%,其他占4.8%。

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