摘　要： 分析了海綿鈦殘留氯化鎂對鈦及鈦合金熔鑄的影響。在鈦及鈦合金鑄錠生產(chǎn)過程中，由于氯化鎂吸濕現(xiàn)象導致壓制的電極塊出現(xiàn)白色析出物、一次錠表面有潮濕的黑斑以及真空系統(tǒng)內(nèi)沉積物水化等現(xiàn)象。殘留氯化鎂對真空熔煉及設(shè)備的危害主要有：①增大發(fā)氣量， 降低熔煉真空度； ②使鑄錠氣體雜質(zhì)含量偏高， 氣孔增加； ③使鑄錠中殘留的高熔點顆粒增加；④腐蝕真空系統(tǒng)， 降低設(shè)備壽命。最后對出現(xiàn)的問題， 提出了相應的預防措施。

    海綿鈦是輕而質(zhì)地堅硬且呈蜂窩狀的疏松產(chǎn)品，不能直接應用于鈦制產(chǎn)品生產(chǎn)，必須經(jīng)過高溫熔煉成致密的鈦錠才能應用于鈦材加工。用海綿鈦在真空自耗電弧爐熔煉鈦及鈦合金， 需要將海綿鈦顆粒及合金料壓制成塊， 組焊成自耗電極使用。鑄錠熔煉是在密閉的真空室中進行的，熔煉過程中不可能對熔體進行化學成分調(diào)整， 故海綿鈦對鑄錠質(zhì)量的控制起著非常重要的作用。鎂熱還原法生產(chǎn)的海綿鈦中，不可避免的會殘留有氯化鎂， 這些氯化鎂會對電極、鑄錠及熔煉設(shè)備產(chǎn)生不良影響。因此，研究海綿鈦中殘留氯化鎂對鈦及鈦合金熔鑄的影響，對生產(chǎn)實踐中提高產(chǎn)品質(zhì)量具有重要的意義。鎂熱法生產(chǎn)的海綿鈦殘留物主要為氯化鎂。氯化鎂呈無色六角晶體，密度為２暢３２ ｇ／ｃｍ３ ， 在空氣中易潮解生成水合物ＭｇＣｌ２· nＨ２ Ｏ。該水合物含水多少與接觸的空氣潮濕程度、接觸時間成正常溫穩(wěn)定相為六水氯化鎂，即ＭｇＣｌ２· ６Ｈ２ Ｏ， 呈白色， 為單斜晶體，。為了防止海綿鈦中殘留氯化鎂吸濕，海綿鈦出廠時包裝桶內(nèi)襯塑料袋被抽空、充氬保護。運抵熔鑄現(xiàn)場， 從打開包裝桶密封開始， 倒入料斗， 提升機上料， 再到注入壓模壓制電極塊過程，海綿鈦顆粒都在吸收空氣中的水分。由于海綿鈦顆粒表面疏松、多孔， 與空氣接觸表面積很大， 加上毛細管的吸附作用， 很容易吸收水分， 使殘留氯化鎂吸濕轉(zhuǎn)變。

    無水氯化鎂向六水氯化鎂轉(zhuǎn)變時， 因密度減小，體積必然增大， 因氯化鎂存在于海綿鈦毛細孔內(nèi)，受毛細管阻礙作用，在轉(zhuǎn)變過程中勢必沿著毛細管外伸， 逐漸在表面聚集長大。由于毛細管孔很小、數(shù)量眾多，一方面限制了更多的水分擴散進入毛細管， 使形成的含水氯化物不被溶解；另一方面使得轉(zhuǎn)變物細小， 呈彌散析出， 在表面分布與該區(qū)域氯化鎂殘留量成正比。電海綿鈦殘留氯化鎂吸濕轉(zhuǎn)變成含水氯化鎂，殘留氯化鎂越多， 吸濕就越嚴重， 使海綿鈦含氧、含氫量就越高， 危害就越大。

    ２殘留氯化鎂對鑄錠表面的影響

    殘留氯化鎂吸濕的危害

    氯化鎂在鑄錠表面沉積、吸濕轉(zhuǎn)變

    ３　殘留氯化鎂對真空熔煉過程的危害

    增大發(fā)氣量， 降低熔煉真空度

    真空自耗爐正常熔煉期的真空度一般穩(wěn)定在２ ～３ Ｐａ， 但當電極有氯化鎂析出物時， 發(fā)氣量會明顯增加， 抽氣負荷增大， 真空度會下降到１０ Ｐａ 左右。因此， 殘留氯化鎂會嚴重影響真空精煉控制過程， 致使脫氣不好，夾雜物殘留較多， 水洗后的一次鑄錠表面附著較厚的揮發(fā)物外殼。這與文獻描述的海綿鈦殘留氯化鎂的影響類似。增加氣體雜質(zhì)含量和氣孔數(shù)量海綿鈦中殘留的氯化鎂等雜質(zhì)，如果在熔煉過程中得不到快速脫除和揮發(fā)， 就會在凝固的鑄錠表皮以下和內(nèi)部形成氣孔。據(jù)統(tǒng)計，在雨季使用殘留氯化鎂高的海綿鈦原料， 鑄錠表層的氣孔數(shù)量明顯增加，扒皮量增大， 使鑄錠收得率下降。

    殘留高熔點顆粒，增大裂紋傾向

    一次鑄錠表面因海綿鈦殘留氯化鎂而形成的“黑斑”， 會使二次鑄錠中鈦的氧化物、氮化物、碳化合物等雜質(zhì)含量增加。伴隨鑄錠中高熔點鈦氧化物、氮化物和其它高熔點顆粒增加，會使得最終產(chǎn)品中出現(xiàn)裂紋的趨勢增加， 增大鈦材發(fā)生破壞事故的腐蝕真空系統(tǒng)，降低設(shè)備壽命真空加熱過程中， 含水氯化鎂脫水、分解，部分析出氯化氫和水蒸氣， 在管路系統(tǒng)中容易形成腐蝕性強的鹽酸，腐蝕設(shè)備， 導致漏氣等事故頻發(fā)，增加維護成本，縮短設(shè)備使用壽命。鑄錠冷凝過程， 在熔煉系統(tǒng)中析出類似于鑄錠表面的沉積物，隨爐次增加沉積物增厚， 會使抽真空操作越來越困難；同時， 沉積物遇空氣吸水潮解后“發(fā)粘”， 嚴重時出現(xiàn)水滴， 不容易清除， 使操作環(huán)境惡化。電極焊接過程相當于區(qū)域性熔煉，與真空自耗爐熔煉過程相似， 都有沉積物在真空等離子焊箱系統(tǒng)內(nèi)析出。海綿鈦殘留氯化鎂數(shù)量越多，焊箱內(nèi)腔表面沉積的氯化鎂就越多， 沉積層吸水就越嚴重，對等離子焊箱的破壞性就越大。

    ４　預防措施

    鎂熱還原法生產(chǎn)的海綿鈦， 不可避免會殘留有氯化鎂。要減少氯化鎂對鈦及鈦合金熔鑄的影響，除了選擇氯化鎂含量低的海綿鈦外， 可以從以下幾方面著手。

    避免海綿鈦長時間暴露在空氣中１　避免海綿鈦長時間暴露在空氣中一旦海綿鈦與空氣接觸，其中的氯化鎂就會吸濕開始潮解。這就要求從海綿鈦拆封到進真空爐這段時間需嚴格按工藝規(guī)程控制操作。尤其是在陰雨季節(jié)，應盡量縮短打開海綿鈦包裝桶到壓制成電極的時間， 減少海綿鈦吸濕對熔鑄的影響。稱混料運送海綿鈦顆粒過程加防護罩，及時處理相關(guān)設(shè)備事故， 合理安排生產(chǎn)節(jié)奏， 都是減少海綿鈦與空氣接觸的有效手段。

    杜絕海綿鈦與水接觸

    生產(chǎn)現(xiàn)場清掃與設(shè)備檢修時的清理， 常用自來水沖洗， 但對于存放海綿鈦的場所， 嚴禁用水沖洗。與海綿鈦接觸的設(shè)備、器具， 如果用水沖洗過，重新使用前須吹干。被水浸過的海綿鈦嚴禁直接使用。

    余料防水儲存：批次壓制電極常剩余海綿鈦料， 須按批號存放在有蓋容器內(nèi)，最好能密封， 且存放時間不宜過長。重新使用前，必須加熱烘烤處理； 若遇陰雨天氣，應適當提高加熱溫度。另外，配高牌號鑄錠應不用或盡量少用余料。熔煉穩(wěn)定操作， 減少電流沖擊在熔煉過程，電弧不穩(wěn)定、電流沖擊大， 鑄錠表面出現(xiàn)魚鱗狀波紋、長刺現(xiàn)象就嚴重，就越容易沉積揮發(fā)物。因此， 穩(wěn)定電弧， 減小電流沖擊， 有利于減少揮發(fā)物在鑄錠表面的沉積。及時清除沉積物：電極、鑄錠表面和真空系統(tǒng)內(nèi)的沉積物有害無利， 必須按以下方法及時清除

    （１）對表面出現(xiàn)析出物的電極， 須采用清掃工具清除后再使用， 同時在加熱除濕過程中，適當提高溫度， 延長保溫時間。

    （２）從坩堝中脫出鑄錠， 用水沖洗鑄錠表面覆蓋物時， 輔助清掃工具帶走盡量多的表面沉積物；二次熔煉入爐前，一定要徹底清除一次鑄錠表面的殘余物。

    （３）定期清除真空管路系統(tǒng)內(nèi)的沉積物， 不要等設(shè)備維修時才清理。等離子焊箱內(nèi)腔表面和真爐膛抽氣管內(nèi)的沉積物量大， 容易聚積增厚， 吸濕后不易清理， 應建立每班次（或爐次）清理沉積物制度。

    5 結(jié)束語

    海綿鈦殘留氯化鎂的吸潮水解對鈦及鈦合金鑄錠質(zhì)量有直接影響， 沉積在真空系統(tǒng)的氯化鎂水化，還會腐蝕系統(tǒng)， 縮短設(shè)備壽命。因此，在鈦及鈦合金鑄錠的生產(chǎn)過程中， 一方面要嚴格控制原材料的質(zhì)量，選擇氯含量較低的海綿鈦， 并且盡量縮短海綿鈦混料周期和電極塊壓制周期，避免長時間暴露在空氣中； 另一方面要及時清除電極表面、一次鑄

    錠表面和真空系統(tǒng)內(nèi)的沉積物。只有這樣，才能保證鈦及鈦合金鑄錠的質(zhì)量， 延長設(shè)備的使用壽命。

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責任編輯：龐雪潔

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