Плавка титановой губки
Для получения компактных слитков титана губку плавят в вакуумной дуговой электропечи во избежание загрязнения титана газами воздуха. Материал тигля также может загрязнить титан, поэтому плавку ведут в медной изложнице, стенки которой охлаждаются водой. Затвердевая около холодных стенок, титан не сплавляется с медью.
Слиток титана, помещенный на дно изложницы, служит одним полюсом дуги постоянного тока; прессованная губка титана является обычно другим электродом, опускаемым в изложницу сверху. Титановый электрод плавится и поэтому называется расходуемым. Длину дуги в печи регулируют с помощью соленоида, окружающего плавильное пространство. Схема универсальной дуговой вакуумной печи (УДВ) для плавки с расходуемыми электродами показана на рис. 5 . Она имеет устройство для вертикального перемещения электрода и опускания дна медной изложницы, чтобы получать длинные цилиндрические слитки титана.
Перед началом плавки тщательно сушат расходуемый электрод и откачивают воздух из плавильного пространства печи до остаточного давления, равного ~ 7 Па (0,05 мм рт. ст.). Опуская электрод, зажигают дугу и растягивают ее полем соленоида, ведя плавку при плотности тока 7-10 А/см2 слитка (при диаметре слитка 300-500 мм).
Медленно опуская дно изложницы, получают слиток титана, который приваривают к держателю электрода и повторяют переплавку. Как при первой, так и при второй плавке с расходуемым электродом длину дуги выдерживают около 20-35 мм, напряжение 30 В. Для получения сплавов титана с алюминием, марганцем, ванадием, хромом и другими металлами легирующие добавки примешивают к губке, поступающей на изготовление электрода для первой плавки. При второй плавке они окончательно и достаточно равномерно распределяются в объеме слитка.
Рис. 5. Схема вакуумно-дуговой печи с расходуемым электродом:
1-охлаждаемый водой поддон, 2-медный охлаждаемый водой
кристаллизатор, 3-слиток титана, 4- расходуемый электрод,
5-огарок, к которому приваривается расходуемый
электрод, 6-электродержатель, 7- соленоид.
Получение титана высокой чистоты
Обычная чистота титана, получаемого переплавкой губки, составляет
99,6-99,7%, однако требуется и более чистый металл, содержащий 99,9% титана и выше. Чистый титан получают в небольших количествах переработкой губки иодидным способом, использующим обратимость реакции Ti + 2I2TiI4
При температуре 100-200° С реакция протекает вправо, а при 1300-1400° С влево. Губку загружают в кольцевое пространство между стенкой реторты и молибденовой сеткой (рис. 6).
На молибденовых держателях зигзагообразно закрепляют проволоку из чистого титана диаметром 3-4мм и длиной около 10 м. После герметичного укрепления крышки и откачки воздуха до остаточного давления 0,1-0,01Па (10-4-10-5 мм рт. ст.) реторту помещают в термостат с температурой 100-200° С и внутри ее особым приспособлением разбивают ампулу с иодом. Пары иода, заполняя все пространство реторты, реагируют с титановой губкой и стружкой, образуя пары йодистого титана.
Рис.6. Схема металлического аппарата фирмы Вестингауз
для проведения иодидного процесса:
1-циркуляционная труба, 2-стенка реактора, 3- груз,
4- главный циркуляционный насос термостата, 5- испаритель
для иода, 6- электроды для подвода тока к нагревателю,
7- вентиль вакуумного отсоса, 8-электродвигатель для
циркуляционного насоса, 9-наружный слой титановой
губки, 10-многопетлевой нагреватель из чистого титана,
11- внутренний слой титановой губки, подлежащей
очистке, 12- внутренняя охлаждающая труба.
Титановую проволоку накаливают до 1300-1400° С, пропуская через нее ток. На раскаленной проволоке эти пары разлагаются, образуя кристаллы чистого титана, и освобождают иод, который вновь реагирует с титановой губкой, нагретой до 100-200° С,