Tóm tắt của Titanium mới nổi Công nghệ giảm chi phí

Tóm tắt của Titanium mới nổi
Công nghệ giảm chi phí,
Một nghiên cứu thực
hiện cho
Bộ Năng lượng và
Phòng thí nghiệm quốc
gia Oak Ridge thầu phụ
Mỹ.4000023694

By:
EHKTechnologies
10917 SE Burlington
Dr.
Vancouver, WA 98664
Phone: 360-896-0031
Fax: 360-896-0032
www.ehktechnologies.com

Date Published: January 2004

Research sponsored by the U.S. Department of Energy, Assistant Secretary for Energy Efficiency and
Renewable Energy, Office of Freedom Car and Vehicle Technologies, as part of the Heavy Vehicle
Propulsion Materials Program, under contract DE-AC05-00OR22725 with UT-Battelle, LLC.


Summary of Emerging Low Cost Titanium Technologies
For US Dept. of Energy / Oak Ridge National Laboratory

EHKTechnologies
Page ii

Contents
Section

1.0
2.0
3.0

4.0

5.0

6.0
7.0
8.0

Page

List of Figures
List of Tables
Summary of Findings
Introduction
Conventional Processing
3.1
Titanium Raw Material - Sponge
3.2
Melting, Ingot and Slab Casting
3.2.1 Vacuum Arc Remelting
3.2.2 Cold Hearth Melting
3.2.3 Electroslag Remelting

3.3
Mill Processing of Bar, Plate and Strip
Emerging Reduction Technologies
4.1
FFC / Cambridge Process
4.2
Armstrong Process
4.3
MER Corporation
4.4
SRI International
4.5
BHP Billiton
4.6
Idaho Titanium Technologies
4.7
Ginatta
4.8
OS Process
4.9
Millennium Chemical
4.10 MIR - Chem
4.11 CSIR
4.12 Quebec (Rio Tinto) Iron and Titanium
4.13 University of Tokyo, EMR / MSE Process
4.14 University of Tokyo, Preform Reduction Process
4.15 Vartech
4.16 Northwest Institute for Non-Ferrous Metals
4.17 Idaho Research Foundation
Developing Alloy and Product Technologies

5.1
Alloy Development
5.2
Powder Consolidation
5.3
Solid Freeform Fabrication
5.4
Applications
References
Acknowledgements
Distribution

Summary of Emerging Low Cost Titanium Technologies
For US Dept. of Energy / Oak Ridge National Laboratory

iii
iii
1
5
7
7
8
8
9
11
11
12
12
14
16

16
18
19
20
21
22
23
23
23
25
26
27
27
28
29
29
30
31
33
35
39
40

EHKTechnologies
Page iii


List of Figures
Figure
1.

2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.

14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.

Page

Reduction in Process Steps by Emerging Reduction Technologies
Relative Cost Factors for Conventional Mill Processing of 1” Ti Alloy
Plate
Overview of Titanium Sponge Production
Titanium Sponge
Flow Diagram for Double Vacuum Arc Remelt Process for Titanium
Ingot
Schematic of Galt Alloys Plasma Arc Melting Process
Slab Produced by Antares Electron Beam Furnace
Schematic of ALD Vacuum Technologies Electroslag Remelting
Furnace with Inert Gas Atmosphere
Schematic Description of the FFC-Cambridge Process
Schematic Description of the FFC-Cambridge Process Reduction Step
Armstrong / ITP Process Flow Diagram
Schematic of the MER Composite Anode Process
Titanium deposits in, a) Particulate, b) Flake, and c) Continuous form,
produced by various salt compositions and operating conditions of the
MER Process
Schematic of SRI International Ti Powder Production Process
Ti-Si-V alloy deposited on 23 µm Si spheres with the
SRI International Process
Solidified Electrolyte and Ti Cathode from Ginatta Process
Schematic of OS Calciothermic Process for TiO2 Reduction
Basic Concept of QIT Electrolytic Ti Production
Schematic of Okabe EMR / MSE Process
Titanium Produced by the EMR / MSE Process
Schematic of Okabe Preform Reduction Process
Ti Powder Produced by the Okabe Preform Reduction Process
in 6 hrs and Ca/Ti Ratio of 0.5

Characteristics of Gum Metal
STL File, E Beam Process and Finished SFF Part
Complex Ti-6-4 Parts by Trumpf Laser Melting Technology
AeroMet Laser Additive Manufacturing Using Powder
H&R Technologies‟ Laser Flat Wire Deposition
Schematic of MER Corp. Plasma Transferred Arc SFF Fabrication
Process and Deposited Ti-6Al-4V Alloy Preform

2
7
8
9
10
10
10
11
13
13
15
17

17
18
18
21
22
25
26
26
27

27
29
32
32
32
33
33

List of Tables
Table
1.
2.

Page

Summary of Emerging Reduction Technologies
Summary of Ti Alloy Pressing Procedures from du Pont Patents

Summary of Emerging Low Cost Titanium Technologies
For US Dept. of Energy / Oak Ridge National Laboratory

4
31

EHKTechnologies
Page iv


1.0 Summary of Findings
Mục đích của nghiên cứu này là để điều tra và tóm tắt các dự án phát triển hiện đang được

thực hiện bởi các tổ chức trên toàn thế giới công nghệ mới để sản xuất kim loại titan. Tập
trung chủ yếu là trên các công nghệ mới để giảm oxit titan mang đến kim loại titan. Mười sáu
như các dự án công nghệ giảm đã được xác định và được mô tả . Trong khi không có yêu
cầu bồi thường được thực hiện mà danh sách này có tất cả như vậy dự án , nó được cho là
bao gồm một phần lớn của những nỗ lực đó . nhiều thêm công nghệ được xem xét mà gần
đây đã được báo cáo , và có thể là của quan tâm đến các ứng dụng xe cộ . Một phần ban
đầu của báo cáo này cung cấp một bản tóm tắt tóm tắt các công nghệ truyền thống sử dụng
hiện nay để sản xuất Ti . Đây là bao gồm cung cấp một điểm tham chiếu cho việc xem xét
các tác động của công nghệ mới để giảm chi phí . Sự nhấn mạnh vào công nghệ giảm chi
phí là những người có khả năng làm giảm giá thành sản phẩm titan cuối cùng của rất một
lượng đáng kể vào khoảng 30% , 50% hoặc nhiều hơn. Nghiên cứu này không giải quyết các
cải tiến liên tục liên tục và đổi mới trong sản xuất hiện nay công nghệ được dự kiến sẽ cung
cấp những cải tiến về trình tự của 5% đến có lẽ 15%.
Các sản phẩm thương mại cuối cùng của một số công nghệ mới nổi giảm không thể được
xác định tại thời điểm này. Một số có thể được sử dụng để sản xuất nhiều hơn một sản
phẩm hình thức, ví dụ, một quá trình có thể được tối ưu hóa cho sản xuất của một trong hai
rắn Ti hoặc một dạng hạt hoặc sản phẩm bột. Tuy nhiên, quá trình có thể được nhóm lại chia
thành những người sẽ sản xuất phôi rắn, phôi thép hoặc sàn, và những người sẽ sản xuất
một số hình thức bọt biển, dạng hạt hay sản phẩm bột. Hình 1 cho thấy một chuỗi chung của
quá trình bước sản xuất thông thường của sản phẩm máy hút chân không sử dụng titan Arc
nóng chảy.
Hình cũng cho thấy phạm vi của các bước quá trình đó sẽ được thay thế bằng công nghệ
thay thế khác nhau. Số lượng các bước quá trình thay thế bằng công nghệ mới nổi khác
nhau giữa các phương pháp tiếp cận, và trong một số trường hợp đã không được cuối cùng
xác định.
Sản xuất một sản phẩm xốp được sử dụng như là một thay thế cho Kroll miếng bọt biển
không không xuất hiện là có tiềm năng để giảm chi phí lớn. Các quá trình mà có thể cung
cấp tất cả các miếng bọt biển sử dụng một số hình thức điện halogen hay khử kim loại mà sẽ
cần phải được tách ra từ sản phẩm xốp. Ngoài ra, nếu quá trình này không sử dụng TiCl4
lọc nguyên liệu, sau đó một quá trình như vậy phải được sử dụng. bất cứ giá nào giảm từ Na

giảm hiện tại của TiCl4 không thể được dự kiến sẽ mang lại thức giảm giá thành sản phẩm
của hơn 5 - 10%. Quá trình này có thể thay thế chỉ lên đến một vài bước trong con đường
quá trình thông thường mô tả trong hình 1.
Công nghệ nóng chảy lạnh lò sưởi được mô tả ngắn gọn trong chế biến thông thường
phần của báo cáo này. Những công nghệ này cung cấp các dịch cần thiết gia tăng cải thiện
tính kinh tế của sản xuất. Hình 1 cho thấy họ thay thế nhiều các bước chế biến VAR thông
thường, mặc dù đối với một số ứng dụng VAR phải vẫn còn được sử dụng để làm tan thức.
Ngoài các bước quá trình ít hơn, chất lượng sản phẩm có thể được cải thiện khi sử dụng
phế liệu cao cấp, mà tự nó là giảm chi phí.
Summary of Emerging Low Cost Titanium Technologies
For US Dept. of Energy / Oak Ridge National Laboratory

EHKTechnologies
Page 1


measure. Finally, these processes may be used to produce rectangular blooms or
slabs, which require fewer hot working operations, with the accompanying cost savings.
Ore Beneficiation
TiO2 Chlorination
TiCl4 Distillation
Mg Reduction
Sponge Purification

VAR
2-3X
Ingot Condition

Direct Powder

Weld Electrode

Direct Slab

Compact

Cold Hearth

Blend Sponge,
Scrap, Alloy

Conventional VAR

Comminution

Homogenize
?X
Breakdown
Hot Work
?X

Reheat
Condition
Hot Roll

?X

Anneal
Condition
Cold Roll

Process Will Replace These Steps

Anneal

Process May Replace These Steps

?X

Fig. 1 Reduction in Process Steps By Emerging Reduction Technologies.
The group of emerging processes labeled “Direct Slab” in Figure 1 is those that either
produces liquid, which can be cast into rectangular slab, or which directly produce solid
slab. Depending on the process, these may replace several of the initial steps in the
Summary of Emerging Low Cost Titanium Technologies
For US Dept. of Energy / Oak Ridge National Laboratory

EHKTechnologies
Page 2


Kroll trình. Không ai trong số các quá trình này được biết là có phôi tròn là sản phẩm mục
tiêu của họ, nhưng dự kiến sẽ sản xuất hoa hình chữ nhật, phôi thép hoặc tấm trực
tiếp,trong một chuỗi quá trình duy nhất. Chung với lò sưởi lạnh, các quá trình này sẽ không
đòi hỏi chu kỳ lặp lại của bất kỳ quá trình bước. Hình thức của sản phẩm cuối cùng sẽ xác
định khoảng cách dọc theo chuỗi quá trình thông thường những công nghệ mới sẽ cung
cấp thay thế. Mối quan tâm chung với lớp học này của quá trình là: mức độ đồng nhất hóa
được cung cấp, khả năng cung cấp, hợp kim đa yếu tố phức tạp trong dung sai hóa học
cần thiết; điều kiện bề mặt sản xuất bởi một số các quy trình mà không cần điều rộng.
Nhóm các công nghệ mới nổi được dán nhãn " bột trực tiếp " trong hình 1 là những người
có hạt hoặc bột là sản phẩm mục tiêu của họ . Không mô tả trong hình này là bất kỳ

bước xử lý được yêu cầu để làm sạch bột và quá trình tiếp tục vào sử dụng được
hình thức. Bột này thành phẩm hoặc vật liệu hạt có thể sử dụng được ở một số tiếp theo
quy trình sản xuất sản phẩm cuối cùng . Titan luyện kim bột là một ngành công nghiệp rất
nhỏ do cả chi phí hiện nay cao của bột chất lượng , sự cần thiết cho các cơ sở chuyên
ngành và quy trình xử lý bột phản ứng, và ô nhiễm bởi chất thải của loại bỏ chất kết dính.
Các công nghệ bột mới có thể được dự kiến sẽ thấp hơn đáng kể chi phí bột, do đó cung cấp
động cơ để giải quyết các vấn đề khác . Dạng bột, hạt cũng có thể được sử dụng làm
nguyên liệu cho một loạt các quy trình nén và thiêu kết với mục tiêu cung cấp các sản phẩm
máy như tấm, dải, tấm, thanh , dây điện và rèn phôi . Rất ít công việc đã được thực hiện , tuy
nhiên , về việc sử dụng bột cho các quá trình ở hạ lưu. Sử dụng titan CP hỗn hợp và hợp kim
nguyên tố pha trộn cho sản xuất các hợp kim phức tạp đã được chứng minh . Lời hứa của
một tuyến đường trực tiếp đến thành phẩm như vậy sẽ cung cấp động lực cho sự phát triển
của các phương pháp này .
Tiết kiệm chi phí đáng kể bằng cách thay thế một số lượng lớn các bước quá trình xuất hiện
có giá trị nỗ lực . Mối quan tâm chung với lớp học này của quá trình bao gồm: mức độ thấp
kinh nghiệm trong việc sử dụng bột để sản xuất sản phẩm nhà máy , những phản ứng bột /
hạt trong quá trình sử dụng nó để làm cho sản phẩm nhà máy.
Như đã đề cập , mười sáu dự án phát triển cho quá trình giảm oxit mới có được xác định.
Một số được biết đến , trong khi những người khác đã chỉ được tiết lộ. bảng 1 danh sách các
quá trình này , tổ chức thực hiện phát triển , và nói chung bản chất của sản phẩm dự kiến .
Trong một số trường hợp chi tiết đáng kể đã được thu được ,trong khi ít đã được phát hành
trên một số nỗ lực . Bảng trình bày danh sách trong ngẫu nhiên trật tự. Các chi tiết của các
tiến trình đã được phát hành được cung cấp trong báo cáo . Một số quy trình hoạt động bằng
cách giảm một halogen titan. Nhiều sử dụng một số hình thức giảm điện trong khi vẫn còn
những người khác dựa trên metallochemical hoặc giảm metallothermic . Tài liệu tham khảo
được cung cấp trong nhiều trường hợp để nghiên cứu thêm của các cơ chế . Nhiều người
trong số các dự án đang trong giai đoạn rất sớm của sự phát triển quá rằng tối ưu hóa và mở
rộng quy mô nhiều năm trong tương lai. Những nỗ lực khác được báo cáo được, hoặc trong
giai đoạn thí điểm hoặc gần để mở rộng . Không có ý kiến được thể hiện như các khả năng
thành công của bất kỳ của các quá trình này . Đủ cái nhìn sâu sắc đã được đạt được , và tiến

bộ đã chứng minh , tuy nhiên, để có niềm tin rằng một số trong những phát triển sẽ thành
công trong thương mại.

Summary of Emerging Low Cost Titanium Technologies
For US Dept. of Energy / Oak Ridge National Laboratory

EHKTechnologies
Page 3


Không có nỗ lực đã được thực hiện cho được như toàn diện trong việc điều tra các nhóm
khác mới nổi công nghệ titan. Có rất nhiều nỗ lực trong việc phát triển các hợp kim mới với
giảm chi phí thông qua việc sử dụng các hợp kim chủ chi phí thấp. Tiếp tục nỗ lực mạnh mẽ
trên phát triển intermetallics titan. Chế tạo freeform rắn titan tại là được thương mại hóa, đặc
biệt là sử dụng thêm cổ phiếu để cơ cấu để giảm công. Titan tiếp tục tìm thấy các ứng dụng
mới trong công nghiệp, người tiêu dùng và các ứng dụng xe cộ cũng như các ứng dụng quốc
phòng mới tiềm năng. Như lời hứa của giảm chi phí đáng kể được thực hiện thông qua các
công nghệ mới nổi thảo luận, như cũng như những người khác được công bố, các ứng dụng
và thay thế cho titan kim loại khác có thể được dự kiến sẽ tăng.
Table 1 Summary of Emerging Reduction Technologies
Name /
Process
Product(s)
Organization
Electrolytic reduction of partially
Powder Block
FFC / Cambridge Univ. / sintered TiO2 electrode in molten
Quinetiq / TIMET
CaCl2
Liquid Na reduction of TiCl4 vapor

Powder
Armstrong /
International Ti Powder Anode reduction of TiO2, transport Powder, Flake or Solid
MER Corp.
through mixed halide electrolyte and Slab
deposition on cathode
Fluidized bed reduction of Ti halide Powder, Granule
SRI International
No details available
NA
BHP Billiton
Powder
Hydrogen reduction of TiCl4
Idaho Titanium
plasma
Technologies
Electrolytic reduction of TiCl4 vapor Liquid Ti, either tapped
GTT s.r.l. (Ginatta)
dissolved in molten electrolyte
or solidified as slab
Calciothermic reduction of TiO2
Powder / sponge
OS (Ono / Suzuki;
Kyoto Univ.)
No details available
Powder
Millenium Chemical
I2 reduction of TiO2 in ”shaking
Particles
MIR Chem

reactor”
H2 reduction of TiCl4
Sponge
CSIR (S. Africa)
Ti Liquid
Electrolytic reduction of Ti slag
Quebec Fe & Ti (Rio
Tinto)
Electrolytic cell between TiO2 and Highly porous Ti powder
EMR / MSE (Univ. of
compact
liquid Ca alloy reduces TiO2
Tokyo)
Reduction of TiO2 reduction by Ca Ti powder compact
Preform Reduction
Gaseous reduction of TiCl4 vapor Powder
Vartech
Mechanochemical Reduction of Powder
Idaho Research
liquid TiCl4
Foundation

Summary of Emerging Low Cost Titanium Technologies
For US Dept. of Energy / Oak Ridge National Laboratory

EHKTechnologies
Page 4


2.0 Introduction

Titan là nguyên tố phổ biến nhất thứ chín, bao gồm 0,6% của vỏ trái đất. nó là cũng là tài liệu
thứ tư phổ biến nhất sau khi cấu trúc nhôm (8,1%), sắt (5,1%) và magiê (2,1%). Trong bốn
yếu tố, chỉ nhôm có một năng lượng miễn phí cao hơn cho giảm oxit của nó. Tuy nhiên, năm
1997 sản xuất titan Mỹ, bao gồm cả phế liệu tái chế, chỉ 48.000 tấn, so với 138.000 tấn của
Mg, 7,2 triệu mét tấn Al, và 99 triệu tấn thép. Ngược lại, giá ($ / tấn) cho các kim loại trong 97
là $ 9,656 (Ti xốp), $ 3460 (Mg), $ 1440 (Al) và $ 625 (thép).
Lý do cho sự khác biệt này trong giá cả và khối lượng sản xuất chủ yếu là do các
phản ứng cao của titan. Titan có một mối quan hệ tuyệt vời cho oxy, nitơ , cacbon và
hydro. Mặc dù năng lượng của sự hình thành của TiO2 là ít hơn so với Al2O3 ,không có quá
trình luyện tương tự như sử dụng cho nhôm đã thành công. các Kroll quá trình thanh lọc và
tiếp theo các hoạt động sử dụng cho phần lớn các titan sản xuất năng lượng , vật liệu và tiền
bạc, để các miếng bọt biển sản xuất hiện đang bán với giá $ 3,50-4,00 mỗi pound . Kể từ khi
khoảng một nửa số titan sản xuất được sử dụng trong các ứng dụng hàng không vũ trụ , và
đây là những lợi nhuận cao nhất các ứng dụng , các yêu cầu của ngành công nghiệp này đã
thống trị công nghệ sản xuất .
Yêu cầu nghiêm ngặt tài sản sai khiến mức rất thấp của các khuyết tật cấu vi . làm tan chảy
chế biến hoặc chân không hoặc khí trơ do đó yêu cầu. đôi và thậm chí tự tan chảy ba là phổ
biến. Xử lý nhà máy , chẳng hạn như chuyển đổi phôi bằng cán nóng và rèn chỉ có thể được
thực hiện trong không khí , vì vậy mà nhiều bước điều ( oxit và loại bỏ khiếm khuyết bề mặt
) là bắt buộc . Mất năng suất và chi phí của các hoạt động này điều có thể đóng góp một nửa
chi phí của tấm và thanh sản phẩm . Giá cuối cùng cho các sản phẩm nhà máy titan do đó
dao động từ mức thấp ~ $ 8/lb đến $ 20/lb và đôi khi cao hơn nhiều, tùy thuộc vào hình thức,
đặc điểm kỹ thuật , số lượng, hợp kim và nhà nước của các chu kỳ kinh tế hàng không vũ trụ.
Những nỗ lực để giảm chi phí của các sản phẩm titan tiếp tục không bị gián đoạn thực
tế từ đầu của ngành công nghiệp . Đã có tiến bộ trong việc cải thiện hiệu quả các tuyến
đường quy trình thông thường, và trong sự phát triển của một số lựa chọn thay thế quá
trình .Không ai trong số những nỗ lực này , tuy nhiên , đã cung cấp giá ngang với các
vật liệu cạnh tranh . Trong những năm gần đây , đã có sự gia tăng của lãi suất trong
các tuyến đường thay thế cho sản phẩm titan. Hầu hết các nỗ lực này là hướng vào
thay thế cho sử dụng các thỏi đúc từ hồ quang chân không đôi hoặc gấp ba remelted

Kroll quá trình xốp. Mục tiêu bao gồm cung cấp hoặc thấp hơn chi phí phôi thép / sàn,
hoặc sản xuất chất lượng cao bột với chi phí thấp . Tấm chi phí thấp hơn có khả năng
làm giảm giá thành sản phẩm của cả hai giảm chi phí đúc, và loại bỏ các phôi bước
phân tích . những nỗ lực để sản xuất bột chi phí thấp có thể được xem hoặc là cung cấp
một thay thế cho miếng bọt biển trong quá trình đúc phôi / tấm , hoặc cung cấp nguyên
liệu cho các tuyến đường thay thế cho nhà máy sản phẩm và cho luyện kim bột thông
thường.
Mục tiêu của báo cáo này là xem xét các nỗ lực phát triển công nghệ mới cho
sản xuất titan. Một bản tóm tắt của công nghệ thông thường được cung cấp , cùng với
Mô tả của một số các nỗ lực cải tiến hiện nay . Mười sáu phương pháp tiếp cận.
Summary of Emerging Low Cost Titanium Technologies
For US Dept. of Energy / Oak Ridge National Laboratory

EHKTechnologies
Page 5


giảm oxit titan để tinh khiết và hợp kim Ti đã được tìm thấy . Những nỗ lực này được
mô tả về mức độ chi tiết khác nhau tuỳ thuộc vào tình hình phát triển , và sự sẵn
sàng của các tổ chức phát triển tiết lộ thông tin . Miễn cưỡng trên một phần của
nhiều công ty là điều dễ hiểu xem xét giá trị của sở hữu trí tuệ đang được phát triển
và tính chất cạnh tranh của ngành công nghiệp . Cuối cùng, một số mô tả được cung
cấp các công nghệ có sẵn hoặc đang được phát triển để chuyển đổi đầu ra của các
quá trình giảm mới vào sản phẩm sử dụng được.
Nỗ lực mở rộng đã được đóng góp trong việc điều tra sự tồn tại của trường mới nổi
những nỗ lực công nghệ , và trong việc có được thông tin chi tiết có ý nghĩa của các
quá trình và sản phẩm. Trong khi một nỗ lực đã được thực hiện để thu thập và xác
minh các thông tin cung cấp ở đây , không có bảo hành có thể được cung cấp tất cả
các thông tin được trình bày là hoàn toàn chính xác .Có các hoạt động khác chắc
chắn có thể có lời hứa bằng hoặc cao hơn với cung cấp titan giá cả phải chăng . Độc

giả vui lòng gửi bất kỳ ý kiến hoặc bổ sung thông tin cho tác giả .
Báo cáo này có thể phục vụ như là một bản cập nhật cho một báo cáo trước đó cũng
tập trung vào các cơ hội cho titan chi phí thấp trong xe hạng nặng.1

Summary of Emerging Low Cost Titanium Technologies

For US Dept. of Energy / Oak Ridge National Laboratory

EHKTechnologies
Page 6


3.0 Conventional Processing
Để hiểu được tầm quan trọng và tiềm năng giảm chi phí của các trường mới nổi công nghệ
giảm và chế biến, đó là , việc xem lại các thông thường phương pháp sản xuất và các nguồn
chi phí cao. Hình 1 bao gồm một cái nhìn của chuỗi các hoạt động thường được sử dụng
trong sản xuất các sản phẩm titan nhà máy . cho đơn giản , trình tự này sử dụng chân không
Arc nấu chảy lại là quá trình tan chảy . Nó phải được công nhận rằng một trong những công
nghệ nóng chảy lò sưởi lạnh có thể được sử dụng thay thế hoặc kết hợp với VAR . Tuy
nhiên, chuỗi dài của bước quá trình hiện đang là cần thiết để sản xuất sản phẩm nhà máy
titan chất lượng . Như với các nhà máy chế biến của hầu hết các kim loại , một chuỗi lặp đi
lặp lại của việc cắt giảm và reheats là bắt buộc. Hơn một số kim loại , titan thường đòi hỏi
nhiều công việc và đồng nhất bước nóng để sản xuất hóa chất mong muốn và tính đồng nhất
cấu vi . Nhiều người trong số các bước liên quan đến phôi, nở hoa , sàn hay tấm điều đó là
cần thiết để loại bỏ bề mặt ô nhiễm và độ nhám , với một kết quả mất năng suất cao. Hình 2
là một ước tính của các yếu tố chi phí tương đối để sản xuất một tấm hợp kim titan inch , và
phục vụ để minh họa các nguồn chi phí cao.
4%

9%

Rutile
Chlorination
Mg Reduction

47%

25%

1st Melt w/ alloy
2nd Melt
Fab to 1" Plate

3%

12%

Fig. 2 yếu tố chi phí tương đối cho thường Mill Chế biến 1 "Ti hợp kim tấm 2
3.1 Titan thô kim loại - Sponge.
Titan kim loại để sản xuất sản phẩm nhà máy (tấm, dải, tấm, thanh, dây), đúc và rèn đã
được thực hiện bởi về cơ bản quá trình tương tự kể từ khi bắt đầu ngành công nghiệp trong
những năm giữa thế kỷ 20. Phần lớn các kim loại này được thực hiện bằng cách sử dụng
một quá trình nhiều bước đi tiên phong của Tiến sĩ Wilhelm J. Kroll trong năm 1930 0,3, 4
Titanium ban đầu xuất phát từ quặng Rutile (TiO2; anatase là một cấu trúc tinh thể tương đối
chặt chẽ), và Ilmenite (FeTiO3). Quặng ilmenit được sử dụng trong sản xuất Fe, để lại một xỉ
giàu TiO2, thường nâng cấp để sử dụng trong sản xuất Ti. Hình 3 là một tổng quan về tiến sĩ
Quá trình Kroll như thực hiện bởi một nhà sản xuất hôm nay.
Các bước trong quá trình này là:
1. Clo của TiO2 với than cốc, bởi phản ứng tầng sôi:
TiO2 + 2Cl2 + C = TiCl4 + CO2
Summary of Emerging Low Cost Titanium Technologies

For US Dept. of Energy / Oak Ridge National Laboratory

EHKTechnologies
Page 7


theo sau bằng cách chưng cất để làm sạch các tạp chất kim loại TiCl4 như Fe, Cr, Ni, Mg,
Mn.

Fig. 3 Tổng quan về Titanium Sponge sản xuất 5
2 . Giảm magiê của TiCl4 trong một niêm phong, khí trơ điền vặn lại theo
phản ứng : TiCl4 + 2mg = Ti + 2MgCl2
Một lò giúp kiểm soát nhiệt độ của phản ứng tỏa nhiệt . Hoặc rắn Mg tan chảy , hoặc chất
lỏng Mg được sử dụng , tiếp theo là giới thiệu kiểm soát của TiCl4 .
Nóng chảy MgCl2 được khai thác từ vặn lại theo định kỳ. Sau khi tiêu thụ của Mg và thoát
nước cuối cùng của MgCl2 , còn lại Mg và MgCl2 phải được loại bỏ .
3 . Chưng cất chân không là phương pháp phổ biến nhất của loại bỏ các tạp chất từ
xốp. Các quá trình khác trong đó có hoặc đã được sử dụng bao gồm Ông khí quét
tiếp theo rửa trôi axit , hoặc axit lọc đơn giản. Trong hầu hết các trường hợp, các miếng bọt
biển bên ngoài của khối lượng , bên cạnh bức tường nồi, hoặc là để lại tại chỗ hoặc vứt bỏ vì
phương tiện hấp thụ sắt và các kim loại kết hợp lọc từ nồi .
4 . Nghiền khối lượng miếng bọt biển , trước hoặc sau khi làm sạch , được thực hiện bởi
một loạt các nhàm chán, cắt, nghiền sàng bước.
Ví dụ về các miếng bọt biển được sản xuất bởi quá trình này được thể hiện trong hình 4.
Miếng bọt biển là một nguyên liệu chính được sử dụng trong các hoạt động sản xuất phôi
nóng chảy hoặc sàn. nó là có sẵn trong các lớp khác nhau, với mức độ khác nhau của các
tạp chất.
3.2 chảy, phôi và phôi thép đúc
3.2.1 chân Arc nấu chảy lại (VAR): Phương pháp thông thường, và phổ biến nhất cho
sản xuất titan phôi là quá trình nấu chảy lại hồ quang chân không, được mô tả trong Hình 5.

Như hiển thị, yếu tố titan và hợp kim được pha trộn với các thành phần mong muốn. sự pha
trộn này có thể chứa hàm lượng phế liệu Ti (trở lại), đã được kiểm soát cẩn thận cho thành
phần và ô nhiễm. Sau đó các vật liệu hỗn hợp này được nén và compact được lắp ráp với
phế liệu bổ sung và còn sơ khai, và hàn để tạo thành một điện cực.

Summary of Emerging Low Cost Titanium Technologies
For US Dept. of Energy / Oak Ridge National Laboratory

EHKTechnologies
Page 8


a)

b)
Fig. 4 Ti miếng xốp:
a) trước, và
b) sau khi nghiền 6

Lò VAR bao gồm một nồi nấu đồng làm mát bằng nước , hệ thống chân không , điện cực
lái xe và hệ thống điều khiển . Một số hoạt động sử dụng cuộn dây điện tần số cao xung
quanh lò để tạo ra khuấy từ trong sự tan chảy để cải thiện tính đồng nhất . phôi từ tan chảy
đầu tiên này là điều kiện bằng cách nghiền để loại bỏ các khuyết tật bề mặt và ô nhiễm ,
ngược chiều và hàn còn sơ khai. Một chân thứ hai vòng cung remelt là thường được sử
dụng để cải thiện tính đồng nhất và giải thể vùi . rất cao các ứng dụng tin cậy như các thành
phần cánh quạt tuabin có thể sử dụng một VAR thứ ba . chỉ thỏi tròn được sản xuất bởi
VAR . Các thỏi được điều một lần nữa trước khi chuyển đổi bằng cách nghiền hoặc chuyển
sang loại bỏ ô nhiễm và bề mặt khiếm khuyết đó có thể hành động như nồng độ căng thẳng
hoặc crack khởi xướng trong thời gian tiếp theo làm việc nóng .
Nguồn chi phí cao trong các quá trình này bao gồm các điện cực lao động chuẩn bị , trình

tự tan chảy nhiều và điều trung gian và cuối cùng với tiếp viên mất năng suất.
3.2.2 lạnh Hearth nóng chảy: Lạnh lò sưởi nóng chảy, như tên gọi của nó , sử dụng một
nước làm mát lò sưởi đồng để có một " hộp sọ " titan kiên cố , do đó có chứa một hồ bơi của
kim loại nóng chảy . Hình 6 cho thấy một cái nhìn đơn giản của một cấu hình sử dụng khí
plasma như nguồn nhiệt ( Plasma Arc nấu chảy lại - PAM ) . Cấu hình khác của quá trình có
thể sử dụng một chùm tia điện tử như nguồn nhiệt ( chùm tia điện tử lạnh Hearth Nóng chảy
- EBCHM ) . Con số này cho thấy chỉ có một hồ bơi cho bổ sung các tài liệu và đồng nhất ,
trong khi đó thường có nhiều hồ bơi cho các chức năng này , với nhiều huyết tương hoặc
điện tử súng chùm tia cho nhiệt theo dõi và kiểm soát chính xác đầu vào . Ưu điểm của lò
sưởi lạnh tan chảy bao gồm cải thiện khả năng cho nóng chảy phế liệu,cải thiện quá trình
kiểm soát và khả năng đúc tấm hình chữ nhật ngoài vòng thỏi . Sử dụng phế liệu được cải
thiện liên quan đến việc loại bỏ các tạp mật độ cao bằng trọng lực giải quyết và cạm bẫy
trong khu vực ủy mị ở dưới cùng của hồ bơi nóng chảy. Hình 7 cho thấy các tấm hình chữ
nhật được sản xuất bởi một cơ sở chùm tia điện tử . nỗ lực này tiến hành để sử dụng lò sưởi
lạnh tan chảy trong một hoạt động duy nhất cho tan chảy ít quan trọng các ứng dụng . Cho
căng thẳng cao và mệt mỏi gây các ứng dụng như cánh quạt động cơ,VAR nóng chảy có
thể được yêu cầu sau khi lò sưởi lạnh nóng chảy.

Summary of Emerging Low Cost Titanium Technologies
For US Dept. of Energy / Oak Ridge National Laboratory

EHKTechnologies
Page 9


Fig. 5 Sơ đồ dòng chảy cho đôi chân không Arc Remelt trình Titan thỏi 7

Fig. 6 Sơ đồ mạch của Galt hợp kim Plasma . Fig. 7 Sàn được sản xuất bởi Antares.
Quá trình nóng chảy hồ quang 8
Chùm tia điện tử Lò 9

Summary of Emerging Low Cost Titanium Technologies

For US Dept. of Energy / Oak Ridge National Laboratory

EHKTechnologies
Page 10


3.2.3 Electroslag nấu chảy lại (ESR): ESR đã được sử dụng trong nhiều năm để sản xuất
thép công cụ, siêu hợp kim và phôi thép rèn nặng. Như VAR, quá trình này phải bắt đầu với
một điện cực rắn hoặc chế tạo. Hình 8 cho thấy một biến thể của một lò ESR.
Sự khác biệt của ESR từ VAR là việc sử dụng một xỉ nóng chảy vào đó các điện cực nhúng.
Như dưới cùng của điện cực tan chảy, giọt chất lỏng vào mùa thu thông qua xỉ và vào hồ bơi
kim loại nóng chảy ở dưới cùng của lò. Như những giọt rơi qua xỉ, họ được tinh chế, với loại
bỏ tạp chất phi kim loại bằng phản ứng hóa học với xỉ. Kiên cố xảy ra chủ yếu hướng duy
nhất, loại bỏ ống trung tâm, và cung cấp cải thiện tính đồng nhất. Tấm hình chữ nhật cũng
đang có sẵn từ ESR Lò.10

Fig. 8 Schematic of ALD Vacuum Technologies Electroslag Remelting Furnace with
Inert Gas Atmosphere 11
3.3 Mill Chế biến rượu, tấm và dải
Khi một thỏi hoặc tấm được sản xuất để sử dụng trong các sản phẩm nhà máy như quán bar,
tấm và dải, nó được xử lý thông qua một chuỗi các hoạt động như được minh họa trong Hình
1. Các nhiều sự cố, đồng nhất, giảm, hâm nóng và điều lặp đi lặp lại là phức tạp bởi tính nhạy
cảm quá trình oxy hóa của vật liệu. Sản xuất một khó khăn và oxy giòn ổn định lớp alpha
(alpha trường hợp), kết hợp với khuyết tật bề mặt yêu cầu loại bỏ bề mặt thường xuyên và
cắt tỉa. Các hoạt động này là rất tốn kém và kết quả mất năng suất đáng kể. Những thiệt hại
đã được giảm xuống một mức độ nào trong gần đây năm bằng cách sử dụng những bông
hoa hình chữ nhật và tấm chứ không phải là vòng đúc thỏi.
Summary of Emerging Low Cost Titanium Technologies

For US Dept. of Energy / Oak Ridge National Laboratory

EHKTechnologies
Page 11


4.0 Emerging Reduction Technologies
Nó là rõ ràng từ các cuộc thảo luận ở trên rằng nếu một quá trình có thể được phát triển mà
sẽ loại bỏ rất nhiều các bước quy trình trong sản xuất thông thường của sản phẩm nhà máy,
tiết kiệm chi phí rất lớn có thể đạt được . Đã có một loạt các nỗ lực trong nhiều năm qua để
đạt được mục tiêu này, với gần thất bại phổ quát. Trong những năm gần đây, Tuy nhiên ,
một loạt các phương pháp tiếp cận mới đã được phát triển và nỗ lực đã mở rộng ,dẫn đến
một số cơ may thành công . Mười sáu nỗ lực hiện tại để giảm oxit kim loại titan hoặc hydride
đã được xác định , cộng với một cách tiếp cận mới để giảm chi phí của các hydriding phế
liệu . Các sản phẩm của các quá trình này dao động từ chất lỏng Ti mà có thể bị quăng vào
tấm hình chữ nhật, để sản xuất tấm rắn, xốp như hình thức và bột .
Trong hầu hết các trường hợp, nỗ lực hiện nay là tập trung vào quá trình phát triển với một
lớp " CP " của vật chất của sản phẩm. Tuy nhiên , trong nhiều trường hợp , các yêu cầu của
ứng dụng để hợp kim có được thực hiện, hoặc kỳ vọng thể hiện . Ít xác nhận tính linh hoạt
để sản xuất một nhiều loại hợp kim phức tạp trực tiếp đã được cung cấp . May mắn thay ,
điều này là không có khả năng là một vấn đề nghiêm trọng đối với quá trình sản xuất bột như
khả năng pha trộn bột CP bột hợp kim chủ và phát triển cấu trúc đồng nhất đã nhiều lần
chứng minh . Một vấn đề chưa được giải quyết đối với các công nghệ sản xuất bột là điều trị
của sản phẩm phản ứng vào bột của độ tinh khiết có thể sử dụng , kích thước hạt và hình
thái học. Đối với các công nghệ sản xuất tấm , khả năng sản xuất một tấm hợp kim chiều
dày bằng nhau , đồng nhất hóa học và đầy đủ thông suốt bề mặt để tránh điều quá mức
cũng vẫn còn phải được chứng minh.
Một nỗ lực ban đầu đã được thực hiện để phân loại các công nghệ xác định theo loại sản
phẩm dự kiến. Sự đa dạng của các hình thức sản phẩm, tuy nhiên, loại trừ này phân loại.
Ngoài ra, vì không có danh mục tiêu chuẩn cho mỗi quá trình, một danh sách chữ cái cũng

là không thực tế. Do đó, danh sách sau đây được trình bày trong một Để hoàn toàn ngẫu
nhiên. Vị trí trong chuỗi không có liên quan đến bất kỳ yếu tố như tình trạng phát triển, kích
thước của các nỗ lực, tổ chức phát triển hoặc bất kỳ mối quan hệ của tác giả đối với bất kỳ
tổ chức.
4.1 FFC / Cambridge Quy trình:. Cambridge Univ, Qinetiq, British Titanium, TIMET.
Mô tả quá trình : Quá trình này được dễ dàng nhất hiểu là điện giảm TiO2 rắn được đắm
mình trong một CaCl điện nóng chảy. Hình 9 và 10 hiển thị quá trình tổng thể và các tế bào
giảm đồ. Một bột TiO2 là hình thành bằng cách xử lý thông thường gốm vào một cathode
thiêu kết hình chữ nhật kết hợp một dây dẫn . Cathode này sau đó được ngâm trong chất
điện phân với một than chì cực dương . Reportedly12 , loại bỏ một lượng nhỏ oxy từ điện
cách điện giai đoạn rutil chuyển đổi nó thành các giai đoạn tiến hành Magnelli cao ( TiO2 -x).
Điện tiếp tục loại bỏ ôxy từ cực âm , nơi mà nó hòa tan trong điện và sau đó được gỡ bỏ như
O2, CO hoặc CO2 ở cực dương . Ở điện áp sử dụng ,không có canxi lắng đọng . Thời gian
xử lý là giữa 24 và 48 giờ , với kết quả nồng độ oxy thấp hơn 1000ppm và N2 5 - 20ppm .
Thời gian còn cho phép xử lý mức độ O2 thấp hơn. Giảm đồng thời của một số oxit đã thông
báo cho phép sản xuất của Ti- 6Al -4V hợp kim.
Summary of Emerging Low Cost Titanium Technologies
For US Dept. of Energy / Oak Ridge National Laboratory

EHKTechnologies
Page 12


Chloride
or
sulphate route

Titanium Ore

Titanium

Oxide Powder

Mix with Binder

Form Cathode
Shapes

FFC
Process

FFC
Titanium

Convert to
Titanium

Crush and
Wash

Sinter

Fig. 9 Mô tả sơ đồ của quá trình FFC-Cambridge 13

Titanium
dioxide
cathode
(converts to
titanium)

Gas bubbles

(O2, CO and CO 2)
Oxygen

Graphit
e
anode

Molten
calcium
chloride

Fig. 10 Sơ đồ Mô tả của FFC-Cambridge Giảm Quy trình Bước 13
Tình trạng: Một tập đoàn bao gồm TIMET, Đại học Cambridge và Qinetiq, với thành viên
trong nhóm thêm máy bay Boeing và U.C. Berkeley đã được trao một hợp đồng từ DARPA
để phát triển và thương mại hóa quá trình này. Qinetiq có một số tế bào 1kg điều hành và
tuyên bố có khả năng sản xuất bột của hầu như bất kỳ hợp kim. bột kích thước khoảng
100micron. Kế hoạch công bố là có quy mô thương mại số lượng vào năm 2004.
Mối quan tâm: Hiện đã có sự chậm trễ đáng kể trong việc di chuyển đến các tế bào quy mô
lớn hơn. Trong Ngoài ra, ít bột đã được làm sẵn cho các đối tượng bên ngoài mặc dù ý định
công bố làm như vậy. Mối quan tâm đã được thể hiện trong điện và hóa học cơ bản của quá
trình. Chi phí sản xuất các điện cực TiO2, bao gồm cả chi phí của TiO2 chính nó, vẫn còn là
một mối quan tâm, cũng như chi phí giảm khối lượng giảm xuống bột có thể sử dụng. Thời
gian quá trình lâu dài yêu cầu để giảm điện cực kim loại Ti cũng hạn chế khả năng chi phí
thấp.

Summary of Emerging Low Cost Titanium Technologies
For US Dept. of Energy / Oak Ridge National Laboratory

EHKTechnologies
Page 13

4.2 Armstrong trình : International Titanium bột
Mô tả quá trình : Quá trình này tạo Ti bởi việc giảm TiCl4 với natri, như hiện quá trình Hunter
. Tuy nhiên , ITP đã phát minh ra một quy trình gần như liên tục trong tương phản với chế độ
hàng loạt của Hunter . Một sơ đồ của quá trình này được thể hiện trong hình 11. Có một số
điểm quan trọng mà phải được hiểu . Các phản ứng liên tục và diễn ra trong " Ti lò phản ứng
. " natri lỏng được bơm qua một hình trụ buồng chứa một ống thứ hai tâm. Hơi TiCl4 được
tiêm vào natri dòng thông qua này săm / vòi phun . Phản ứng xảy ra ngay lập tức hạ lưu
vòi phun, với Ti bột được thực hiện trong dòng Na dư thừa. Ti Na và NaCl là cách nhau bằng
lọc, chưng cất và giặt giũ. Bột sản xuất có độ tinh khiết gần như của lớp tinh khiết thương mại
1 , trong đó có một nội dung Cl dưới 50 ppm . Các nhà máy thí điểm với một lò phản ứng đầy
đủ quy mô đã đạt được nồng độ oxy thấp hơn 1000ppm . Bằng cách giảm đồng thời của
clorua kim loại khác, nó có thể sản xuất hợp kim bột..
Hình 11 cho thấy một vài bước tái chế hoặc trong quy mô nhỏ hiện tại và nhà máy thí điểm,
hoặc hình dung cho một nhà máy tích hợp trong tương lai. Chi phí study14 Camano cũng
điều tra quá trình này và kết luận rằng "có thể xảy ra nhất" kịch bản sản xuất Ti bột tại
gần "chi phí" hiện nay (nên đã tuyên bố "giá") của miếng bọt biển ($ 3.54/lb).
Một "lạc quan"kịch bản, trong đó bao gồm tái chế NaCl và TiCl4 lò phản ứng thiếu sẽ tạo ra
bột với chi phí sản xuất $ 2.15/lb. Kịch bản sau này giả định rằng TiCl4 có thể sản xuất với chi
phí thấp hơn giá mua từ các nhà cung cấp bên ngoài. các chi phí ước tính, tuy nhiên, không
bao gồm lợi nhuận hoặc SG & A theo yêu cầu của một doanh nghiệp doanh nghiệp. Mặt khác,
sản xuất của một Ti bột chất lượng ở mức giá này là một cải tiến lớn trong chi phí hiện tại của
Ti bột, có thể là trong khoảng $ 20 -40/lb.
Tình trạng: ITP đang trong quá trình điều hành một nhà máy thí điểm để tinh chỉnh thông số
vận hành và kỹ thuật tách trong một chế độ liên tục. Ti lò phản ứng có khả năng hoạt động
ở~ 2.000.000 £ mỗi năm tỷ lệ trong một giờ. Mở rộng quy mô vượt quá mức độ mà có thể
liên quan đến sức chứa lớn hơn và nhiều lò phản ứng của cùng một thiết kế . Quy mô kinh
tế sẽ có thể đến từ việc tích hợp một số các quy trình phụ trợ . Sản phẩm từ thí điểm quá
trình sản xuất đã được kiểm tra kỹ lưỡng và phân tích để mô tả chất lượng của nó ,phân bố

kích thước hình thái, và hạt . Bộ vi xử lý nóng chảy hạ lưu đã được thử nghiệm và xác nhận
hiệu suất tốt của mẫu bột ITP. ITP đang làm việc với bột bộ vi xử lý trên cả hai quá trình và
bột cải tiến để tối ưu hóa việc sử dụng các bột của công ty trong quá trình của họ .
Mối quan tâm : Quá trình này đã được chứng minh để sản xuất bột sử dụng được, và là
đóng cửa để thương mại hóa. Vấn đề còn lại bao gồm thiết bị Thể hiện độ bền, tối ưu hóa
các thiết bị tách và xác định chi phí vốn của một nhà máy tích hợp đầy đủ . Phát triển của
các quá trình được sử dụng cho sản xuất kích thước hạt và hình thái học cần thiết cho các
ứng dụng sản phẩm phải được hoàn thành, và chi phí của họ xác định.

Summary of Emerging Low Cost Titanium Technologies
For US Dept. of Energy / Oak Ridge National Laboratory

EHKTechnologies
Page 14


Purchase
NaCl

Purchase
TiO2 Ores

NaCl
Electrolysis

Cl

Purchase
Coke

TiCl4 Purchase

TiCl4 Reactor

Na

Na Melter

TiCl4 Storage

Na Solid
Or Liq.
Liq. Na

Liq. Na Storage

TiCl4 Liquid

TiCl4 Boiler

Liq. Na

TiCl4 Vapor

Ti Reactor

Na, Ti, NaCl

Cooler

Liq. Na

Key:
Present Process
Cost Reductions
Filter
Ti, NaCl w/ residual Na
Condenser

Na
Vapor

Distillation
Ti, NaCl

NaCl Solution

Wash

Ti
NaCl

Evaporator

Dryer

Ti
Powder

Fig.11 Armstrong / ITP trình Sơ đồ dòng chảy 15

Summary of Emerging Low Cost Titanium Technologies

For US Dept. of Energy / Oak Ridge National Laboratory

EHKTechnologies
Page 15


4.3 MER Tổng công ty
Quá trình Mô tả: MER đã phát triển một quá trình giảm điện là khác nhau đáng kể so với
những người khác . Quá trình này sử dụng một cực dương gồm TiO2 cộng với một đại lý
giảm , và một chất điện phân của halogenua hợp nhất có thể hỗn hợp. liên quan nền của
công nghệ anode , áp dụng cho Mg và Al được cung cấp trong một bộ bằng sáng chế hết
hạn. 16 Một sơ đồ của quá trình được thể hiện trong hình 1217 . TiO2 hoặc Rutile bột được
trộn lẫn với vật liệu cácbon và chất kết dính, đúc thành hình thức điện và xử lý nhiệt để tạo
thành một hỗn hợp cực dương . Ilmenit có thể được sử dụng để chứa sắt hợp kim nếu các
tạp chất khác có thể được dung thứ. Cực dương có chứa một hỗn hợp giảm hợp chất TiO2
như TixOy -C. 3 ion ti được phát hành vào chất điện phân , là tiếp tục giảm và tiền gửi Ti rắn
trên cathode . Một hỗn hợp CO / CO2 được phát hành ở cực dương . Ti thể được gửi như
bột, vảy hoặc đặt cọc rắn như trong Figure13 . Dưới hình thức các khoản tiền gửi được xác
định bởi thành phần muối và điều hành điều kiện . Bột với kích thước hạt 1-125 micromet đã
được sản xuất , và hạt lớn hơn được cho là có thể. Kích thước hạt trung bình có thể được
kiểm soát bởi điều kiện quá trình , nhưng sự phân bố kích thước hạt có thể đạt được đối với
bất kỳ một kích thước trung bình chưa được xác định . Một thay thế cho sản xuất bột là trực
tiếp sản xuất dạng rắn ( Fig.13 , c)). Mật độ rắn này đã không được báo cáo. Tuy nhiên ,sau
khi điều trị một số trung gian, có thể hình dung được sau đó làm việc của quá trình nhà máy
thông thường , tránh các bước nóng chảy và phân phôi .
Tình trạng: MER đã được trao một hợp đồng DARPA cho sự phát triển của quá trình. Một
mục tiêu của dự án này là để sản xuất phôi thép với 300 - 500 ppm oxy , thích hợp cho
xử lý nhà máy . Kích thước tế bào hiện tại hoặc tỷ lệ sản xuất không được biết. Các thành

viên khác trong hợp đồng này không được biết đến .
Mối quan tâm : Trong khi các tạp chất được báo cáo là thấp , xác nhận phân tích là cần thiết.
Chi phí chế biến cần phải được xác định. Sản xuất phù hợp của bất kỳ đặc biệt hình thức sản
phẩm vẫn chưa được chứng minh . Lắng đọng tiền gửi rắn với mật độ , tính đồng nhất và cấu
hình phù hợp cho chế biến nhà máy cần phải được xác nhận. như với hầu hết các quá trình
đang phát triển, mở rộng quy mô , chấp nhận sản phẩm và kinh tế cần phải
được phát triển.
4.4 SRI International 18
Mô tả quá trình: Quá trình này sử dụng nhiệt độ cao tầng sôi để chuyển đổi TiCl4 và clorua
kim loại khác để Ti hoặc hợp kim đó được lắng đọng trên một hạt bề mặt của vật liệu tương
tự. 18 Kích thước hạt rất linh hoạt từ micron đến hơn 1mm đường kính . Phân bố kích thước
hạt được báo cáo là thu hẹp , và dường như phụ thuộc vào các hạt bề mặt nguyên liệu . Một
lần chạy thử nghiệm của quá trình này trong thí nghiệm thăm dò trong phòng thí nghiệm , sử
dụng các hạt Al2O3 như một chất nền được hiển thị sơ đồ trong Figure14 . Sản phẩm của
một hoạt động khác nhau bằng cách sử dụng như là chất nền Si vi cầu được thể hiện trong
Figure15 . Sản xuất cuối cùng của Ti bột sẽ sử dụng bất kỳ Ti Ti hoặc hợp kim
hạt chất nền . Chất nền này sẽ được sản xuất bằng cách nghiền khoảng 1% của sản phẩm
kích thước nhỏ hơn và đưa trở lại vào lò phản ứng . Tính khả thi của sản xuất hợp kim có
được chứng minh . Nỗ lực gần đây đã tập trung vào các tính toán cân bằng cần thiết để
xác định các điều kiện thí nghiệm tối ưu để lắng đọng và Ti Ti- Al -V hợp kim.
Summary of Emerging Low Cost Titanium Technologies
For US Dept. of Energy / Oak Ridge National Laboratory

EHKTechnologies
Page 16


Kiểm soát tạp chất được dự kiến sẽ là tuyệt vời, với độ tinh khiết phân tích đang được điều
tra. Hợp kim hóa học rộng, bao gồm nhiều kim loại báo cáo có thể được sản xuất.

Fig. 12 Sơ đồ quá trình tổng hợp MER Anode 17

a)
b)
c)
Fig.13. Tiền gửi titan trong, a) hạt, b) Flake, và c) Hình thức liên tục, sản xuất
bởi tác phẩm muối khác nhau và điều kiện hoạt động của quá trình MER 17

Status: Quá trình này đang trong giai đoạn phòng thí nghiệm ban đầu của cuộc điều tra. SRI đã được
trao tặng một Hợp đồng DARPA cho phát triển. Những nỗ lực ngắn hạn sẽ tập trung vào: nghiên cứu về
thành phần và vi cấu trúc của bột kim loại, tốc độ tăng trưởng, và mức độ phản ứng; độ tinh khiết (O,C, N)
phân tích, tiếp tục công việc khám phá tích tụ trong lớn hơn, giường cao; nghiên cứu sản phẩm tái chế và
/ hoặc xử lý, thiết kế lò phản ứng, chi phí, sản xuất bột cho thử nghiệm. Hiện nay không có người tham
gia khác trong nhóm này. Tuy nhiên, các cuộc thảo luận được tổ chức với những người chơi lớn. Nỗ lực
quy mô băng ghế dự bị được lên kế hoạch cho năm 2004, với phi công đầu xây dựng nhà máy và hoạt
động trong giai đoạn 2004-2006, và sản xuất công nghiệp trong năm 2006. Mối quan tâm: Kinh tế sản
xuất trong quan điểm về sự cần thiết cho hạt bề mặt,sử dụng TiCl4, và hiệu quả năng lượng chưa biết, so
với tỷ lệ lắng đọng phải được xác định.
Summary of Emerging Low Cost Titanium Technologies
For US Dept. of Energy / Oak Ridge National Laboratory

EHKTechnologies
Page 17


Fig. 14 Sơ đồ mạch của SRI International Ti bột Quy trình sản xuất.

Fig. 15 Ti-Si-V hợp kim đọng lại trên 23 mm Si lĩnh vực với quá trình quốc tế SRI.
4.5 BHP Billiton 19
Quá trình Mô tả: BHP Billiton là công ty tài nguyên đa dạng lớn nhất thế giới. Họ là một nhà

lãnh đạo ngành công nghiệp hoặc đang trong gần vị trí dẫn đầu ngành trong hàng hóa lớn
các doanh nghiệp, bao gồm nhôm, than năng lượng và than luyện kim, đồng, cốt thép hợp
kim, quặng sắt và titan khoáng chất, và có lợi ích đáng kể trong dầu, khí đốt hoá lỏng khí
thiên nhiên, niken, kim cương và bạc. Điều này bao gồm chuyên môn sâu rộng trong khoáng
sản cát khai thác, làm giàu, và bằng thép, nhôm và đồng sản xuất. ít đã được công khai phát
hành vào quá trình phát triển BHPB. Quá trình của họ là công bố dựa trên việc giảm điện của
TiO2 trong bồn tắm CaCl2 dựa.
Summary of Emerging Low Cost Titanium Technologies
For US Dept. of Energy / Oak Ridge National Laboratory

EHKTechnologies
Page 18


Họ đang rộng nỗ lực đáng kể vào sự hiểu biết nguyên tắc cơ bản của quá trình. Mục đích của
họ là để đạt được sản xuất thương mại vào năm 2009.
Tình trạng: quy mô hiện tại của quá trình này được thiết kế để chứng minh tính khả thi và sự
hiểu biết về quá trình cơ bản. Một lượng nhỏ kim loại titan đã được sản xuất . Một cơ sở
1kg/hr quy mô tiểu phi công hiện đang được xây dựng mà sẽ chứng minh tính khả thi của
khái niệm sản xuất, cung cấp quá trình thêm sự hiểu biết cơ bản và cung cấp dữ liệu kỹ thuật
cho các thiết kế của một cơ sở sản xuất . Nó cũng sẽ cung cấp đầy đủ tài liệu để phát triển
đầy đủ các quy trình phụ trợ bao gồm chế tạo . Cơ sở tiểu thí điểm dự kiến sẽ được hoàn
thành vào đầu năm 2004.
Mối quan tâm : Như với tất cả các quy trình điện phân muối nóng chảy , mối quan tâm ban
đầu liên quan đến khả năng đạt được mức độ rất thấp clorua . Thành tựu kinh tế của các cấp
oxy đầy đủ cũng là để được chứng minh . Cũng như với tất cả các công nghệ giảm mới nổi,
kinh tế của quá trình tổng thể vẫn còn phải chứng minh . Cách tiếp cận BHP Billiton được
hiểu khác nhau đáng kể từ quá trình EDO khác và ngày mục tiêu năm 2009 được cho là khả
thi.
4.6 Idaho Titanium Technologies - Titanium Hydride Powder 20

Process Description: ITT là người được cấp phép cho các ứng dụng Ti từ Plasma dập tắt
Technologies Inc người giữ bằng sáng chế của công nghệ cơ bản được tách ra khỏi INEL
vào năm 1994. Quá trình này liên quan đến việc phân ly nhiệt , giảm TiCl4 . để thực hiện điều
này , nó đi TiCl4 thông qua một cung điện trong một buồng chân không , mà
làm nóng hơi đến hơn 4000 ° K tạo thành một plasma . Một dòng hydro mang khí
thông qua một vòi phun Delaval , nơi mà nó mở rộng và làm mát . Tác động cộng hưởng nhanh
chóng làm mát ( làm nguội ) , hiệu ứng giảm của hydro và hình thành HCl ngăn chặn trở lại
Phản ứng của Ti và Cl . Do đó, một bột hydride rất tốt được sản xuất bởi cơ bản
phản ứng.
Tình trạng: ITT đã được làm việc trên một cấp NIST ATP ( 10/1/01-9/31/04 ) để phát triển
công nghệ để tăng kích thước hạt này để khoảng 50 - 300micrometers , nơi nó có thể
được sử dụng trong nhiều luyện kim bột thông thường dựa trên xử lý . Như báo cáo này,
thành công đã đạt được trong sản xuất cầu , dường như không xốp , bột trong 1 - khoảng
10 micromet với " hẹp " kích thước hạt phân phối. các nhà phát triển tin kích thước hạt có
thể được thao tác như mong muốn. Không có phân tích tạp chất có sẵn .
Tuy nhiên, do việc sử dụng một hệ thống khép kín và bao gồm của hydro trong quá trình,
oxy là tuyên bố được rất thấp. Tương tự như vậy clorua được cho là rất thấp.
Clorua còn lại dự kiến sẽ được loại bỏ trong quá trình thiêu kết chân không sau này. không
xem xét đã được trao cho sản xuất bột hợp kim . Bột dự kiến sẽ được sẵn sàng cho thử
nghiệm vào đầu mùa thu năm 2003. Công nghệ mới duy trì liên tục phương thức hoạt động
quá trình , và khả năng để bắt đầu và ngừng sản xuất theo ý muốn.
Đồng thời để giải quyết vấn đề kích thước hạt, độ bền và lò phản ứng năng lượng
hiệu quả đã được cải thiện. Khả năng tốc độ sản xuất hiện nay là £ 40. / Giờ.
Yếu tố chi phí được tuyên bố cho quá trình này bao gồm chi phí đơn giản và do đó thấp
thiết bị và nội dung lao động thấp. Trước khi những cải tiến hiện nay, Camanoe 14estimated
"chi phí quá trình" vào giữa giá trị, hay "hiện tại có khả năng" kịch bản, chi phí ~ 3,26 $ /
lb, chỉ thấp hơn giá thị trường thế giới gần đây cho miếng bọt biển. Điều này phải được
thêm vào bình thường.
Summary of Emerging Low Cost Titanium Technologies
For US Dept. of Energy / Oak Ridge National Laboratory

EHKTechnologies
Page 19


chi phí kinh doanh, mà thường thêm đến 40% chi phí sản xuất. Ảnh hưởng của quá trình
thay đổi gần đây về chi phí là không rõ.
Mối quan tâm: Các sản phẩm của quá trình này, là một hydride, có thể có lợi thế trong
luyện kim bột sản xuất của một số thành phần rời rạc, nó sẽ được sử dụng hạn chế,
tuy nhiên, không dehydriding, sản xuất sản phẩm nhà máy nói chung. Sử dụng TiCl4,
trong khi cung cấp một phương pháp làm sạch, cũng đặt một gánh nặng chi phí về quy trình,
trong đó một số công nghệ khác đang tìm cách loại bỏ. Trong khi mối quan tâm nghiêm trọng
về trước kích thước hạt nhỏ dường như đã được giải quyết thành công, các mục tiêu của
NIST chương trình cho 50-300micrometers phù hợp với nhu cầu ngành công nghiệp, và cần
phải được chứng minh. Tương tự như vậy, phân tích cẩn thận mức độ tạp chất là cần thiết
để đáp ứng nhu cầu thương mại. Để đạt được chi phí tối thiểu, sản phẩm của phản ứng HCl
phải kinh tế tái chế hoặc bán.
4.7 Ginatta
Quá trình Mô tả: Tiến sĩ Ginatta phát triển các nguyên tắc cơ bản của quá trình này như một
luận án tại Đại học Mỏ Colorado , và tiếp tục phát triển thông qua nhiều khái niệm sản xuất
khác nhau . Trong các phương pháp năm 1980 đã được phát triển để điện phân là sản xuất
rắn Ti lắng đọng trên cực âm đã được định kỳ loại bỏ, do đó cung cấp một quá trình liên tục
. 21, 22 Công nghệ này đã được hỗ trợ một phần bởi và được phép RMI 1985-1991 . Nó báo
cáo đạt sản lượng 70 tấn / năm 1985. 23 vấn đề kỹ thuật liên quan đến multivalency và sản
xuất kim loại lỏng kết quả trong chi phí sản xuất cao . Vào năm 1992, những vấn đề này và
một thị trường suy thoái gây ra RMI để rút lui khỏi dự án. Các vấn đề khác nhau với công
nghệ trước đây đã được giải quyết bởi Ginatta , dẫn đến một khái niệm mới trong đó sản
xuất Ti lỏng. 24-26 Đây là một quá trình điện phân , trong đó hơi TiCl4 được tiêm vào một
chất điện phân halogen nó ở đâu hấp thụ. Một " interphase ca- đa " tách Ti cathode nóng
chảy từ điện . Giai đoạn này bao gồm nhiều lớp của các ion K , Ca, Ti , Cl, F và một số

nguyên tố K và Ca . Các lớp có trạng thái ôxi hóa khác nhau của các loài, với lớp dưới cùng
sản xuất chất lỏng Ti , mà rơi vào hồ bơi nóng chảy. Ti được chứa bởi một làm mát bằng
nước Cu thử thách , để một lớp đông lạnh của Ti ở phía dưới và xỉ xung quanh điện cung
cấp vật liệu cách nhiệt và bảo vệ từ halogenua . Được biết, Ti phế liệu rắn và hợp kim các
yếu tố có thể được giới thiệu hoặc thông qua giải pháp trong TiCl4 , hoặc rắn đo thông qua
một trung chuyển vít . Lớp Ti rắn có thể được phép phát triển hoặc trong một hình học tế bào
cố định, hoặc bằng cách sử dụng một lò sưởi di động . Trong cả hai trường hợp , lò sưởi
được hạ xuống và tấm kiên cố và điện giải có thể được gỡ bỏ, như thể hiện trong hình 16 .
khởi động thời gian cho một đợt tiếp theo được báo cáo là chỉ có 6 phút. 27 Một tuyên bố này
công nghệ cho phép chất lỏng Ti được khai thác từ các tàu phản ứng thành một riêng biệt
buồng . Trong cấu hình này , người ta có thể hình dung việc sử dụng nó để cung cấp kim loại
lỏng cho đúc, hoặc để nuôi một loạt các tấm hoặc phôi nấm mốc. Trong trường hợp này , nó
có thể coi là một quá trình liên tục.

Summary of Emerging Low Cost Titanium Technologies
For US Dept. of Energy / Oak Ridge National Laboratory

EHKTechnologies
Page 20


Fig. 16 Kiên cố hóa điện giải và Ti Cathode từ Ginatta trình. 26

Status: Các nhà máy thí điểm sản xuất hiện tại 250mm , đường kính phôi . Sản xuất tấm 1 x
4 x 0,5 m đang được xem xét .
Mối quan tâm : Quá trình này là khá phức tạp , vì vậy không có khả năng được nhân đôi bởi những người
khác .
Các vấn đề kỹ thuật mà buộc phải đóng cửa các nỗ lực trước đó được báo cáo là không
là nghiêm trọng trong tế bào nhiệt độ cao hiện nay . Xác nhận chất lượng sản phẩm
sẽ được khuyến khích . Việc sử dụng các TiCl4 là một yếu tố hạn chế về giảm chi phí nếu nó

sản xuất không được tích hợp vào quá trình này . Tương tự như vậy , Cl khí hoặc phải được xử lý,
bán hoặc tái chế. Chưa có nghiên cứu chi phí dường như là có sẵn . Nếu hoạt động trong chế độ hàng
loạt ,
khởi động và tắt chi phí sẽ thêm vào chi phí sản xuất . Nếu hoạt động trong thức ăn lỏng
chế độ , khả năng bắt đầu và ngừng các dòng chất lỏng cần phải được chứng minh . các
khả năng thêm các yếu tố hợp kim hoặc phế liệu và đạt được một đặc đều xuất hiện rất khó khăn;
trong một chế độ ăn lỏng, một phần trạng thái ổn định có thể đạt được , nhưng điều này cũng phải
được chứng minh.
4.8 OS Process. Process Description: Giáo sư Suzuki và Ono của Đại học Kyoto
đã điều tra các chi tiết của việc giảm calciothermic của TiO2 và phát triển một quy trình để Ti
sản xuất được tiến hành đối với thương mại . Trong gần đây nhất của họ publications28 -32 mà
họ cung cấp chi tiết về cơ chế giảm TiO2 trong Ca / CaO /CaCl2 giải pháp phòng tắm . Một sơ đồ
của một thiết lập thử nghiệm hành nghề
quá trình được thể hiện trong hình 17. Tại 1.173 º K, CaCl2 có thể hòa tan 3,9 mol % Ca , nhưng
khoảng 20 % CaO nốt ruồi . Điện được thực hiện trên điện áp phân hủy
CaO , nhưng dưới đây là của CaCl2 . Trong quá trình này , Ca 2 được giảm xuống Ca ở cực âm ,
và O2 được sản xuất tại cực dương, kết hợp với C để tạo thành CO / CO2. Có thể thấy rằng
khi các hạt TiO2 được tiếp xúc với cực âm , oxy thấp Ti thể được sản xuất ,
trong khi nếu các hạt bị cô lập bằng điện , chỉ suboxides được sản xuất . này
hành vi là do , ít nhất là một phần, nồng độ cao của Ca trên cathode .
2000 ppm oxy đã đạt được trong 3 giờ, 420 ppm oxy đã đạt được trong 24 giờ,
và dưới 100 ppm đã đạt được, tại những thời điểm có lẽ là lâu hơn. Sản phẩm của
giảm là hạt nhẹ thiêu kết . Thành phần tắm tối ưu đã được tìm thấy a
Summary of Emerging Low Cost Titanium Technologies
For US Dept. of Energy / Oak Ridge National Laboratory

EHKTechnologies
Page 21