粉末冶金新技术论文题目大全高中

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镁法海绵钛爬壁钛生成量的初探沈俊宇（遵义钛业股份有限公司贵州省 563004）摘要：在海绵钛的还原生产过程中，反应器的上部器壁会生成大量环状的爬壁钛，一炉产品爬壁钛的生成量少则500 kg左右，多则达800至1000 kg，爬壁钛不仅产品取出困难，增加操作人员劳动强度，而且其质量较差，经济损失大。本文分析了海绵钛爬壁钛的形成机理及生产过程中爬壁钛增多的原因，提出了还原中后期最大加料速度限制，以缓解反应剧烈程度和控制反应液面高度在1#范围内小幅波动，防止形成新的活性中心，是生产过程中减少爬壁钛生成量的主要途径。关键词：海绵钛爬壁钛生成量加料速度反应液面高度A Study the Production of the Titanium on Walls Produced in the Process of Sponge Producing by Magnesium ProcessJunyu，Shen(Zunyi Titanium COLTDGuizhou 563004)Abstract：A quantity of annular titanium will be produced on upper walls of reactors during the reduction and distillation。The production per batch is from 500kg to 800 or 1， It is difficult for operators to take products out ，and also influences the quality Therefore ，the titanium on walls not only strengthens the labor intensity ，but also causes a big loss The paper analyzes the formation mechanism of the titanium on wall and reasons why its production Also，in order to ease the strong reaction，make the liquid level in reaction waves no more than 1’’and prevents the formation of new active centers ，the paper introduces a main method to reduce the production of the titanium on walls，that is to retrict the feed speed in mid or late period of reduction and Keywords:titanium sponge the titanium on walls production feed speed liquid level in reaction 1 前言在海绵钛的还原生产过程中，反应器的上部器壁会生成大量环状的爬壁钛，如图1所示。爬壁钛会导致以下不良后果：第一，由于目前使用双法兰反应器，反应器上部热损失较大（上部有三圈水套，反应器约300 mm高度在加热炉外），上部爬壁钛中的氯化镁很难被蒸发出去，使爬壁钛中含有较高的杂质元素氯，剥取产品时会看到反应器口部（爬壁钛的最上部）粘有大量的镁和氯化镁。第二，海绵钛还原、蒸馏反应器为铁制反应器，由于爬壁钛在反应器器壁上粘附较强，加之双法兰反应器上部热损失大，为保证反应器上部温度，蒸馏期间加热炉1#、2#加热电阻丝送电频率高且时间长，致使爬壁钛普遍有发亮现象，分析结果显示杂质元素铁含量较高。第三，爬壁钛在反应器上部空间极易被泄漏进的空气污染，使产品中杂质元素氮、氧含量较高。由表1可看出，产品分析爬壁钛质量级别基本上在3—5级（极少部分在2级以上），同时，也有少部分因杂质元素过高成为等外品。一炉产品爬壁钛的生成量少则500kg左右，多则达800至1000 kg，经济损失较大。另外，爬壁钛过多也给产品取出带来困难，增加操作人员劳动强度。为了减少爬壁钛生成量，降低损失，我们进行了控制液面高度及调整料速试验。表1 2007年下半年爬壁钛质量统计表分析批数（批） 2级品批数（批） 3～5级品批数（批）等外品批数（批） 2级品影响因素 3～5级品、等外品影响因素75 12 51 12 HB、Fe、Cl、O、N HB、Fe、Cl2 爬壁钛形成机理镁还原TiCl4主要反应为：TiCl4+2Mg=Ti+2MgCl2，在还原反应刚开始时，加入的TiCl4大部分气化，发生气相TiCl4—气相Mg或气相TiCl4—液相Mg反应，同时也有一部分TiCl4液体未来得及气化，进入液镁中，发生液相TiCl4—液相Mg间的反应。还原刚开始在反应器铁壁和熔镁表面夹角处上，一旦有钛晶粒出现后，裸露在熔镁面上方的钛晶体尖峰或棱角便成为活性中心。[1] 镁还原TiCl4主要在此活性中心上进行。液镁靠表面张力沿铁壁和钛晶体毛细孔上爬，被吸附在活性中心上，与气相TiCl4反应生成最初的海绵钛颗粒。随着反应的进行，生成的海绵钛颗粒依赖其与反应器壁的粘附力和熔体浮力的支持沿反应器壁在熔体表面逐渐长大，并浮在熔体表面。随着生成的海绵钛块增厚、增大，加之排放氯化镁，失去熔体浮力支持的海绵钛块体大部份就会沉落在熔体底部，这样在反应器器壁上，将有环状海绵钛粘附在其上，其实，这部分也是最初的爬壁钛。另外，在还原反应初期，液镁有很大的蒸发表面，而空间压力较低，故镁具有很大的蒸发速度。还原反应中期，反应温度较高和对反应器底部加热时，也会有部分镁蒸发。镁蒸气挥发后，冷凝在反应器器壁和大盖底部，与气相TiCl4反应也会生成部份爬壁钛。海绵钛块沉落熔体底部后，熔体表面会重新暴露出液镁的自由面，还原反应将恢复到较大的速度。随着反应的进行，在熔体表面会重新生成海绵钛桥，通过排放氯化镁，钛桥被破坏，海绵钛块靠自重下沉，又为下一层海绵钛生长创造条件，爬壁钛也在这一过程中逐渐形成，还原反应如此周而复始进行，直至镁的利用达到65%—75%之后。3 生产中爬壁钛增多原因分析1中后期加料速度随着还原反应的进行，特别是进入中期后，加料速度逐渐增加，反应进行的非常剧烈，熔体表面反应区中心部最高温度可达1200℃以上，而镁的沸点仅1105℃，此时镁处于沸腾状态。加之目前还原操作料速按玻璃转子流量计实际刻度与自动加料系统对照进行加料，因玻璃转子流量计出厂时是用水标定，当被测介质改为TiCl4时，其修正系数，经计算应为13。当玻璃转子刻度显示最大加料量为150 kg /5h，实际料速已达160～170 kg /5h。这样更加剧了反应的剧烈程度，沸腾的液镁将不断吸附在最初反应器壁上已形成的少量环状爬壁钛上，通过钛晶体毛细孔上爬，与气相TiCl4反应生成新爬壁钛，使原环状爬壁钛增多、增厚。另外，由于反应剧烈程度增加，也加剧了液镁的气化，液镁蒸气挥发后，冷凝附着在反应器器壁上部和大盖底部，与气相TiCl4反应生成爬壁钛，这些爬壁钛主要粘附在反应器器壁上部和大盖底部。因此，最大料速持续的时间越长，生成爬壁钛也就越多（表2）。表2 部分大料速爬壁钛生成量统计表最大料速（kg /5h）持续的时间（h）爬壁钛占毛产量比例（%）生产炉-1 155～165 35 75生产炉-2 145～155 40 55生产炉-3 155～165 36 67生产炉-4 155～165 40 35生产炉-5 155～165 35 2 反应液面高度反应液面高度太低、波动范围过大会增加爬壁钛生成量，其原因如下：第一，当反应液面高度过低时，TiCl4距液镁表面间距面相对较远，发生液相TiCl4—液相Mg间的反应相对减少，气相TiCl4与镁蒸气反应相对增加，从而增加爬壁钛生成量。第二，因未定时、定量准确排放MgCl2，反应液面高度大幅上下波动，易在钛晶体活性中心之外，形成新的活性中心，液镁靠表面吸引力沿铁壁和钛晶体孔隙上爬，被吸附在活性中心上，这样在反应器壁上会粘附形成新的爬壁钛。因此，不控制好液面高度，及时准确排放MgCl2，也将增加爬壁钛的生成量（表3）。表3 反应液面高度大幅波动量统计表反应液面高度波动范围爬壁钛占毛产量比例（%）生产炉-6 1#～2# 88生产炉-7 1#～2# 82生产炉-8 1#～2# 67生产炉-9 1#～2# 02生产炉-10 1#～2# 02生产炉-11 1#～2# 814 措施通过上述分析，可以知道爬壁钛是海绵钛生产过程中必然要形成的，但其生成量是可以控制的，因此，我们对加料速度以及反应液面高度进行了调整。结合生产实践，采取两项措施：第一，我们对部分处于通风不好而影响散热的炉子还原中期最大加料速度限制在135～140 kg /5h，以缓解反应剧烈程度，特殊炉次，因反应温度太低，可以适当提高至160～170 kg /5h，但持续时间不能太长，最多3～4 h;后期最大料速限制在105～110 kg /5h。第二，控制反应液面在1#范围内小幅波动，防止形成新的活性中心，以达到降低爬壁钛生成量的目的（表4）。表4 调整料速及排放MgCl2制度试验对比表料速及排放MgCl2制度平均爬壁钛占毛产比例(kg) 平均钛坨重量(kg) 平均加料时间(h) 中期平均最大料速(kg /5h) 后期平均最大料速(kg /5h)调整前 56 5291 89 160 120调整后 28 5483 87 138 107从表4的统计数据可以看出，通过控制最大料速以及控制好液面高度及时准确的排放MgCl2，产品生成的爬壁钛占毛产比例大大下降，调整前平均爬壁钛为56％，调整后平均爬壁钛28％，平均下降28％。在进行调整料速试验期间，对生产炉-59一炉产品还原中期加料再次进行提高料速到155～165 kg /5h试验，结果爬壁钛增至占毛产量的93％，从这点也证明了加料速度对爬壁钛形成的影响。此外，调整前，钛坨平均重5291 kg，调整后，钛坨平均重5483 kg，平均毛产重量未受影响；调整前平均加料时间89小时，调整后平均加料时间87小时，加料时间也略有减少。试验在降低爬壁钛生成量的同时，缩短了还原生产周期，降低了还原电耗，取得了较好的效果。5 结论1对处于通风不好而影响散热的炉子还原中期最大加料速度限制在135～140kg /5h，后期最大料速限制在105～110 kg /5h 2控制反应液面高度在1#范围内小幅波动。本试验在巩固海绵钛钛坨产量的情况下，降低了爬壁钛生成量，试验取得了效果，为进一步研究探索海绵钛爬壁钛生成量打下了基础。参考资料[1] 莫畏，邓国珠，罗方承钛冶金[M]版次（第二版）北京:冶金工业出版社，1998:281-293

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粉末冶金新技术论文

粉末冶金的优点：①能够制备部分其他方法难以制备的材料，如难熔金属，假合金、多孔材料、特殊功能材料(硬质合金); ②因为粉末冶金在成形过程采用与最终产品形状非常接近的模具，因此产品加工量，少而节省材料;③对于一部分产品，尤其是形状特异的产品，采用模具生产易于，且工件加工量少，制作成本低，如齿轮产品。粉末冶金受到限制的主要原因也就是不足： ①由于粉末冶金产品中的孔隙难以消除，因此粉末冶金产品力学性能较相同铸造加工产品偏低; ②由于成形过程需要模具和相应压机，因此大型工件或产品难以制造; ③规模效益比较小(优点：材料利用率高，加工成本较低，节省劳动率，可以获得具有特殊性能的材料或产品，缺点：由于产品中孔隙存在，与传统加工方法相比，材料性能较差例子：铜 — 钨假合金制造，这是用传统方法不能获得的材料)。

“祖国需求”、“自主创新”，是黄伯云使用频率最高的关键词。 “赶超世界先进水平”、“服务国家利益”，是黄伯云科学研究始终不渝的方向和目标。在新材料领域，黄伯云已经探索了30多年。他的研究成果在不少方面满足了“国家的急需”，特别是航空制动材料的急需，解决了诸多关键技术问题。第一名的成绩考取出国研究生 1964年，来自洞庭湖畔的黄伯云以优异成绩考入中南矿冶学院特种冶金系，迈出了成就科学家梦想的第一步。可是大学才读了一半，“文化大革命”开始了。他渴望读书，渴求知识，但又怕打成“白专”典型，只好躲进图书馆、躲到校园后的岳麓山、躲回老家去读点书。1969年毕业后，留校从事科研和教学。当时，他选择稀土磁性材料为研究方向。这项研究不仅具有重要的理论价值，而且对国家的经济建设和国防事业有着十分重要的实用价值。他与同伴们克服了条件差、经费不足等困难，日夜奋战，主持研制了钐-钴和铈钴铜铁粉末冶金材料，并成功应用于我国人造卫星的关键通讯器件中，受到中共中央、国务院、中央军委的嘉奖。科研的首次成功，不仅使黄伯云从此与新材料结下了不解之缘，而且增添了他献身祖国科技事业的信心和决心。1978年，他以学校总分第一名的成绩考取出国研究生，经过一年多的培训后，于1980年留学美国。第一个留学归国的博士后 1988年9月3日，新华社电讯：黄伯云留美8年成就显著，博士后回国创业。消息虽短，影响却不寻常。因为黄伯云是我国改革开放后第一个在美国完成硕士、博士、博士后学习的归国留学人员。在美国求学期间，黄伯云就常常提醒自己：“我是一个中国人。我的言行、我的成功与否代表着中国。”正是这种民族自尊心、自信心，激励着他奋发向上，不甘落后。抵美不久，导师交给黄伯云一项几位研究生做了多年而未解决的难题。按照导师的要求，他做了第一批实验，但结果不理想，于是接着做第二批。为了尽快取得满意的实验结果，他几乎每天工作到深夜。 1980年的圣诞之夜，同事们都度假去了，黄伯云仍在实验室忙碌。午夜过后，系主任威尔德教授因急事来到实验室。当他看到圣诞之夜只有黄伯云一个人还在紧张工作后，被中国人的勤奋精神所打动，禁不住连声称赞，并为黄伯云后来的研究工作提供了许多方便。两个月后，黄伯云终于找到了解决问题的关键。导师看到实验结果后十分惊喜，称“这是一个重大进展”，不久便提出让黄伯云读他的博士研究生，并亲笔写信给中国教育部：“黄先生有出色的研究才能，Iowa州立大学愿为他提供全部奖学金，为其攻读博士学位。”我国教育部很快给予了肯定的答复，黄伯云提前攻读博士学位。身在大洋彼岸，心系祖国发展。1984年，黄伯云从美国一份专业报纸上了解到，美国的计算机发展很快，他们的VaX系统非常先进，联想到美国的繁荣和我国的落后，他意识到：科学技术对国民经济和社会发展的推动作用越来越重要，谁走到了科技的前头，谁发展就快。但光感叹没有用，要靠一个一个“中国人”自己去奋斗，一项一项去赶超。于是，他暗暗地给自己定了目标：我研究材料科学，就一定要搞出自己的东西，使中国的材料科学赶超世界先进水平，为国家的发展作出贡献。带着这个愿望，黄伯云谢绝了许多国外知名企业的重金聘请和名牌大学的高薪挽留，毅然携妻带女，回到了祖国，回到了母校原中南工业大学。第一流的粉末冶金专业学科综合基地回国不久，黄伯云被任命为粉末冶金研究所所长，尔后又兼粉末冶金国家重点实验室主任、粉末冶金国家工程研究中心主任，主持新材料的研究工作。 “科学研究要放在国家的层面上，解决国家的大问题，解决民族的大问题。”这是黄伯云确定科研方向、选择科研课题的思想基础和行为准则。即使要忍受长时间的寂寞，要付出百倍的艰辛，甚至要承担失败的风险，但“为了国家的大事，再硬、再难的项目也要干”。从原中南工大到现在的中南大学，每年要承担几十项国家有色金属材料重点科研与试制项目，其中大部分是国家急需的项目，而且往往是难度很大的“硬骨头”。黄伯云组织一大批中青年学术骨干，经过数年的日夜奋战，啃下了一个又一个“硬骨头”，在金属间化合物、粉末冶金注射成型及先进航空航天制动材料等多个领域取得了创新成果。 TiAl基合金是一种非常有发展前途的航空航天用轻质高温结构材料，但室温脆性和难加工性一直是世界科学家想解决的难题。黄伯云主持国家“863”高技术新材料TiAl基合金研究工作后，创造性地提出了“TiAl基合金快速变形细化晶粒”新技术，使该材料的室温拉伸延性提高到5%%，达到当时国内外所报道的最高水平。粉末冶金注射成型技术是当今世界新材料领域的前沿课题。经过多年的努力，由黄伯云主持的该项研究取得重大突破，现已建立起一条具有世界一流水平的高技术产品中试线，其制品已应用电子、通讯、机械、国防等行业。 1998年，作为项目主要实施者，黄伯云研制了“高性能粉末冶金飞机制动材料”，实现了某型号飞机刹车材料的国产化，其产品性能和使用寿命均优于国外同类产品，不仅满足了国防建设的急需，也为国家节省了大量外汇。在黄伯云的直接领导和感召下，粉末冶金研究院造就了一批心系国家、能啃“硬骨头”的科技攻关能手，培养了大量的高技术新材料专业人才，现已建设成为世界第一流的粉末冶金专业学科综合基地。第一个想到的是国家的急需在几十年的科研生涯中，黄伯云强调和坚持最多的就是原始性创新和集成创新。认为只有拥有自主知识产权，才能打造民族品牌产品；只有掌握核心技术，才能促进经济持续发展，保障国家战略安全。从20世纪70年代开始，黄伯云主持的科研项目都有自主创新的亮点：主持研制的钐-钴和铈钴铜铁粉末冶金材料，成功应用于我国人造卫星的关键通讯器件中；发明了“TiAl基合金快速变形细化晶粒”新技术快速变形细化晶粒技术：研制了“高性能粉末冶金飞机制动材料”…… “高性能炭∕炭航空制动材料的制备技术”是黄伯云率领的创新团队重大的自主创新。炭/炭复合材料是新一代航空制动材料，性能好、寿命长，可在3000°C高温环境中使用，比重仅为钢铁的1/4，代表了当今航空制动材料的发展方向，也是一种高难度制备技术材料，世界上只有美、英、法掌握了这种技术。黄伯云率领的团队，不仅冲破了技术封锁，而且走出了一条与国外完全不同的技术路线，建立了全新的、完整的高性能炭/炭复合技术体系，其关键技术处于世界领先水平：在理论上发现了CVI微区气氛原子堆积和摩擦膜形成的微观机理；在国内外首次设计并采用全炭纤维预制体，突破了国外的预氧丝预制体模式；首创了逆定向流-径向热梯度CVI热解炭沉积技术。这是一项集成创新，目前已形成国家发明专利9项，研发了具有自主知识产权6大类共30台成套关键工艺设备。承担“高性能炭∕炭航空制动材料的制备技术”研制项目时，黄伯云已经在粉末冶金材料领域取得了令人瞩目的成就，而“高性能炭∕炭航空制动材料的制备技术”是高难度的课题，不少科技发达的国家多年研究没有成功。困难重重，甚至有功败名毁的风险，但中国人不掌握这门技术，国家的航空战略战略安全就会永远受制于人。为了解决国家的急需，黄伯云领衔承担了这个国家重大项目。其间有多次失败，几千万元的投入后还看不到好的结果。黄伯云和课题组成员承受着巨大的压力。然而这时他第一个想到的是国家的急需和自己的责任。失败了，找原因，寻求新的对策；成功了，再探寻提升的方法。黄伯云终于让无数个看不见、摸不着的炭原子听从科学家的指挥，在炭纤维有序排列，形成了完整的“高性能炭∕炭航空制动材料的制备技术”。第一个走出实验室黄伯云坚信：科研不只是写几篇好论文，也不只是在实验室做出成功的实验，重要的是要把科技成果转化为生产力，创造经济和社会价值，造福人民，这才是完整意义上的科学家。在担任粉末冶金研究所所长时，黄伯云就提出内部循环和外部循环两个良性循环思路。内部良性循环就是努力抓好研究所内的高技术基础研究和高技术中试开发，开发的收入支持基础研究；外部良性循环就是加强科研与企业的联系，促进科研成果转化为生产力，形成产业，产生规模经济效益。担任校领导后，他在全校全面推行两个良性循环的科学发展思路，采取办学科性公司、与企业联合等多条措施，促进科研成果的转化。 ■新闻背景飞机的起降和滑行离不开刹车副。目前，国际上使用的航空刹车副有金属盘和炭／炭盘两种。而高性能炭/炭航空制动材料是以炭纤维为增强体、炭为基体的先进复合材料，具有密度低、性能好、寿命长等特点，代表了当今航空制动材料的发展方向。由中国工程院院士、中南大学校长黄伯云主持发明的“高性能炭/炭航空制动材料的制备技术”，打破了国外在这方面的技术封锁，成为继英、法、美之后第四个拥有该制造技术和生产该类高技术产品的国家，实现了我国高性能航空制动材料的国产化，对确保国家航空航天战略安全具有重大意义，而且其关键技术达到了国际领先水平。

粉末冶金新技术论文题目大全及答案

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