钛废料脱氧工艺研究现状及进展

焦丽娜^1,2，刘晓梅¹，熊富豪¹，陈光耀¹，豆志河³，鲁雄刚^1,4，李重河^1,4

1. 省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室上海市钢铁冶金新技术开发应用重点实验室上海大学材料科学与工程学院2. 东北大学多金属共生矿生态化冶金教育部重点实验室3. 江苏科技大学冶金与材料工程学院4. 上海特种铸造工程技术研究中心

摘 要：钛合金性能优异,被广泛应用于航空航天、化工、海洋工程等领域。随着钛制品的广泛应用,低纯度、多成分的废钛料大幅度增加,并且氧易溶解在钛合金中,增加了钛废料回收的难度,如何减少和回收金属钛废料成为钛工业发展中一项急需解决的重要课题。钛及钛合金与氧有很强的亲和性,通常钛废料在加工和使用过程中氧含量很高,氧与钛形成固溶体会降低钛合金的延展性和抗疲劳性,因此氧含量较高的废料不能再用作生产钛锭的原料,降低氧含量是钛废料回收利用的首要任务。近年来研究最为广泛的钛合金脱氧方法有熔盐电化学脱氧工艺、氢化-脱氢法（HDH法）、钛及钛合金熔炼脱氧工艺（添加脱氧剂和熔渣）等。熔盐电化学脱氧工艺中,改进的钙-卤化物熔盐脱氧法（OS法）和剑桥法（FFC法）均以钛的固体氧化物为阴极,在实验室研究中取得很好的脱氧效果,为二氧化钛直接制备金属钛提供新的研究方向,但是该工艺工业化进程中存在着氧在固体电极中扩散速度慢等问题。固体透氧膜法（SOM）绿色环保,解决了FFC法电流效率低、副反应难以控制等问题,但透氧膜的稳定性等问题阻碍了其工业化进展。而USTB工艺能将钛的成本降低到接近铝的成本,但工业化进程仍然存在一些有待解决的问题,如大型阳极加工困难、电解过程中阴极沉积不稳定等。HDH法用于废钛材脱氧是近几年各国学者研究的热点,但其目前仍存在脱氢工艺中难以彻底去除氢、钛产品中氧含量过高等有待解决的问题。金属热还原结合钛合金熔炼工艺是回收废钛材、降低氧含量的一条有效途径,而研究合适的脱氧剂及脱氧熔渣是实现废钛材回收的关键。本文综述了钛废料回收脱氧工艺的原理及研究发展现状,包括OS法、FFC法、SOM法及HDH法。重点介绍废钛料利用金属热还原法结合熔炼工艺进行脱氧的研究进展,包括熔渣、脱氧剂的选择等,并对熔炼脱氧工艺的研究进行了展望。

关键词：钛废料;OS法;FFC法;SOM法;脱氧;熔炼工艺;