【文章內(nèi)容簡介】 氯化 粗TiCl4精制 純 TiCl4鎂還原 海綿鈦 熔鑄 鈦錠 加工 鈦材或鈦部件（附工藝流程圖） XXXXX 鈦業(yè)有限責(zé)任公司年產(chǎn) 2020 噸鈦錠 、 1500 噸鈦材建設(shè)項目 可行性研究報告 XXXXX 市工程咨詢中心編制（ 2020） 19 真空電弧變?nèi)郏?VAR）工作說明 真空電弧重熔 (Vacuum Arc Remelting)方法最初是以生產(chǎn)活性金屬 Ti、 Zr 及其合金，難熔金屬 Mo、 W 及其合金而發(fā)展起來的。 20 世紀(jì) 50 年代初，用以重熔高溫合金，逐步發(fā)展到稱為高溫合金和特殊鋼重熔的重要手段之一。 VAR 法即在真空條件下，利用直流電弧作熱源來熔化自耗電極，從而進(jìn)行冶煉的方法。 VAR 爐又稱真空白耗爐。 XXXXX 鈦業(yè)有限責(zé)任公司年產(chǎn) 2020 噸鈦錠 、 1500 噸鈦材建設(shè)項目 可行性研究報告 XXXXX 市工程咨詢中心編制（ 2020） 20 （ 1）工作原理 真空電 弧熔煉時產(chǎn)生的電弧是屬于氣體放電的一種形式。一般情況下，氣體是絕緣體，但是，當(dāng)受到外界游離源的影響，如各種紫外線照射時，這種絕緣性能便受到破壞。這時，如果在充有氣體的容器中，封入兩個電極，并在電極上加上電位差，便發(fā)現(xiàn)外電路有電流，同時兩極間有亮光出現(xiàn)，此時，氣體即成為較好的導(dǎo)體，這種現(xiàn)象稱為氣體放電現(xiàn)象。氣體放電隨著氣體種類、壓力、電極狀態(tài)及間距、外加電壓電流的不同，呈現(xiàn)不同的現(xiàn)象，如輝光放電、電暈放電、弧光放電等。 在真空電弧熔煉中：使自耗電極與結(jié)晶器之間存在電位差，調(diào)上適當(dāng)?shù)碾娏?，使電極與結(jié)晶器底板 接觸，由于短路，電極局部變成紅熱狀態(tài)。當(dāng)兩極慢慢分開，存在間隙時，在強電場的作用下，便發(fā)射電子，向陽極轟擊，產(chǎn)生自持放電中的弧光放電。利用電弧作熱源，將自耗電極逐漸熔化，隨著自耗極端部熔滴形成和滴落，產(chǎn)生一定的物理化學(xué)反應(yīng)，而使一部分氣體雜質(zhì)被去除，一些不穩(wěn)定的非金屬夾雜物，如氧化物、氮化物，在真空和高溫條件下促使發(fā)生離解或被碳還原而去除。而對某些高穩(wěn)定性的氧化物、氮化物或碳氮化物等非金屬夾雜物，在電弧沖擊作用下使之破碎或上浮至熔池表面而去除，以達(dá)到進(jìn)一步提純的目的。 XXXXX 鈦業(yè)有限責(zé)任公司年產(chǎn) 2020 噸鈦錠 、 1500 噸鈦材建設(shè)項目 可行性研究報告 XXXXX 市工程咨詢中心編制（ 2020） 21 圖 51 為真空白耗電弧爐熔煉示意圖 圖 51 真空白耗電弧爐熔煉示意圖 （ 2） 熔煉工藝 真空電弧熔煉 工藝過程一般分為：電極制備、電極準(zhǔn)備與焊接、熔煉、冷卻與出鋼等 幾個階段 ，如圖 52 所示 。 圖 52 真空電弧熔煉工作操作流程圖 按要求用鑄造、鍛造、壓制和燒結(jié)的方法制造電極，將電極與輔助電極焊接，密封爐子，抽真空、熔煉 (包括四期：XXXXX 鈦業(yè)有限責(zé)任公司年產(chǎn) 2020 噸鈦錠 、 1500 噸鈦材建設(shè)項目 可行性研究報告 XXXXX 市工程咨詢中心編制（ 2020） 22 起弧期、大電流期、主熔煉期和封頂期四個時期。 圖 53 是真空電弧熔煉工作曲線圖 )、冷卻出鋼。 根據(jù)錠型的大小，工藝曲線中各個熔煉期的時間分配比例略有差異，在熔煉直徑達(dá) 600mm 的特殊鋼時，起 弧期占總?cè)蹮挄r間的 5%～ 7%，大電流期 (包括過渡期 )約占 6%～ 8%，主熔煉期約占 70%～ 75%，封頂期約占 12%～ 15%。 圖 53 真空電弧熔煉工作曲線圖 大量的試驗數(shù)據(jù)和生產(chǎn)實踐表明， VAR 方法對去除氣體雜質(zhì)和非金屬夾雜物、消除縮孔和偏析很有成效，特別是對于高活性、同氧親和力強的元素的合金和特殊鋼，為保證化學(xué)成分和性能的穩(wěn)定， VAR 方法進(jìn)行二次重熔就更表現(xiàn)出它的優(yōu)越性。 技術(shù)來源 ：國內(nèi) 二、主要工藝設(shè)備選擇 設(shè)備選擇原則 設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計先進(jìn)合理，能夠滿足 工藝 要求。設(shè)備具備XXXXX 鈦業(yè)有限責(zé)任公司年產(chǎn) 2020 噸鈦錠 、 1500 噸鈦材建設(shè)項目 可行性研究報告 XXXXX 市工程咨詢中心編制（ 2020） 23 國 際先進(jìn)水平的可靠的全自動化控制、監(jiān)控、跟蹤及自診斷等功能。其配套產(chǎn)品和功能元器件應(yīng)具有國際先進(jìn)水平，能夠適應(yīng)長期、穩(wěn)定、安全、可靠的生產(chǎn)需求。設(shè)備的節(jié)能效果好 ， 使用、操作、維修方便簡捷，造型美觀，安全可靠，售后服務(wù)優(yōu)良。 設(shè)備的設(shè)計、制造應(yīng)符合相應(yīng)的國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。 設(shè)備所有零部件和各種儀表的計量單位應(yīng)全部采用國際單位（ SI）標(biāo)準(zhǔn)。 設(shè)備選擇 根據(jù)設(shè)備選擇原則，本項目共購置國內(nèi)先進(jìn)節(jié)能型設(shè)備55 臺（套）。詳見主要設(shè)備購置一覽表。 主要設(shè)備技術(shù)條件及結(jié)構(gòu) （ 1） VAR— 1T真空 自耗電極電 弧熔煉 爐 技術(shù)條件 ① 熔煉金屬：鈦、鈦合金 ② 鑄錠最大重量： 1000kg ③ 熔煉電源參數(shù) ： 進(jìn)戶電壓 (由用戶自備 ) 頻率 ： 50Hz 硅整流輸出電壓 ： 20～ 75V(直流 )， 12020A ④ 熔煉工作電壓 ： 30～ 45V(直流 ) 熔煉電流 ： 12020A 極限真空度 ： 103Pa XXXXX 鈦業(yè)有限責(zé)任公司年產(chǎn) 2020 噸鈦錠 、 1500 噸鈦材建設(shè)項目 可行性研究報告 XXXXX 市工程咨詢中心編制（ 2020） 24 ⑤ 升壓率：≤ 2Pa/h ⑥ 冷卻水 ： 水壓 ～ Pa 水溫≤ 30℃ ⑦ 壓縮空氣： ～ M Pa ⑧ 設(shè)備占地空間 ： 主機 ： 地溝深 ： 2 m （ 2） 結(jié)構(gòu)概述 本爐由真空熔煉室、滑軌導(dǎo)向聯(lián)接體、真空系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和光學(xué)監(jiān)視系統(tǒng)組成。 ① 真空熔煉室：由爐體、電極桿、熔煉電源、電極升降裝置、結(jié)晶器等系統(tǒng)組成。 爐體為雙層爐壁（內(nèi)層 1Cr18Ni9Ti、外層 Q235），立式圓筒焊接結(jié)構(gòu)，壁中間通冷卻水。設(shè)有 觀察窗，熔煉時通過此窗可觀察到電弧放電狀態(tài)，并通過光學(xué)攝相頭傳送到控制室光屏上，爐體側(cè)還設(shè)有真空測量規(guī)管、真空放氣閥、充氣閥、爐體上端設(shè)有供電極升降用的密封裝置和兩個觀察窗及陽極（ +）接線端子。陽極（ +）電流流經(jīng)爐體和下法蘭彈性觸頭導(dǎo)入結(jié)晶器創(chuàng)造電弧放電條件，這樣和電極料棒形成同軸供電。 電極桿為雙層無縫管夾層水套，外徑為φ 150，內(nèi)有滾珠XXXXX 鈦業(yè)有限責(zé)任公司年產(chǎn) 2020 噸鈦錠 、 1500 噸鈦材建設(shè)項目 可行性研究報告 XXXXX 市工程咨詢中心編制（ 2020） 25 絲杠，上端外有氣缸，通過中空拉桿為下端的氣動夾頭提供夾緊（自耗電極）料棒的動力。熔煉時滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)帶動電極升降，并有雙立柱滾輪導(dǎo)向，通過爐體上部動密封進(jìn)入爐體。 電極升降裝置，由伺服電機和滾珠絲杠構(gòu)成。伺服電機通過齒形聯(lián)軸器聯(lián)接滾珠絲杠傳輸動力。依據(jù)電弧電壓的變化，借助 PLC 裝置控制電機，使電極按工藝要求保持一定升降速度，借以維持電極與熔池的一定距離，并通過旋轉(zhuǎn)編碼器將電極行程以數(shù)碼形式顯示給操作者。 熔煉獲得錠材的結(jié)晶器為銅結(jié)晶器組裝，其上部有吊環(huán)，每熔煉一爐后吊出卸錠。水套內(nèi)有隔水套筒、進(jìn)出水管，使之滿足熱平衡要求。穩(wěn)弧線圈設(shè)在水套間，使電弧在磁場作用下穩(wěn)定放電，并攪拌金屬熔池，達(dá)到除氣提純的目的。 XXXXX 鈦業(yè)有限責(zé)任公司年產(chǎn) 2020 噸鈦錠 、 1500 噸鈦材建設(shè)項目 可行性研究報告 XXXXX 市工程咨詢中心編制（ 2020） 26 ② 滑軌導(dǎo)向聯(lián)接體：由滑軌、立柱導(dǎo)向體、液壓裝置等構(gòu)成 。爐體升降時，由它滑動導(dǎo)向，下端與地基固聯(lián)，上端與液壓缸相接，支撐爐體升降、導(dǎo)向與轉(zhuǎn)動；液壓裝置由油泵、油箱、電磁換向閥、節(jié)流閥、柱塞式液壓缸、管路、空氣過濾器、溢流閥、壓力表等構(gòu)成。 ③ 真空系統(tǒng)：由 1 套油增壓泵機組、 1 套羅茨泵機組及相應(yīng)的閥門、管路等組成。 ④ 氣動系統(tǒng)：由定壓閥、分水器、油霧器、配氣管、換向閥、節(jié)流閥、消音器等構(gòu)成。 提供各氣動閥門、氣缸和氣動夾頭氣缸的壓縮空氣和換向。 ⑤ 水冷系統(tǒng)：由冷卻水控制柜、管路等組成。水控制柜上設(shè)有電接點式水溫、水壓表、閥門、配水管、回水箱。通過管路供給真空機組 、水冷電纜、電極桿、結(jié)晶器、爐體的冷卻水。 ⑥ 電控系統(tǒng)：由一個帶操作臺的大型控制柜集中控制。采用可編程控制器 (PLC)，可實現(xiàn)自動熔煉及各操作過程的自動控制。操作臺面板上裝有熔煉電壓、電流控制按鈕和指示儀表以及其他儀表，有真空系統(tǒng)操作顯示屏；有水溫、水壓等超標(biāo)報警裝置以及電器過載及聯(lián)鎖保護(hù)裝置。電控系統(tǒng)操作方便，穩(wěn)定可靠，易于檢查維修。 ⑦ 熔煉電源：由用戶自備。 XXXXX 鈦業(yè)有限責(zé)任公司年產(chǎn) 2020 噸鈦錠 、 1500 噸鈦材建設(shè)項目 可行性研究報告 XXXXX 市工程咨詢中心編制（ 2020） 27 （ 3） 主要設(shè)備來源：國內(nèi)。 三、工程方案 土建工程設(shè)計依據(jù) （ 1）《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（ GB 500092020） （ 2）《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（ GBJ1189） 1993 修改版 （ 3）《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計規(guī)范》（ GB 500112020） （ 4）《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（ JGJ9494） （ 5）《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（ GB 50072020） （ 6）《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（ GBJ1089）修改版 （ 7）《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（ GBJ388） （ 8）《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》（ GB 5005794） （ 9）《建筑設(shè)計防火規(guī)范 》 （ GB500162020） 土建工程內(nèi)容 建構(gòu)筑物一覽表 序號 建構(gòu)筑物名稱 平面尺寸 建筑面積（ m2） 結(jié)構(gòu)類型 1 鈦錠車間 100 45 4500 鋼構(gòu) 2 鈦材車間 100 45 4500 鋼構(gòu) 3 辦公綜合樓 2618． 56 磚混 4 庫 房 80 30 2400 鋼構(gòu) 5 變電站 240 框架 6 鍋爐房 240 框架 7 職工食堂、浴池 420 磚混 8 門衛(wèi)、大門 7 6 42 磚混 9 圍 墻 1050 10 地面硬化 36500 11 綠 化 11930 XXXXX 鈦業(yè)有限責(zé)任公司年產(chǎn) 2020 噸鈦錠 、 1500 噸鈦材建設(shè)項目 可行性研究報告 XXXXX 市工程咨詢中心編制（ 2020） 28 第六章 總 圖、 運輸 與公用輔助工程 一、總圖布置 布置原則 建筑物的設(shè)置要滿足生產(chǎn)工藝的要求，確保生產(chǎn)過程的連續(xù)性、使作業(yè)線最短、生產(chǎn)最方便快捷，做到人流、物流分開，原料與成品、半成品分開。 按照各功能區(qū)之間的相互關(guān)系進(jìn)行平面布置，根據(jù)生產(chǎn)、使用、管理等方面的要求，對建筑平面、道路、綠化和環(huán)境等進(jìn)行綜合設(shè)計，并應(yīng)符合下列要求。 （ 1） 功能分區(qū)合理 。 （ 2） 布局緊湊、管理方便 。 （ 3） 合理利用廠地條件 。 （ 4） 綜合考慮建筑物位置和朝向，使建筑物最大限度有利生產(chǎn)、流通的 需要 。 總平面布置 鈦錠生產(chǎn)廠房位于廠區(qū)北側(cè)車間內(nèi)包括材料庫，成品庫。鈦材生產(chǎn)廠房位于廠區(qū)西側(cè)，車間內(nèi)包括材料庫及成品庫，在生產(chǎn)線起始位置布置材料庫，在末端位置布置成品庫。配電室和電控