我國(guó)鈦及鈦合金板帶材的應(yīng)用情況分析

中國(guó)產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告網(wǎng)訊：

    內(nèi)容提要： 目前，氯堿工業(yè)中已廣泛采用鈦材來制造金屬陽極電解槽、離子膜電解槽、濕氯冷卻器、精制鹽水預(yù)熱器、脫氯塔、氯氣冷卻洗滌塔等。

         2011-2015年中國(guó)鈦合金產(chǎn)業(yè)全景調(diào)研及投資方向研究報(bào)告

    1 鈦及鈦合金板帶材在化工領(lǐng)域的應(yīng)用

    隨著全球經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，跨國(guó)投資和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移不斷擴(kuò)大，區(qū)域經(jīng)濟(jì)合作進(jìn)一步加深。我國(guó)裝備制造業(yè)涉足范圍也越來越寬廣，不斷有新技術(shù)涌現(xiàn)，也進(jìn)一步增強(qiáng)了我國(guó)裝備制造業(yè)在國(guó)際環(huán)境下的競(jìng)爭(zhēng)力。下面介紹我國(guó)鈦板材在化工領(lǐng)域中的應(yīng)用情況。

    1. 1 制堿行業(yè)

    目前，氯堿工業(yè)中已廣泛采用鈦材來制造金屬陽極電解槽、離子膜電解槽、濕氯冷卻器、精制鹽水預(yù)熱器、脫氯塔、氯氣冷卻洗滌塔等。

    以前，我國(guó)食鹽電解制取氯氣的生產(chǎn)因?yàn)槔鋮s工藝不合理或冷卻設(shè)備的腐蝕影響了氯氣的產(chǎn)量和質(zhì)量，而且還嚴(yán)重地污染了環(huán)境。許多氯堿廠使用了鈦制冷卻器后，解決了濕氯冷卻器的腐蝕問題，有的已使用了近20 年，至今仍然完好無損，改變了氯堿工業(yè)中制取氯氣的生產(chǎn)面貌。鈦在高溫濕氯氣的環(huán)境下極耐腐蝕，在常溫下的氯水中，腐蝕速率為0. 000 565 mm/a; 在80 ℃的氯水中，腐蝕速率為0. 00 431mm/a。

    鈦材在制堿行業(yè)中的應(yīng)用已有近30 年歷史，其制造技術(shù)及產(chǎn)品應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)非常成熟。離子膜電解制堿是目前最先進(jìn)的制堿方式，在我國(guó)已有60%的生產(chǎn)線采用了離子膜電解槽。這種電解槽內(nèi)采用了大量高精度尺寸與嚴(yán)格形狀要求的鈦板、鈦鋼復(fù)合板、鈦網(wǎng)板等。另外，與生產(chǎn)線配套的氯氣尾氣收集設(shè)備，以及換熱器、儲(chǔ)存罐等設(shè)備也都應(yīng)用了大量鈦板。這些設(shè)備的維護(hù)或翻新周期為3 ～ 6 年。

    1. 2 制鹽行業(yè)

    我國(guó)真空制鹽工業(yè)起步較晚，到20 世紀(jì)70 年代初期才大量興起。真空制鹽過程高溫濃鹽鹵水對(duì)碳鋼設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，直接影響了設(shè)備能力的發(fā)揮及生產(chǎn)的正常運(yùn)行。設(shè)備頻繁維修，跑冒滴漏嚴(yán)重，成為當(dāng)時(shí)亟待解決的問題。選擇適合于制鹽工業(yè)的耐蝕材料提到了議事日程。

    隨著人們對(duì)鈦材性能認(rèn)識(shí)的逐步深入以及對(duì)鈦材加工技術(shù)的逐步撐握，鈦被推廣應(yīng)用到真空制鹽工業(yè)。為了防止真空制鹽過程中蒸發(fā)罐壁結(jié)鹽垢，在小型蒸發(fā)罐內(nèi)壁液面波動(dòng)處，嵌入高1 100 mm、厚0. 7 mm 的TA2 板。使用結(jié)果表明，由于鈦耐腐蝕，對(duì)于防止蒸發(fā)罐壁結(jié)鹽垢，延長(zhǎng)洗罐周期有良好效果。鄧關(guān)鹽廠年產(chǎn)7 × 104 t 真空制鹽工程( 黑鹵) Ⅱ、Ⅲ效加熱室，采用TA2 換熱管及鈦鋼復(fù)合管板結(jié)構(gòu)，投入使用近20 年一直運(yùn)行使用良好。內(nèi)蒙古吉蘭泰鹽廠年產(chǎn)5 × 104 t 真空制鹽工程蒸發(fā)罐Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ效蒸發(fā)室首次采用了鈦鋼復(fù)合板結(jié)構(gòu)，多年運(yùn)行證明，以鈦鋼復(fù)合板制造的蒸發(fā)室對(duì)防止結(jié)鹽垢、延長(zhǎng)檢修周期、提高鹽品質(zhì)均有良好效果。四川大安鹽廠、五通橋鹽廠兩套年產(chǎn)30 × 104 t 真空制鹽主體設(shè)備蒸發(fā)罐與料液接觸的部份，以及Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ效加熱室均采用TA2 換熱管及鈦鋼復(fù)合板。僅此兩套制鹽裝置，便使用鈦管44 t，使用TA2 板約10 t，鈦鋼復(fù)合板達(dá)360 t，使真空制鹽工業(yè)一躍成為用鈦板以及鈦鋼復(fù)合板的大戶之一。

    1. 3 PTA 行業(yè)

    PTA( 精對(duì)苯二甲酸) 在常溫下呈白色粉狀晶體，是生產(chǎn)聚酯纖維、樹脂、膠片及容器樹脂的主要原料，被廣泛應(yīng)用于化纖、容器、包裝、薄膜生產(chǎn)等領(lǐng)域。生產(chǎn)PTA 的主要原料是石油煉化中產(chǎn)生的芳烴類對(duì)二甲苯( PX) 。

    20 世紀(jì)90 年代初我國(guó)建造成了第一條PTA 生產(chǎn)線，其生產(chǎn)技術(shù)及裝備均從美國(guó)和歐洲引進(jìn)。近年來在國(guó)家調(diào)控政策的影響下，我國(guó)PTA 行業(yè)得到了穩(wěn)步良性發(fā)展，已成為PTA 的生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，生產(chǎn)技術(shù)日益成熟，裝備日趨國(guó)產(chǎn)化。截至2011 年年初，國(guó)內(nèi)已有近30 條PTA 生產(chǎn)線，分布在18 個(gè)工廠。由重慶市蓬威石化有限責(zé)任公司投資建設(shè)的第一條全套國(guó)產(chǎn)化裝備的PTA 生產(chǎn)線，已于2010 年建成并投產(chǎn)。

    PTA 裝備需要防蝕的部件主要為反應(yīng)器、交換器。而防蝕的方法有襯鈦或采用全鈦，襯鈦部件是有外層碳鋼來承擔(dān)介質(zhì)的壓力，而由內(nèi)襯鈦來抵抗介質(zhì)的腐蝕。全鈦部件則是完全由鈦來承擔(dān)介質(zhì)的腐蝕和壓力［2］。

    2 鈦及鈦合金板帶材在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用

    在美國(guó)和俄羅斯等國(guó)家，鈦及鈦合金已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于航空航天制，成為鈦材的第一大消費(fèi)領(lǐng)域。

    在我國(guó)，由于航空航天制造業(yè)起步較晚，鈦及鈦合金在航空航天領(lǐng)域用量不大，但近幾年，隨著該行業(yè)的迅速發(fā)展，鈦及鈦合金板材的應(yīng)用也有了較大的發(fā)展。目前，在航空航天領(lǐng)域，大規(guī)格鈦板主要應(yīng)用于超塑成形飛機(jī)的腹鰭、壁板和板筋等零部件，常用牌號(hào)有TC1、TC4。航空發(fā)動(dòng)機(jī)上常用的牌號(hào)有TC1、TC4、TA7、TA15，厚度為1、2、5、8、10 mm板材，通常執(zhí)行的都是企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)格也比較多，主要與發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)有關(guān)。飛機(jī)機(jī)身上常用到的鈦板材主要是蒙皮，厚度在1 mm 左右，寬度1 200 ～1 400 mm，執(zhí)行國(guó)軍標(biāo)，也有部分是按協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。目前用于飛機(jī)機(jī)身蒙皮的鈦板材比飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的用量更大。

    3 鈦及鈦合金板帶材在海洋領(lǐng)域的應(yīng)用

    鈦板在艦船、潛艇、海洋資源勘探、海洋油氣開采、海洋調(diào)查與救生、海水淡化及濱海電站等方面的應(yīng)用已經(jīng)有30 多年的歷史，快速增長(zhǎng)開始于20世紀(jì)90 年代。這得益于海洋油氣資源勘探和開采的大力發(fā)展。

    3. 1 船舶制造行業(yè)

    鈦及鈦合金以其輕質(zhì)、高比強(qiáng)、耐蝕、無磁性等優(yōu)異性能被稱為“海洋金屬”，是海軍工程最有應(yīng)用前途的金屬材料，適用于航母、潛艇、深潛器、原子動(dòng)力船、民船等［3］。

    鈦材在船舶中的應(yīng)用部位非常廣，如船舶的推進(jìn)系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、電子信息系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、聲納導(dǎo)流罩及深潛器耐壓殼體等。長(zhǎng)8 ～ 10 m、寬3 m、高3. 5 m 深潛器，所用鈦材規(guī)格較大; 載人耐壓艙需要規(guī)格大于120 mm × 3 400 mm × 3 400 mm 的板材來制造球殼，在耐壓球殼體上有許多大孔( 觀察窗、密封艙口、貫通連接件) ，還需焊接更厚的鍛件來補(bǔ)強(qiáng)，要求鈦合金有很好的焊接性; 推進(jìn)系統(tǒng)中的螺旋槳、噴水推進(jìn)裝置、動(dòng)力裝置、燃?xì)廨啓C(jī)葉片和輪盤等主要使用的是鈦合金零部件、構(gòu)件、管道等。

    到目前為止，我國(guó)在艦船上的用鈦量很少，占全部鈦用量的10%～20%。這主要是因?yàn)榇�舶產(chǎn)業(yè)規(guī)模小、成本高造成的。隨著我國(guó)國(guó)力的增強(qiáng)以及艦船工業(yè)的發(fā)展，艦船用鈦的市場(chǎng)需求也將隨之增加。

    3. 2 濱海電站領(lǐng)域

    電力行業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)工業(yè)，是國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的先行產(chǎn)業(yè)。改革開放以來，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)持久高速發(fā)展，全國(guó)許多地方出現(xiàn)電力供應(yīng)嚴(yán)重不足。國(guó)家隨即采取了許多措施，啟動(dòng)了許多電力項(xiàng)目。凝汽器是火力發(fā)電廠和原子能發(fā)電廠的重要設(shè)備之一。由于采用海水或被污染水作為冷卻液對(duì)凝汽器( 原用銅合金) 產(chǎn)生腐蝕和磨蝕，導(dǎo)致凝汽器發(fā)生泄露，嚴(yán)重危及電廠的安全運(yùn)行。而鈦以其優(yōu)異的耐蝕、抗沖刷、高比強(qiáng)等良好的綜合性能，成為冷卻水質(zhì)惡劣的電廠凝汽器的理想材料，贏得了電力行業(yè)的青睞。我國(guó)從20 世紀(jì)80 年代初開始研制薄壁鈦焊接管。1987 年在廣東沙角電廠進(jìn)行了國(guó)產(chǎn)焊接鈦管的插管裝機(jī)試驗(yàn)，規(guī)格為��25 mm × 0. 5mm 和��25 mm ×0. 7 mm 兩種，安插在蒸汽入口處和空抽區(qū)( 腐蝕性氣體濃縮區(qū)) 。經(jīng)過近5 年的運(yùn)行，無一鈦管發(fā)生泄露，并通過了技術(shù)鑒定。1988 年，舟山定海電廠將寶鈦股份生產(chǎn)的規(guī)格為��25 mm ×0. 5 mm × 6 000 mm 的焊接鈦管裝機(jī)運(yùn)行( 用鈦量達(dá)到1 600 kg) ，運(yùn)行至今情況良好，無腐蝕泄露等情況發(fā)生。近幾年，隨著我國(guó)沿海經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，濱海電站的建設(shè)也在加快，全鈦凝汽器的用量也隨之增加，帶動(dòng)了我國(guó)鈦及鈦合金焊管用板帶材的發(fā)展。

    3. 3 海水淡化領(lǐng)域

    目前，海水淡化是解決水資源短缺的重要途徑。

    在中東等地區(qū)的沿海國(guó)家，海水淡化已成為這些水資源缺乏國(guó)家獲取淡水的主要方式。

    海水淡化換熱裝置中的板式換熱器、熱交換器板片常用的材料主要有奧氏體不銹鋼、鈦及鈦合金、鎳及鎳合金等冷軋薄板。鈦材對(duì)氯離子具有很強(qiáng)的抗腐蝕性，是海水淡化設(shè)備換熱器的首選材料。事實(shí)表明，TA1 和TA2 等工業(yè)純鈦在天然水、海水和各種氯化物中具有特殊的抗應(yīng)力腐蝕的能力。在流速為3 ～5 m/s 的海水中，鈦制設(shè)備的生物污堵現(xiàn)象是最輕微的( 鈦換熱器的污堵系數(shù)約為0. 95 ～0. 99) 。工業(yè)純鈦TA1 用于板式換熱氣，工業(yè)純鈦TA2 和鈦合金TA10( Ti-0. 3Mo-0. 8Ni) 用于管式換熱器。與列管式換熱器相比，用TA1 鈦板制造的板式換熱器有許多優(yōu)點(diǎn)，在市場(chǎng)上有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。海水淡化以及濱海電站的換熱器、凝汽器中換熱管大部分采用薄壁鈦焊管。而我國(guó)薄壁鈦焊管幾乎完全依賴國(guó)外進(jìn)口。薄壁鈦焊管需求量的增加，帶動(dòng)著國(guó)內(nèi)鈦板帶材生產(chǎn)。