我國鈦及鈦合金板帶材的應用情況分析

中國產(chǎn)業(yè)研究報告網(wǎng)訊：

    內容提要： 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、精制鹽水預熱器、脫氯塔、氯氣冷卻洗滌塔等。

         2011-2015年中國鈦合金產(chǎn)業(yè)全景調研及投資方向研究報告

    1 鈦及鈦合金板帶材在化工領域的應用

    隨著全球經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，跨國投資和產(chǎn)業(yè)轉移不斷擴大，區(qū)域經(jīng)濟合作進一步加深。我國裝備制造業(yè)涉足范圍也越來越寬廣，不斷有新技術涌現(xiàn)，也進一步增強了我國裝備制造業(yè)在國際環(huán)境下的競爭力。下面介紹我國鈦板材在化工領域中的應用情況。

    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、精制鹽水預熱器、脫氯塔、氯氣冷卻洗滌塔等。

    以前，我國食鹽電解制取氯氣的生產(chǎn)因為冷卻工藝不合理或冷卻設備的腐蝕影響了氯氣的產(chǎn)量和質量，而且還嚴重地污染了環(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)中的應用已有近30 年歷史，其制造技術及產(chǎn)品應用技術已經(jīng)非常成熟。離子膜電解制堿是目前最先進的制堿方式，在我國已有60%的生產(chǎn)線采用了離子膜電解槽。這種電解槽內采用了大量高精度尺寸與嚴格形狀要求的鈦板、鈦鋼復合板、鈦網(wǎng)板等。另外，與生產(chǎn)線配套的氯氣尾氣收集設備，以及換熱器、儲存罐等設備也都應用了大量鈦板。這些設備的維護或翻新周期為3 ～ 6 年。

    1. 2 制鹽行業(yè)

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

    隨著人們對鈦材性能認識的逐步深入以及對鈦材加工技術的逐步撐握，鈦被推廣應用到真空制鹽工業(yè)。為了防止真空制鹽過程中蒸發(fā)罐壁結鹽垢，在小型蒸發(fā)罐內壁液面波動處，嵌入高1 100 mm、厚0. 7 mm 的TA2 板。使用結果表明，由于鈦耐腐蝕，對于防止蒸發(fā)罐壁結鹽垢，延長洗罐周期有良好效果。鄧關鹽廠年產(chǎn)7 × 104 t 真空制鹽工程( 黑鹵) Ⅱ、Ⅲ效加熱室，采用TA2 換熱管及鈦鋼復合管板結構，投入使用近20 年一直運行使用良好。內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合板結構，多年運行證明，以鈦鋼復合板制造的蒸發(fā)室對防止結鹽垢、延長檢修周期、提高鹽品質均有良好效果。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，鈦鋼復合板達360 t，使真空制鹽工業(yè)一躍成為用鈦板以及鈦鋼復合板的大戶之一。

    1. 3 PTA 行業(yè)

    PTA( 精對苯二甲酸) 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，被廣泛應用于化纖、容器、包裝、薄膜生產(chǎn)等領域。生產(chǎn)PTA 的主要原料是石油煉化中產(chǎn)生的芳烴類對二甲苯( PX) 。

    20 世紀90 年代初我國建造成了第一條PTA 生產(chǎn)線，其生產(chǎn)技術及裝備均從美國和歐洲引進。近年來在國家調控政策的影響下，我國PTA 行業(yè)得到了穩(wěn)步良性發(fā)展，已成為PTA 的生產(chǎn)和消費大國，生產(chǎn)技術日益成熟，裝備日趨國產(chǎn)化。截至2011 年年初，國內已有近30 條PTA 生產(chǎn)線，分布在18 個工廠。由重慶市蓬威石化有限責任公司投資建設的第一條全套國產(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介質的壓力，而由內襯鈦來抵抗介質的腐蝕。全鈦部件則是完全由鈦來承擔介質的腐蝕和壓力［2］。

    2 鈦及鈦合金板帶材在航空航天領域的應用

    在美國和俄羅斯等國家，鈦及鈦合金已經(jīng)被廣泛應用于航空航天制，成為鈦材的第一大消費領域。

    在我國，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用也有了較大的發(fā)展。目前，在航空航天領域，大規(guī)格鈦板主要應用于超塑成形飛機的腹鰭、壁板和板筋等零部件，常用牌號有TC1、TC4。航空發(fā)動機上常用的牌號有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)標準，規(guī)格也比較多，主要與發(fā)動機型號有關。飛機機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)行國軍標，也有部分是按協(xié)議標準執(zhí)行。目前用于飛機機身蒙皮的鈦板材比飛機發(fā)動機的用量更大。

    3 鈦及鈦合金板帶材在海洋領域的應用

    鈦板在艦船、潛艇、海洋資源勘探、海洋油氣開采、海洋調查與救生、海水淡化及濱海電站等方面的應用已經(jīng)有30 多年的歷史，快速增長開始于20世紀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、高比強、耐蝕、無磁性等優(yōu)異性能被稱為“海洋金屬”，是海軍工程最有應用前途的金屬材料，適用于航母、潛艇、深潛器、原子動力船、民船等［3］。

    鈦材在船舶中的應用部位非常廣，如船舶的推進系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、電子信息系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、聲納導流罩及深潛器耐壓殼體等。長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強，要求鈦合金有很好的焊接性; 推進系統(tǒng)中的螺旋槳、噴水推進裝置、動力裝置、燃氣輪機葉片和輪盤等主要使用的是鈦合金零部件、構件、管道等。

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

    3. 2 濱海電站領域

    電力行業(yè)是國民經(jīng)濟的重要基礎工業(yè)，是國家經(jīng)濟發(fā)展的先行產(chǎn)業(yè)。改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟持久高速發(fā)展，全國許多地方出現(xiàn)電力供應嚴重不足。國家隨即采取了許多措施，啟動了許多電力項目。凝汽器是火力發(fā)電廠和原子能發(fā)電廠的重要設備之一。由于采用海水或被污染水作為冷卻液對凝汽器( 原用銅合金) 產(chǎn)生腐蝕和磨蝕，導致凝汽器發(fā)生泄露，嚴重危及電廠的安全運行。而鈦以其優(yōu)異的耐蝕、抗沖刷、高比強等良好的綜合性能，成為冷卻水質惡劣的電廠凝汽器的理想材料，贏得了電力行業(yè)的青睞。我國從20 世紀80 年代初開始研制薄壁鈦焊接管。1987 年在廣東沙角電廠進行了國產(chǎn)焊接鈦管的插管裝機試驗，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 年的運行，無一鈦管發(fā)生泄露，并通過了技術鑒定。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 的焊接鈦管裝機運行( 用鈦量達到1 600 kg) ，運行至今情況良好，無腐蝕泄露等情況發(fā)生。近幾年，隨著我國沿海經(jīng)濟的發(fā)展，濱海電站的建設也在加快，全鈦凝汽器的用量也隨之增加，帶動了我國鈦及鈦合金焊管用板帶材的發(fā)展。

    3. 3 海水淡化領域

    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)的沿海國家，海水淡化已成為這些水資源缺乏國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。鈦材對氯離子具有很強的抗腐蝕性，是海水淡化設備換熱器的首選材料。事實表明，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力腐蝕的能力。在流速為3 ～5 m/s 的海水中，鈦制設備的生物污堵現(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，在市場上有很強的競爭力。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。而我國薄壁鈦焊管幾乎完全依賴國外進口。薄壁鈦焊管需求量的增加，帶動著國內鈦板帶材生產(chǎn)。