Глава 3. ТИТАН В НАСТОЯЩЕМ И БУДУЩЕМ

Глава 3. ТИТАН В НАСТОЯЩЕМ И БУДУЩЕМ

ПЕРЕДНИЙ КРАЙ МЕТАЛЛУРГИИ

Создание крупной титановой промышленности стало возможным только на базе последних достижений вакуумной металлургии. Титановая индустрия — крайне сложное производство и поэтому оно осуществляется только в некоторых наиболее развитых в промышленном отношении странах мира.

Трудность получения титановых сплавов заключается в том, что в металле, который в расплавленном состоянии жадно поглощает из воздуха кислород, азот, водород, а также вступает в реакцию с углеродом, железом и многими другими элементами, количество примесей не должно превышать сотых, а иногда даже и тысячных долей процента. В противном случае полученный титан становится непригодным для использования в качестве конструкционного материала.

Поэтому при плавке и формировании металла, при получении и охлаждении слитка, а также во время термической обработки, горячей прокатки и сварки титан изолируют от соприкосновения с воздухом. Все эти операции выполняют в вакууме или под защитой инертных газов—аргона или гелия. Требования к чистоте металла настолько велики, а обеспечить ее настолько непросто, что на одном из американских обрабатывающих заводов ковку и прокатку титана производят в больших герметических камерах, заполненных аргоном. Инертный газ обновляют каждые три часа. Вполне понятно, что обслуживающий персонал работает в скафандрах.

Конструкции некоторых печей для плавки титана напоминают боксы для испытания реактивных двигателей. Печь размещается в шахте из армированного железобетона и оборудуется специальными защитными устройствами, которые обеспечивают максимальную степень безопасности. Оператор находится в железобетонном отсеке и наблюдает за печью через окно из толстого и прочного стекла. Отдельные печи для производства титана оснащены сложной контрольной аппаратурой, оптическими перископами, телевизионными установками.

Промышленный выпуск металлического титана ведут двумя распространенными способами: восстановлением тетрахлорида титана (TiCl₄ ) магнием или натрием. Каждый из этих способов имеет свои преимущества и недостатки.

Натриетермический метод восстановления титана был разработан гораздо раньше, чем способ восстановления металла расплавленным магнием. Его развивали и осваивали и Кириллов, и Нильсон, и Петерсон. Ведь именно при помощи натрия, как уже упоминалось, был получен чистый металлический титан Хантером в 1910 году. Но очень существенные трудности, неизбежно возникающие при работе с химически активным натрием, и представления о взрывном характере процесса затормозили развитие этого способа. Вильгельм Кролль, к примеру, считал его совершенно не имеющим перспективы. А перспектива имелась. Этот метод получил распространение в Англии (благодаря тому, что из-за отсутствия дешевого сырья там недостаточно развито производство металлического магния, тогда как производство натрия находится на высоте).

Восстановление титана натрием имеет целый ряд преимуществ перед восстановлением магнием. Благодаря большей химической активности натрия скорость процесса гораздо выше, что увеличивает и производительность реакторов. Натрий используется в реакции полностью, тогда как магний лишь на две трети. Мало того, при натриетермическом восстановлении титан получают в виде порошка, что позволяет выплавлять более однородные слитки. Есть и еще некоторые преимущества.

Но и недостатки способа также весьма существенны. При работе с натрием необходимо соблюдать специальные меры предосторожности, аппаратура должна быть предельно герметичной и надежной, что, помимо всего прочего, не дает возможности отводить из реактора в ходе процесса побочные продукты реакции. Серьезную трудность представляет и огромное количество тепла, которое надо быстро и эффективно отводить.

Но, пожалуй, самый серьезный недостаток этого способа — необходимость производства в больших количествах натрия — неконструкционного материала, который не находит достаточного применения, тогда как магний имеет самостоятельное значение и широко используется в технике. И потому магниетермический способ стал основным промышленным методом получения титана как у нас в стране, так и в США и Японии.