鈦設(shè)備在化工中的應(yīng)用例子:對(duì)苯二甲酸是工業(yè)上通過(guò)對(duì)二甲苯氧化合成聚酯的原料。乙酸和溴化物無(wú)論在高溫氧化或低溫氧化條件下都存在高溫腐蝕,在135℃以上介質(zhì)中,316L不銹鋼經(jīng)幾十小時(shí)即發(fā)生點(diǎn)蝕。故設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定在135℃以上必須使用鈦材。北京石化總廠引進(jìn)了一整套鈦設(shè)備,包括16個(gè)氧化反應(yīng)器、溶劑脫水塔、加熱器、冷凝器和再沸器。南京揚(yáng)子石化公司引進(jìn)年產(chǎn)45萬(wàn)噸對(duì)苯二甲酸裝置,有56臺(tái)鈦設(shè)備和大量鈦管道閥門(mén)。上海石化總廠引進(jìn)的氧化反應(yīng)釜高32m,上直徑4m,下直徑5.3m,容積為505m,設(shè)備自重達(dá)175t。鈦的使用效果非常好,推廣應(yīng)用前景廣闊。乙醛氧化為乙醛,乙醛氧化為乙酸,丙烯氧化為丙酮,除原料及產(chǎn)物有一定的腐蝕性外,主要腐蝕介質(zhì)為催化劑,其中鈦管廠家生產(chǎn)的不銹鋼腐蝕速度較快,鈦則具有較好的耐蝕性。早在1963年,鈦就在美國(guó)成功地應(yīng)用于乙烯氧化制乙醛。我國(guó)的乙烯氧化制乙醛裝置已于1976年投入使用,至今鈦設(shè)備的運(yùn)行情況良好。在國(guó)外,有襯鈦反應(yīng)器高達(dá)9.6米,直徑3米,有換熱器,催化劑再生塔,乙醛溶液冷卻器等11個(gè)鈦設(shè)備。中國(guó)自20世紀(jì)80年代以來(lái),上海和吉林分別引進(jìn)了國(guó)外乙烯氧化乙醛的成套設(shè)備,其中許多設(shè)備和泵閥等由鈦制成。與不銹鋼相比,它們具有明顯的優(yōu)勢(shì),鈦管廠家使用效果非常令人滿(mǎn)意。丙烯氧化成丙酮設(shè)計(jì),鈦設(shè)備有12臺(tái),每年生產(chǎn)3萬(wàn)噸丙酮裝置,鈦設(shè)備可達(dá)40噸。
鈦材質(zhì)的性能,因?yàn)殁伜辖鹪谖锢怼⒒瘜W(xué)、力學(xué)、耐腐蝕等方面都是優(yōu)良的。和工藝性能,鈦管廠家在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不可能盲目套用常用黑色金屬和其他有色金屬設(shè)備的結(jié)構(gòu)。鈦和鈦合金的力學(xué)性能與鋼不同,鈦材屈強(qiáng)比高,塑性變性范圍狹窄,冷沖壓和冷彎事件反彈大,鈦制設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,同時(shí)良好的結(jié)構(gòu)也容易清洗焊接頭附近的表面,用氣體保護(hù)焊接。鈦可以焊接錯(cuò)誤的金屬、鎳、負(fù)荷、鉛金屬,焊后不會(huì)產(chǎn)生脆性,這也是由于這些金屬在鈦中的溶解性。但是鈦和鋼等金屬的互熔特性較差,鈦等金屬不能直接焊接。連接只能通過(guò)粘接、焊接、爆炸焊接和螺栓連接鈦的沖擊韌性和斷裂韌性較差,鈦管廠家在設(shè)計(jì)中應(yīng)保持結(jié)構(gòu)的連續(xù)性和焊接接頭的光滑性,避免應(yīng)力集中;鈦的塑性變形范圍窄,存在明顯的加工硬化現(xiàn)象。因此,鈦件的彎曲和翻邊通常采用較大的彎曲半徑和較小的管膨脹率。純鈦在氯化物溶液中易產(chǎn)生裂縫腐蝕,但裂縫腐蝕與溫度、氯濃度、ph值和裂縫大小密切相關(guān)。
鈦及鈦合金由于具有比強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好、耐腐蝕及無(wú)磁性等優(yōu)異性能,被譽(yù)為“太空金屬”、“海洋金屬”,廣泛應(yīng)用于航空航天、化工、石油、冶金、電力及船舶等領(lǐng)域。自20世紀(jì)50年代以來(lái),鈦已成為飛機(jī)的主要結(jié)構(gòu)材料,成為高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)輪和葉片選用的材料之一。隨著航天工業(yè)的發(fā)展,鈦合金工業(yè)作為一個(gè)起步較晚的新興產(chǎn)業(yè)得到了迅速發(fā)展,特別是近年來(lái),國(guó)際鈦合金的產(chǎn)量和市場(chǎng)需求經(jīng)歷了高速發(fā)展期,鈦的產(chǎn)量在過(guò)去四年中翻了一番。鈦冷卻器(TitaniumCondenser),為制冷系統(tǒng)的機(jī)件,屬于鈦換熱器的一種,能把氣體或蒸氣轉(zhuǎn)變成液體,鈦管廠家將鈦管中的熱量,以很快的方式,傳到鈦管附近的空氣中。冷卻器工作過(guò)程是一個(gè)熱釋放過(guò)程,因此冷卻器溫度較高。發(fā)電廠必須用很多冷卻器冷凝渦輪排出的蒸汽。在冷凍廠中用冷卻器來(lái)冷凝氨和氟利昂之類(lèi)的制冷蒸氣。石油化學(xué)工業(yè)中用冷卻器使烴類(lèi)及其他化學(xué)蒸氣冷凝。在蒸餾過(guò)程中,鈦管廠家將蒸汽轉(zhuǎn)化為液體的裝置也稱(chēng)為冷凝器。所有冷卻器都是帶走氣體或蒸汽的熱量運(yùn)行。
鈦管如何成形?鈦的形成是在室溫下完成的,這與鋼相似。鈦在室溫下的延展性低于其他結(jié)構(gòu)金屬之一。這自動(dòng)導(dǎo)致降低的拉伸成形性和較大的彎曲半徑。鑒于這種特性,有時(shí)使用熱成型,尤其是在需要更激烈的彎曲(或拉伸成型時(shí))。鈦管廠家生產(chǎn)的鈦的彈性模量是鋼的一半,這意味著成型過(guò)程會(huì)引起明顯的反彈(制造商補(bǔ)償這一特性)。同樣,鑒于鈦的磨損趨勢(shì)(大于鋼的磨損趨勢(shì)),潤(rùn)滑是管材成型過(guò)程的重要組成部分。成型準(zhǔn)備,大多數(shù)情況下,鈦在成形操作前不需要采取其他措施。鈦管廠家在收到錠子后使用它們,但這可能并不總是奏效。在注意其表面的任何標(biāo)記(如鑿子)后,這些標(biāo)記將通過(guò)不同的處理(噴砂、酸洗等)去除。)。此外,如果有尖邊,在實(shí)際管材成型工藝之前應(yīng)使其光滑。否則有裂邊的風(fēng)險(xiǎn),影響產(chǎn)品質(zhì)量。
醫(yī)學(xué)鈦在口腔上的應(yīng)用:科研人員在單側(cè)耳聾人群中測(cè)試了該裝置。一項(xiàng)研究證實(shí),該裝置舒適的穿著,對(duì)牙齒無(wú)害,并提高了對(duì)噪音環(huán)境中語(yǔ)言的理解。研究者們計(jì)劃較早在2010年向美國(guó)食品和藥物管理局提交他們的研究結(jié)果和申請(qǐng)?jiān)S可。如果鈦管廠家一切都按計(jì)劃進(jìn)行,鈦管廠家將該設(shè)備將于2010年下半年投入市場(chǎng),這將給數(shù)百萬(wàn)聾人帶來(lái)好處。單側(cè)耳聾的人,很難判斷聲音的確切來(lái)源,他們過(guò)馬路時(shí)非常危險(xiǎn),在吵鬧的房間里聽(tīng)別人的談話(huà)也很困難。位于美國(guó)加利福尼亞州的圣馬特奧耳鳴研究中心發(fā)明了纏繞在牙齒上的小裝置,接受放在耳聾中的微型麥克風(fēng)的聲音信息,轉(zhuǎn)換為振動(dòng)信號(hào)。震動(dòng)信號(hào)通過(guò)牙齒和下頜傳到健耳的耳蝸,再傳到大腦產(chǎn)生立體聽(tīng)覺(jué)。這種骨傳導(dǎo)的聽(tīng)覺(jué)傳達(dá)樣本是普通人聽(tīng)自己聲音的方式,一些助聽(tīng)裝置也通過(guò)骨傳導(dǎo)將聲音傳達(dá)給耳蝸,但有些需要鉆頭骨放置鈦棒,有些需要戴麻煩的耳機(jī)。通常的助聽(tīng)器簡(jiǎn)單地?cái)U(kuò)大空氣傳導(dǎo)的聲音,然后傳入耳朵。
世界上主要有八個(gè)鈦生產(chǎn)國(guó),按美國(guó)、俄羅斯、日本、中國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、意大利排名。近年來(lái),受包括中國(guó)、日本在內(nèi)的亞洲各國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的拉動(dòng),特別是以中國(guó)為核心的石化、軍工等行業(yè)用鈦量的快速增長(zhǎng),世界鈦材的需求量迅速增加。每年以?xún)晌粩?shù)的幅度增長(zhǎng)。美國(guó)是世界上鈦需求量較大的國(guó)家。也是生產(chǎn)大國(guó),2012年產(chǎn)量超過(guò)3.5萬(wàn)噸;俄羅斯鈦材產(chǎn)量居全球第2位,2012年產(chǎn)量在3.0萬(wàn)t左右;中國(guó)鈦管廠家2012年生產(chǎn)鈦材約2.8萬(wàn)t,且2013年有望突破3.0萬(wàn)t;日本2012年的產(chǎn)量也達(dá)到了1.9萬(wàn)t左右;歐洲近兩年鈦材的產(chǎn)量變化不大。但是,與發(fā)達(dá)國(guó)家在鈦材料深加工和應(yīng)用方面的優(yōu)勢(shì)相比,國(guó)內(nèi)鈦材料的發(fā)展相對(duì)廣泛,大部分仍停留在原材料或粗品的加工上。鈦管廠家生產(chǎn)的少量技術(shù)含量高的成品主要用于軍工產(chǎn)品,由于成本等原因無(wú)法廣泛推廣到民用領(lǐng)域。在國(guó)外,如英國(guó)IMI公司研制的M1834合金、美國(guó)Timet公司研制的Ti-1100鈦合金等鈦合金系列均己成為先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的主要材料。TIMT公司的ExhaustXT合金、KoBESTEEL公司的Ti-1.2ASN合金以及NIPPONSTEEL公司的TI-lCu-0.5Nb合金等,由于室溫塑性和高溫抗氧化性能較好,已陸續(xù)應(yīng)用于汽車(chē)排氣系統(tǒng)。