清潔生產(chǎn)是指既可滿足人們的需要又可合理使用自然資源和能源并保護環(huán)境的實用生產(chǎn)方法和措施。清潔生產(chǎn)改變了以往的生產(chǎn)模式，是一種全新的、科學(xué)發(fā)展的理念，旨在減少能源消耗、促進資源循環(huán)利用，預(yù)防并控制污染，減輕或消除其對人類健康與環(huán)境的危害。
金屬鈦是一種重要的戰(zhàn)略物資。鈦以密度小、強度高、耐腐蝕性能好而集中了三大特點，而廣泛用于航空航天、艦船、海洋工程、石油、化工等領(lǐng)域，是當(dāng)今最有前途的金屬之一。鈦金屬表面可形成穩(wěn)定的氧化膜，在海水、腐蝕性氣體中耐腐蝕，不易分解，不會污染環(huán)境，長壽命、循環(huán)使用，從長遠來看，鈦材的廣泛使用，帶給人們更多的是綠色、低碳、經(jīng)濟。鈦及其合金鑄錠作為鈦產(chǎn)品生產(chǎn)中的首道工序和最重要的生產(chǎn)階段，它決定著鈦產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，其重要性是可想而知的。鈦及其合金鑄錠生產(chǎn)企業(yè)要注重綠色發(fā)展，短流程、連續(xù)化、高效率，合理利用資源，降低原料、半成品、產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，降低能耗，減少環(huán)境污染，提升生產(chǎn)工藝水平，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高企業(yè)的技術(shù)水平和管理水平，實現(xiàn)企業(yè)的升級，成為環(huán)境友好型和資源節(jié)約型企業(yè)。
本文對鈦及其合金鑄錠清潔生產(chǎn)中的能源消耗、殘廢料回收、真空自耗電弧熔煉爐熔煉安全問題及環(huán)境污染等問題進行了探討，旨在使企業(yè)走出一條節(jié)能、降耗、減排、環(huán)境友好的可持續(xù)發(fā)展之路。
2鈦及其合金鑄錠生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀
目前，工業(yè)化生產(chǎn)鈦及其合金鑄錠最常用的方法有兩種：真空自耗電弧熔煉（VAR）和冷爐床熔煉（CHM）。CHM法又分為電子束冷爐床熔煉法(EBCHM)和等離子冷爐床熔煉法(PACHM)。
圖1為VAR法工藝流程，圖2為CHM法工藝流程......
由表1可以看出，VAR法和CHM法各有其優(yōu)點和不足。目前，現(xiàn)代化鈦加工企業(yè)一般均配置有這兩種類型的爐子。可根據(jù)實際生產(chǎn)需求，確定采用哪種熔煉方法。一般來說，VAR法的顯著特點是功率消耗低、熔化速度高和良好的質(zhì)量重現(xiàn)性，但殘料回收利用率有限。由VAR法熔煉生產(chǎn)的成品鑄錠，至少要經(jīng)過兩次熔煉。CHM法最大的特點是將熔化、精煉和凝固過程分離，可生產(chǎn)圓錠、扁錠及空心錠，殘料回收利用率高，且扁錠可直接軋制成板材，縮短了生產(chǎn)周期，降低了產(chǎn)品成本。
3鈦及其合金鑄錠清潔生產(chǎn)探討
近年來，隨著人們對清潔生產(chǎn)認識的深入，產(chǎn)品的清潔生產(chǎn)逐漸成為一種趨勢。鈦及其合金鑄錠的生產(chǎn)也不例外。下面從能源消耗、殘廢料回收、VAR爐安全問題及環(huán)境污染等方面探討鈦及其合金鑄錠清潔生產(chǎn)。
3.1能源消耗
降低能耗不僅可以降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，也是對國家節(jié)能減排政策的積極響應(yīng)。我國已于2012年12月發(fā)布了真空自耗電弧爐生產(chǎn)鈦及其合金鑄錠的能源消耗的計算/考核及對新建項目的能耗控制的GB 29448―2012《鈦及其合金鑄錠單位產(chǎn)品能源消耗限額》標準......
3.2殘廢料回收
鈦由于其本身的特性，其加工工藝流程長、加工塑性差，成材率較低，在其生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的殘廢料。一般情況下，從海綿鈦到加工材的平均成品率僅為50%左右。同時，在用鈦材制造設(shè)備或零部件時又產(chǎn)生大量殘料，因此，鈦殘廢料的回收對降低鈦產(chǎn)品的生產(chǎn)成本、避免鈦資源的大量消耗和浪費有著很重要的意義。美國等鈦發(fā)達國家，在殘料處理方面早已開展了大量工作，尤其是已經(jīng)研究和掌握了相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，建立了完善的生產(chǎn)處理線，并已通過航空航天認證，目前用于航空航天等重要用途的鈦合金殘料利用率已達到60%左右。我國......
3.2.1真空自耗電弧爐熔煉回收
真空自耗電弧爐回收返回爐料有一定的局限性。一般需先制備具有足夠強度、足夠的導(dǎo)電性、足夠的平直度的電極。真空自耗電弧爐回收返回爐料最常用的方法是將屑狀返回爐料或尺寸小的塊狀返回爐料與海綿鈦和合金元素充分混合，在油壓機上壓制成電極塊，再焊接成自耗電極，其返回爐料的添加比例可達到40%左右。此外，還可采用......
3.2.2冷床爐熔煉回收
等離子和電子束冷床爐熔煉對于回收利用返回爐料是一種有效的方法，殘料回收量大，且在熔煉過程中還能去除高比重夾雜物。垂直進料可不需要預(yù)先將原料制備成自耗電極，而是通過加料器進料，原料污染少。水平進料系統(tǒng)與真空自耗電弧爐熔煉類似，需預(yù)先制備自耗電極，但電極強度要求較真空自耗電弧爐要求低。
3.3 VAR爐熔煉安全問題
鈦是活潑金屬，在真空自耗電弧熔煉中，如果發(fā)生邊弧或者電極端面和結(jié)晶器接觸起弧擊穿結(jié)晶器，一旦爐體燒穿，空氣進入爐內(nèi)時，氫與氧迅速混合就有可能發(fā)生爆炸。爆炸的危害性很大，會發(fā)生人身和破壞設(shè)備的重大事故。因此，在實際操作過程中，應(yīng)采取短弧操作；保持爐內(nèi)真空度足以維持穩(wěn)定電弧，除正常水泵供水外，還應(yīng)有高位水塔做安全水源；經(jīng)常檢查......
3.4鈦鑄錠生產(chǎn)中的環(huán)境問題
鈦鑄錠生產(chǎn)中產(chǎn)生的污染物主要有氯氣及氯化物如HCl、TiCl4和NaCl以及H2、CO等，這些污染物會對人體產(chǎn)生一定危害。如氯氣進入人體呼吸道后，可能會引起灼燒和對局部粘膜的強烈刺激，引發(fā)人體不適，氯化物的危害雖然比氯氣弱，但刺激眼睛，刺激鼻和咽粘膜。由于一定濃度的氯和氯化物對人體有不同程度的危害，因此，必須要有專門的除塵、凈化設(shè)備和技術(shù)措施，進行凈制處理，防止對大氣造成污染，損害人體健康。
4結(jié)束語
保護環(huán)境、節(jié)約資源是我國的一項基本國策。目前，節(jié)能環(huán)保，綠色低碳已成為我國工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展的潮流和趨勢。我國鈦工業(yè)清潔生產(chǎn)仍處于起步階段。降低能源消耗、減少污染物的產(chǎn)生，是促進工業(yè)轉(zhuǎn)型升級，走新型工業(yè)化道路的政策要求。實現(xiàn)鈦生產(chǎn)過程清潔化，鈦資源的良性循環(huán)，可以大大提高鈦資源的利用率，減少鈦廢料對環(huán)境的污染，大力促進整個鈦行業(yè)減少資源、能源消耗和環(huán)境污染，真正實現(xiàn)節(jié)能減排，綠色低碳，提供無毒無害的綠色產(chǎn)品，提升企業(yè)競爭力，更好地為建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會做出貢獻。