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真空蒸馏是利用被蒸馏物中各组分具有不同的挥发性能，对蒸馏物进行低压下加热，通过控制蒸馏温度使一些组分挥发，而与另一些不挥发物达到分离进行提纯的目的。在镁还原生产海绵钛工艺中，对还原物进行真空蒸馏的目的是除去海绵钛中大部分MgCl2和镁，工艺作业制度是一个温度高（1000℃)、中真空和周期长（120~200h)的过程。而真空自耗电弧熔炼这个真空蒸馏过程，与上述过程不同的是，工艺作业制度是温度更高（1800℃)、中真空和周期较短（几小时），它是前者的继续，可以除去海绵钛中残留的杂质，获得纯度更高的金属钛。
真空自耗电弧熔炼按反应器的真空度，可以简化认为蒸发的气体流型属于分子流。与普通蒸馏不同，分子蒸馏仅有被蒸馏物表面的自由蒸发，没有沸腾现象，从理论上说这种自由蒸发是不可逆的。蒸发的气体流型不同，其蒸馏分离系数α也不一样。普通蒸馏分离系数为：
分子蒸馏分离系数为：

式中
Pi－i组元蒸气压；
Mi-i组元物质的量；
ri-i组元活度。
钛中各种杂质按其与钛的分子蒸馏分离系数相比，可以分成3种类型：第一种是am>1的杂质，这种杂质可能分离，而且越大越易分离除去，特别是当αm>100时，杂质较易分离除去；第二种是αm=1或接近1的杂质，这种杂质无法除之；第三种是am<1时的杂质，这种杂质在熔炼中无法除去，只能浓缩。
钛和其他一些金属杂质的饱和蒸气压和温度的关系见图1-17和表1-3.一些杂质对钛的分离系数见表1-4.

海绵钛中属第一类的游离杂质是容易分离除去的。如Mg和MgCl2挥发性大，也大，500~600℃时开始挥发，到达2000℃时基本上都能除去。又如吸附的水在更低的温度下便开始挥发除去。
海绵钛中夹杂的低价氯化钛，如TiCl2和TiCl3,在一定温度下发生离解反应：
2TiCl2-Ti+TiCl4
4TiCl3-Ti+3TiCl4
生成物中的气态TiCl4被排出炉外。
海绵钛中第二类间隙固溶体杂质氧、氮和碳，它们不能以单元素解析排除，因为钛吸收这些气体杂质后无法解脱。可以认为，它们在钛中以钛化物TiO、TiN、TiC形态存在。而这些钛化物分解压很低，很难离解。如TiN的分解压在2331℃时只有0.31Pa(见表1-5).这些钛化物只能以TiO、TiN和TiC 形态脱除。但是，它们和钛的分离系数为1或接近1,如TiO/Ti的αp为1,无法通过熔炼脱除分离。

钛中的TiO既不能加碳脱氧，也不能加气体CO用还原的方法除氧。因为高温下加碳或加CO均会被钛吸收或分解，相应地会增加钛中的杂质碳和氧。
间隙性杂质氢是唯一能解析脱除的。氢的解析也经过一连串过程，先是氢原子向金属界面扩散，随后在界面上结合成氢分子，氢分子最后在界面脱附，随气流排除。钛含氢浓度低时，生成物为TiH.TiH除氢时，反应历程为：
TiH-Ti+H
2H-H2
氢化钛的分解压很大（见表1-6),其中的氢很容易被分解脱除。钛锭的最终氢含量可以达到0.002%.

海绵钛中第三类金属杂质，和钛分离系数am>1的有铁、硅等，在熔炼中能挥发除去一些；和钛分离系数am<1的有钒、钼等低挥发性金属，这类杂质在熔炼中只能浓缩，但因含量甚微，不会引起明显变化。
在上述易挥发组分中，H2O、H、TiCl2、TiCl和Ig 最易除去，而MgCl22的比较小且含量多，海绵钛中Cl-含量约为0.05%~0.20%,可以认为它是熔炼中要除去的关键组分，以此来分析除气动力学。
钛真空自耗电弧熔炼时，MgCl2等杂质从液态钛中的挥发，由下述3个步骤组成：
（1)MgCl2从钛液内部通过边界层迁移到熔池表面层；
（2)熔池表面层气相MgCl2脱附和从表面挥发；
（3)气相MgCl2通过气相界面层迁移到气相内部。
不同的杂质元素或化合物的挥发脱除过程，因其挥发性不一样而具有不同的控制步骤。蒸气压较小的杂质Mo、V、TiO、TiN、TiC等，上述第二步骤为其蒸发脱除的控制步骤。蒸气压较大的杂质Mg、MgCl2、H、Mn、Al等，上述第一步骤即边界层传质速度是其蒸发脱除的限制性环节。
在真空条件下，第三步骤的速度很快，不会成为控制步骤，但在氩气氛中熔炼时有可能成为控制步骤。
当MgCl2的表面挥发速度（即第二步骤）成为控制步骤时，有：

式中
dWA/dt-MgCl2的挥发速度；
αa-MgCl2的凝聚系数；
PAp-纯Mg的饱和蒸气压；
rA-MgCl2的活度系数；
XA-MgCl2在碳中含量（摩尔分数）；
M-MgCl2的物质的量。
钛中合金元素的挥发速度也同样可以用式（1-2)进行计算。当控制步骤为第一步骤时，出现表面MgCl2贫化现象，使之产生偏差，此时式（1-2)可写成：

式中
Cas一熔池表面处MgCl2的浓度；
kA-气相表面挥发系数。
液相边界层的传质速度由下式表示：
dMA/dt=Kd(CA-CAs)       （1-4)
式中
Ca－熔池内部MgCl2的浓度；
Kd－液相边界层传质系数。
达到稳定时表面挥发速度和界面层传质速度相等，联立式（1-3)和式（（1-4)，消去CAS值得到：

式（1-5)表明，不论挥发过程由气相扩散控制或由液相界面层扩散控制，或者混合控制，挥发速度均和MgCl2浓度成正比，属一级反应。一般情况下，蒸气压大的MgCl2等杂质的蒸发脱除属扩散步骤控制。由于Mgl2对Ti的分离系数am较大，扩散速率也大，钛中的MgCl2比较容易除尽。

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