钛真空熔炼过程中真空泵组故障分析与防控措施
日期：
2026年08月14日
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一、钛合金特性与真空熔炼工艺背景
钛是金属材料领域极具发展潜力的品类，钛合金具备低密度、高比强度与比模量、高熔点、耐腐蚀性优异的特点，高温环境下仍可保持较高的强度与刚性，同时兼具良好的抗蠕变性能与抗氧化性能，是新一代高温结构材料，被誉为 “太空金属” 与 “海洋金属”。钛及钛合金在航空航天、核工业、军事工业、冶金等领域应用广泛，属于重要的战略物资，是高温工况下不可替代的关键材料。
钛属于活性金属，易与空气中的氧发生反应，因此熔炼过程必须在真空设备内完成。目前常用的真空熔炼工艺包括真空感应熔炼、真空电弧熔炼、电子束熔炼、等离子熔炼、冷床熔炼等，各类工艺均依赖真空泵组抽取系统内气体，以获得生产所需的真空环境。
二、真空泵组典型故障表现与危害
真空熔炼过程中，含氯腐蚀介质与金属粉尘会对真空泵组造成多重损伤，典型故障可分为腐蚀类与粉尘损伤类两大类型。
（一）腐蚀类故障危害
腐蚀损伤主要集中在前级机械泵环节，具体危害如下：
- 腐蚀泵腔与滑阀，导致二者配合间隙增大，大幅降低机械泵的抽气速率；
- 腐蚀主轴轴承与排气阀，造成部件配合间隙变大，设备运行振动加剧，既缩短机械泵使用寿命，也易引发密封漏气、漏油问题；
- 腐蚀滑轨固定螺栓，泵体运行产生的振动易导致螺栓脱落，进而划伤泵腔，严重时可造成泵腔直接报废。
（二）金属粉尘引发的故障危害
真空熔炼产生的金属粉尘与挥发物随气流进入真空泵组后，会对不同级别的泵体造成差异化损伤：
- 前级机械泵：金属粉末混入泵油后会导致泵油粘稠，堵塞排气阀与滑阀油孔，同时磨损阀片，造成泵体与滑阀发热，最终引发泵体抱死；此外金属粉尘还会破坏轴封气密性，导致漏气故障。
- 罗茨泵：金属粉尘进入泵腔后会附着在泵腔与转子表面，破坏原有高光洁度表面；粉尘积累到一定程度后，泵腔与转子的间隙减小、设备运行负荷增大，引发泵体发热，进而导致转子垫膨胀、泵体抱死，同时罗茨泵的抽气速率会大幅下降。
- 油扩散泵：金属粉尘进入泵体后会升高泵油粘度，堵塞喷嘴，导致油扩散泵无法正常工作；同时粉尘混入泵油会提高油的沸点，延长加热汽化时间，造成阀门开启时长不足，进而引发返油、真空度不达标的问题。
三、故障成因分析
（一）腐蚀成因：残留氯与水反应生成酸性介质
真空熔炼的原料为海绵钛，其经选矿、富集、氯化、精制、镁热还原、真空蒸馏等工艺制得。在氯化生产环节，加入的 Cl₂无法与富钛料（TiO₂）完全反应，因此海绵钛成品中会残留一定量的氯组分。检测数据显示，0 级海绵钛中氯含量为 0.06%，对应单炉生产规模，真空泵组需处理的氯组分约为 48kg。
在真空泵组抽气过程中，含氯组分被输送至前级机械泵处，与真空泵油及空气中的水分发生化学反应，生成盐酸与次氯酸。上述酸性物质大量溶解于真空泵油中，对泵腔、滑阀、紧固件等金属部件产生强烈腐蚀作用，是引发各类腐蚀故障的根本原因。
（二）粉尘故障成因：金属挥发物随气流进入泵组
真空熔炼过程中，钛及合金的金属挥发物、细小粉尘会随系统气流进入真空泵组，在各级泵腔内部沉积、混入工作泵油，逐步引发堵塞、磨损、间隙变化、抱死等一系列机械与性能故障。
四、故障预防与改进措施
综合上述分析，解决海绵钛挥发物对真空系统的影响，需从两大方向着手：一是抑制氯组分与水的反应，减缓设备腐蚀；二是前端拦截金属粉尘与挥发物，减少其进入真空泵组。
受海绵钛生产工艺限制，原料中的残留氯无法完全去除，因此腐蚀防控的核心思路是及时排出真空泵组内因空气压缩产生的水分；粉尘防控则以入口拦截为核心。具体防控措施如下：
- 定期启用气镇阀排水降酸：H 型系列滑阀式机械真空泵自带气镇装置，可排出泵腔内的水分。生产过程中每周开启一次气镇阀，排出真空泵油中的水分，降低泵油酸度，延缓酸性物质对真空泵组的腐蚀。
- 规范停泵操作：停泵时同步打开充气阀，使真空泵油回流至油箱，避免盐酸、次氯酸长期滞留泵腔，持续腐蚀前级机械泵内部部件。
- 更换耐腐蚀紧固件：将滑轨固定螺栓更换为钛材或不锈钢材质的耐腐蚀螺栓，降低螺栓腐蚀脱落的风险，避免螺栓脱落造成泵腔划伤损坏。
- 入口加装防尘装置：在真空泵组入口处加装便于拆卸、清理的防尘装置，提前拦截金属粉尘与挥发物，大幅减少进入泵组内部的粉尘量。
上述措施在实际生产中已得到应用，取得了明确的故障防控效果。
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