真空蒸餾是利用被蒸餾物中各組分具有不同的揮發性能，對蒸餾物進行低壓下加熱，通過控制蒸餾溫度使一些組分揮發，而與另一些不揮發物達到分離進行提純的目的。在鎂還原生產海綿鈦工藝中，對還原物進行真空蒸餾的目的是除去海綿鈦中大部分MgCl2和鎂，工藝作業制度是一個溫度高（1000℃)、中真空和周期長（120~200h)的過程。而真空自耗電弧熔煉這個真空蒸餾過程，與上述過程不同的是，工藝作業制度是溫度更高（1800℃)、中真空和周期較短（幾小時），它是前者的繼續，可以除去海綿鈦中殘留的雜質，獲得純度更高的金屬鈦。
真空自耗電弧熔煉按反應器的真空度，可以簡化認為蒸發的氣體流型屬于分子流。與普通蒸餾不同，分子蒸餾僅有被蒸餾物表面的自由蒸發，沒有沸騰現象，從理論上說這種自由蒸發是不可逆的。蒸發的氣體流型不同，其蒸餾分離系數α也不一樣。普通蒸餾分離系數為：
分子蒸餾分離系數為：

式中
Pi－i組元蒸氣壓；
Mi-i組元物質的量；
ri-i組元活度。
鈦中各種雜質按其與鈦的分子蒸餾分離系數相比，可以分成3種類型：第一種是am>1的雜質，這種雜質可能分離，而且越大越易分離除去，特別是當αm>100時，雜質較易分離除去；第二種是αm=1或接近1的雜質，這種雜質無法除之；第三種是am<1時的雜質，這種雜質在熔煉中無法除去，只能濃縮。
鈦和其他一些金屬雜質的飽和蒸氣壓和溫度的關系見圖1-17和表1-3.一些雜質對鈦的分離系數見表1-4.

海綿鈦中屬第一類的游離雜質是容易分離除去的。如Mg和MgCl2揮發性大，也大，500~600℃時開始揮發，到達2000℃時基本上都能除去。又如吸附的水在更低的溫度下便開始揮發除去。
海綿鈦中夾雜的低價氯化鈦，如TiCl2和TiCl3,在一定溫度下發生離解反應：
2TiCl2-Ti+TiCl4
4TiCl3-Ti+3TiCl4
生成物中的氣態TiCl4被排出爐外。
海綿鈦中第二類間隙固溶體雜質氧、氮和碳，它們不能以單元素解析排除，因為鈦吸收這些氣體雜質后無法解脫。可以認為，它們在鈦中以鈦化物TiO、TiN、TiC形態存在。而這些鈦化物分解壓很低，很難離解。如TiN的分解壓在2331℃時只有0.31Pa(見表1-5).這些鈦化物只能以TiO、TiN和TiC 形態脫除。但是，它們和鈦的分離系數為1或接近1,如TiO/Ti的αp為1,無法通過熔煉脫除分離。

鈦中的TiO既不能加碳脫氧，也不能加氣體CO用還原的方法除氧。因為高溫下加碳或加CO均會被鈦吸收或分解，相應地會增加鈦中的雜質碳和氧。
間隙性雜質氫是唯一能解析脫除的。氫的解析也經過一連串過程，先是氫原子向金屬界面擴散，隨后在界面上結合成氫分子，氫分子最后在界面脫附，隨氣流排除。鈦含氫濃度低時，生成物為TiH.TiH除氫時，反應歷程為：
TiH-Ti+H
2H-H2
氫化鈦的分解壓很大（見表1-6),其中的氫很容易被分解脫除。鈦錠的最終氫含量可以達到0.002%.

海綿鈦中第三類金屬雜質，和鈦分離系數am>1的有鐵、硅等，在熔煉中能揮發除去一些；和鈦分離系數am<1的有釩、鉬等低揮發性金屬，這類雜質在熔煉中只能濃縮，但因含量甚微，不會引起明顯變化。
在上述易揮發組分中，H2O、H、TiCl2、TiCl和Ig 最易除去，而MgCl22的比較小且含量多，海綿鈦中Cl-含量約為0.05%~0.20%,可以認為它是熔煉中要除去的關鍵組分，以此來分析除氣動力學。
鈦真空自耗電弧熔煉時，MgCl2等雜質從液態鈦中的揮發，由下述3個步驟組成：
（1)MgCl2從鈦液內部通過邊界層遷移到熔池表面層；
（2)熔池表面層氣相MgCl2脫附和從表面揮發；
（3)氣相MgCl2通過氣相界面層遷移到氣相內部。
不同的雜質元素或化合物的揮發脫除過程，因其揮發性不一樣而具有不同的控制步驟。蒸氣壓較小的雜質Mo、V、TiO、TiN、TiC等，上述第二步驟為其蒸發脫除的控制步驟。蒸氣壓較大的雜質Mg、MgCl2、H、Mn、Al等，上述第一步驟即邊界層傳質速度是其蒸發脫除的限制性環節。
在真空條件下，第三步驟的速度很快，不會成為控制步驟，但在氬氣氛中熔煉時有可能成為控制步驟。
當MgCl2的表面揮發速度（即第二步驟）成為控制步驟時，有：

式中
dWA/dt-MgCl2的揮發速度；
αa-MgCl2的凝聚系數；
PAp-純Mg的飽和蒸氣壓；
rA-MgCl2的活度系數；
XA-MgCl2在碳中含量（摩爾分數）；
M-MgCl2的物質的量。
鈦中合金元素的揮發速度也同樣可以用式（1-2)進行計算。當控制步驟為第一步驟時，出現表面MgCl2貧化現象，使之產生偏差，此時式（1-2)可寫成：

式中
Cas一熔池表面處MgCl2的濃度；
kA-氣相表面揮發系數。
液相邊界層的傳質速度由下式表示：
dMA/dt=Kd(CA-CAs)       （1-4)
式中
Ca－熔池內部MgCl2的濃度；
Kd－液相邊界層傳質系數。
達到穩定時表面揮發速度和界面層傳質速度相等，聯立式（1-3)和式（（1-4)，消去CAS值得到：

式（1-5)表明，不論揮發過程由氣相擴散控制或由液相界面層擴散控制，或者混合控制，揮發速度均和MgCl2濃度成正比，屬一級反應。一般情況下，蒸氣壓大的MgCl2等雜質的蒸發脫除屬擴散步驟控制。由于Mgl2對Ti的分離系數am較大，擴散速率也大，鈦中的MgCl2比較容易除盡。

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