二氧化钛(TiO₂)的熔炼过程需要特殊设备和技术条件，因其熔点高达1843℃（金红石型）。工业上主要采用电弧炉熔炼法，将高纯度二氧化钛粉末与还原剂（通常为焦炭或石墨）混合装入炉内，通入强电流产生高温电弧使物料熔化。需要注意的是炉内需保持惰性气氛（氩气或氮气保护），防止高温下钛被氧化。
在具体操作中，原料配比需精确控制碳钛摩尔比在1:1左右，温度需维持在1850-2000℃范围。熔炼过程中会生成低价钛氧化物（如Ti₃O₅），这些中间产物需要后续处理才能获得纯净TiO₂。特别要注意的是，熔融态的二氧化钛腐蚀性极强，必须使用特殊耐火材料（如氧化锆内衬）的熔炼容器。
实验室规模可采用高频感应加热炉，但需配备精确温控系统（±10℃精度）。小批量制备时，可先将二氧化钛压制成坯体，再置于钼坩埚中熔融。这种方法虽然能耗较高，但能较好控制熔炼过程的气氛纯度，适合制备高纯二氧化钛单晶材料。
目前工业化生产更倾向于采用氯化法工艺而非直接熔炼，因为该方法能耗更低且产物纯度更高（可达99.9%）。不过对于某些特殊应用场景，如制备钛酸锶等电子陶瓷材料时，熔炼法仍是不可或缺的关键工序。无论采用何种方法，操作人员都必须严格防范高温熔体喷溅和有害气体泄漏等安全隐患。
