CN101078065B - 一种以钛原料冶炼制取系列钛铁合金的方法 - Google Patents

一种以钛原料冶炼制取系列钛铁合金的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种以攀西地区钛原料冶炼制取系列钛铁合金的方法，工艺步骤如下：将攀西地区钛原料、钙质冶金辅料及钙-钠系处理剂送入旋转炉中，经快速预热后，再经连接仓送入混料器中充分混合均匀，然后从配料仓依次加入金属铝、铁系原料、辅助还原剂及氯酸钾，混料器中的原料及辅助材料混合均匀后，经对接仓落入已预热的冶炼炉内，加入点火剂，2～3min反应结束后加入缓凝剂，冷却20～40h，最后分离渣和钛铁合金，钛铁合金产品经检验、包装后入库。本发明原料来源确定，生产工艺安全可靠，所制取的钛铁合金系列产品质量稳定，满足了各类钢铁企业的不同需求，从而打破了因攀西钒钛磁铁矿杂质含量高不能生产高钛铁的神话，填补了国内空白。

Description

一种以钛原料冶炼制取系列钛铁合金的方法
技术领域
本发明涉及一种铁合金的冶炼方法，具体而言，本发明涉及一种以攀西地区钛原料冶炼制取系列钛铁合金的方法。
背景技术
钛是钢铁生产中重要的合金化元素和深度脱氧添加剂，被称为“第三金属”。钛可以改善钢的组织结构，提高钢的性能，增加钢铁的耐磨性和抗拉强 度，钛铁合金是生产链条钢、锚链纲、造船用钢、不锈钢、电焊条以及电子、军工产品等的重要原料。由于高温条件下钛与氧的结合性较强且熔点较高，因此在钢铁冶炼过程中如果直接加入钛金属，不但收得率低，且浪费严重，增加成本，必须以铁合金的形式加入。目前，中低钛铁的应用虽部分解决了钢铁加钛的问题，但却引入了较多的杂质，深度脱氧不明显，因而无法达到优质钢种的生产需求及钢种的品质。
传统的高钛铁合金多是以金红石型含钛料、废钛料为原料，利用铝热法以及电铝热法制得。利用铝热法生产高钛铁时，不但杂质控制难度大，且原料来源不确定，使生产和供应受到影响。由于原料中的杂质元素在钛铁生产过程中会富集，因此上述方法必须通过对原料进行预处理和综合冶金处理，才能达到降低P、S和O的影响，但钛品位波动仍较大，从而影响了产品的质量和使用，给钢铁冶金精确使用和钢种开发带来了困难，加之，近年来由于废钛供应短缺且部分废钛具有放射性，也使得高钛铁合金的生产受到了一定影响。
发明内容
本发明旨在克服上述缺陷，提供一种以攀西地区钛原料冶炼制取系列钛铁合金的方法。该方法的原料来源确定，生产工艺安全可靠，所制取的钛铁合金产品质量稳定，完全能满足现代钢铁工业对高钛铁合金的技术质量要求。同时本发明还解决了用含杂质高的攀西地区钒钛磁铁矿冶炼制取高钛铁合金的技术难题，从而打破了因攀西钒钛磁铁矿杂质含量高不能生产高钛铁的神话，填补了国内空白。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种以攀西地区钛原料冶炼制取系列钛铁合金的方法，其特征在于按下述工艺步骤于100Kg攀西地区钛原料中加入如下重量份配比的辅助材料：
金属铝35～58、辅助还原剂1.5～3.5、钙质冶金辅料8～17、氯酸钾8～18、钙-钠系处理剂2.5～6.5、含铁总量为35～99％的铁系原料；
上述辅助材料的优选重量份配比为：
金属铝40～55、辅助还原剂2～3、钙质冶金辅料10～15、氯酸钾10～15、钙-钠系处理剂3.5～5.5、含铁总量为35～99％的铁系原料。
所述辅助还原剂是指铁粉或镁粉或者是任意比例的该两种物质的混合物。
所述钙质冶金辅料是指碳酸钙、莹石或者是任意比例的该两种物质的混合物。
所述钙-钠系处理剂是指任意比例的碳酸钙与纯碱或电石与纯碱的混合物，亦或者是任意比例的这三种物质的混合物。
所述铁系原料是指氧化铁、铁精粉或高钛铁精粉。
所述缓凝剂是指蛭石或碳酸钙或任意比例的二者的混合物。
具体工艺步骤如下：
按上述重量配比称取原料及各种辅助材料，将攀西地区钛原料、钙质冶金辅料及钙-钠系处理剂送入旋转炉中，经20～25min快速预热至700～950℃后，再经连接仓送入混料器中充分混合均匀，然后从配料仓依次加入金属铝、铁系原料、辅助还原剂及氯酸钾，混料器中的原料及辅助材料混合均匀后，经对接仓落入已预热至150～300℃的冶炼炉内，加入点火剂，2～3min反应结束后加入40～60Kg缓凝剂，冷却20～40h，最后分离渣和钛铁合金，钛铁合金产品经检验、包装后入库。
所述点火剂由等量的氯酸钾与铝粉或等量的氯酸钾与镁粉组成。
下面对本发明的化学反应原理及工艺设备说明如下：
1、系列钛铁生产使用的钛原料主要由TiO2、FeO、Fe2O3、SiO2、CaO、MgO、MnO、V2O5、Fe和CuO等组成，在满足相关热平衡、物料平衡和金属Al还原剂的条件下，钛原料中的不同氧化物组元与铝发生还原反应，主要的化学反应式如下，反应依照自由能和活度相系变化次序进行，反应结束后在Ti-Fe-Al合金系和SiO2-MgO-CaO-TiO2-Al2O3渣系间形成平衡，冷却分离后得到钛铁产品和合金渣。温度和催化剂决定反应速度，C、S和P等杂质依据活度系数、温度和平衡常数在渣及合金间梯级分配。
TiO2+4/3Al→Ti+2/3Al2O3        (1)
        ΔG0＝-167472+12.1T
2TiO2+4/3Al→2TiO+2/3Al2O3     (2)
       ΔG0＝-452655+14.36T
2TiO+4/3Al→2Ti+2/3Al2O3       (3)
       ΔG0＝-11784588+9.92T
3Fe2O3+2/3Al＝2Fe3O4+1/3Al2O3  (4)
       ΔGT 0＝-115700+14.85T
Fe3O4+2/3Al＝3FeO+1/3Al2O3     (5)
       ΔGT 0＝-17000-29.25T
3MnO+2Al→3Mn+Al2O3            (6)
       ΔGT 0＝-103495-4.5T
3SiO2+4Al→3Si+2Al2O3          (7)
3V2O5+10Al→6V+5Al2O3          (8)
3CuO+2Al→3Cu+Al2O3            (9)
2、由于钛铁冶炼过程有大量的Al2O3产生，Al2O3和CaO结合形成CaO·Al2O3，CaO既调整渣的酸碱度平衡，同时增加炉渣的硫容和磷容，提高硫磷脱除能力，抑制逆反应发生，因此要求含S和P水平低。CaO加入量高于计算值，影响炉渣熔点，不利于P和S的传质，部分CaO原料还会带入少量P和S，因此本发明选用钠钙系处理剂综合脱除硫磷杂质。由于钛铁中的氧含量问题与钛的性质有关，尤其是高钛铁氧的问题比较明显，国际标准要求氧在0.5％～5％之间，本发明通过多种途径来改善反应条件，控制了氧水平的升高。钛铁产品的杂质控制问题，主要是对原料进行预处理，削减杂质带入水平，同时采取综合冶金方式提高渣脱除S、P等杂质能力，以满足用户要求。
3、实施本发明方法的“钛铁系列产品冶炼成套设备”，本申请人也于同日向国家知识产权局申报了发明专利。该成套装置包括加热设备、混料设备、反应装置、除尘设备、输送设备、精整设备和计量设备等，加热设备使用煤基燃料，中心温度＞900℃，出口温度＞700℃。物料采用钢质管路系统输送，配备振动泵。烟尘输送配备大功率风机，与除尘布袋以及水淋系统连接。反应设备由铸钢浇铸成型，内衬整体紧固耐火材料，确保盛装8～2t的物料，耐高温能力超过2300℃以上，采用锥型底座，利于渣与合金分离。用远程测温进行物料测温，电子称、磅秤和地磅对物料系统进行测量。系列自动测温、控温、远程监控、电子点火全套装备及系列软件，实现了钛铁冶炼的半自动生产线，解决了钛铁在冶炼过程中易燃易爆的突出问题。
本发明的优点和积极效果表现在：
A、本发明原料来源确定，生产工艺安全可靠，所制取的钛铁合金系列产品质量稳定，完全达到了现代钢铁工业对高钛铁合金的技术质量要求。
B、本发明冶炼制取的系列钛铁合金产品，其钛品位高，硫磷水平低，铝硅含量适中，有效降低了可能带入的杂质对钢种产生的危害，对钢铁生产的脱氧合金化、不锈钢生产、焊接和铸造具有积极的促进作用。
C、本发明解决了用含杂质高的攀西地区钒钛磁铁矿冶炼制取高钛铁合金的技术难题，开发出了符合国家标准的FeTi30、FeTi40和FeTi70及国内目前尚无标准的FeTi50和FeTi60新产品，满足了各类钢铁企业的不同需求，从而打破了因攀西钒钛磁铁矿杂质含量高不能生产高钛铁的神话，填补了国内空白。
具体实施方式
实施例1
一种FeTi30合金的制备方法，其特征在于按下述工艺步骤于100Kg含钛量为45％的攀西地区钛原料中加入如下重量配比的辅助材料：
金属铝58Kg，铁粉3.5Kg，碳酸钙15Kg，氯酸钾12Kg，由等量的碳酸钙与纯碱混合而成的钙-钠系处理剂5Kg，含铁总量为99％的氧化铁与铁精粉的混合物。
具体工艺步骤如下：
按上述重量配比称取原料及各种辅助材料，将攀西地区钛原料、碳酸钙、钙-钠系处理剂送入旋转炉中，经20～25min快速预热至800℃后，再经连接仓送入混料器中充分混合均匀，然后从配料仓依次加入金属铝、氧化铁与铁精粉的混合物、铁粉及氯酸钾，混料器中的原料及辅助材料混合均匀后，经对接仓落入已预热200℃的冶炼炉内，加入等量的由氯酸钾与铝粉组成的点火剂，2～3min反应结束后加入50Kg蛭石，冷却30h，最后分离渣和钛铁合金，钛铁合金产品经检验、包装后入库。
经检测，该FeTi30产品的化学成分及含量(％)如下：
Ti：32.53    Si：4.84    Al：7.32     P：0.046
S：0.023     C：0.035    Cu：0.042    Mn：1.06
实施例2
一种FeTi40合金的制备方法，其特征在于按下述工艺步骤于100Kg含钛量为60％的攀西地区钛原料中加入如下重量配比的辅助材料：
金属铝50Kg，镁粉2.5Kg，碳酸钙∶莹石＝2∶1的混合物8Kg，氯酸钾18Kg，按电石∶纯碱＝3∶2的重量比混合而成的纳-钙系处理剂4.5Kg，含铁总量为80％的铁精粉。
具体工艺步骤如下：
按上述重量配比称取原料及各种辅助材料，将攀西地区钛原料、碳酸钙、钙-钠系处理剂送入旋转炉中，经20～25min快速预热至850℃后，再经连接仓送入混料器中充分混合均匀，然后从配料仓依次加入金属铝、铁精粉、镁粉及氯酸钾，混料器中的原料及辅助材料混合均匀后，经落入已预热300℃的冶炼炉内，加入等量的由氯酸钾与镁粉组成的点火剂，2～3min反应结束后加入60Kg碳酸钙，冷却40h，最后分离渣和钛铁合金，钛铁合金产品经检验、包装后入库。
经检测，该FeTi40产品的化学成分及含量(％)如下：
Ti：40.58    Si：3.18    Al：7.44     P：0.030
S：0.040     C：0.028    Cu：0.054    Mn：1.27
实施例3
一种FeTi50合金的制备方法，其特征在于按下述工艺步骤于100Kg含钛量为68％的攀西地区钛原料中加入如下重量配比的辅助材料：
金属铝35Kg，铁粉1.5Kg，莹石10Kg，氯酸钾8Kg，由等量的碳酸钙、纯碱、电石混合而成的钙-钠系处理剂2.5Kg，含铁总量为75％的氧化铁与铁精粉的混合物。
具体工艺步骤如下：
按上述重量配比称取原料及各种辅助材料，将攀西地区钛原料、莹石、钙-钠系处理剂送入旋转炉中，经20～25min快速预热至700℃后，再经连接仓送入混料器中充分混合均匀，然后从配料仓依次加入金属铝、氧化铁与铁精粉的混合物、铁粉及氯酸钾，混料器中的原料及辅助材料混合均匀后，经对接仓落入已预热250℃的冶炼炉内，加入等量的由氯酸钾与铝粉组成的点火剂，2～3min反应结束后加入40Kg蛭石，冷却20h，最后分离渣和钛铁合金，钛铁合金产品经检验、包装后入库。
经检测，该FeTi50产品的化学成分及含量(％)如下：
Ti：46.96  Si：0.220  Al：5.72     P：0.070     V＜0.010
S：0.031   C：0.858   Cu：＜0.1    Mn：＜0.1    N：3.82
实施例4
一种FeTi60合金的制备方法，其特征在于按下述工艺步骤于100Kg含钛量为70％的攀西地区钛原料中加入如下重量配比的辅助材料：
金属铝50Kg，等量的铁粉与镁粉的混合物3Kg，石灰石17Kg，氯酸钾15Kg，按碳酸钙∶纯碱＝1∶2的重量比混合而成的钙-钠系处理剂5.5Kg，含铁总量为40％的铁精粉。
具体工艺步骤如下：
按上述重量配比称取原料及各种辅助材料，将攀西地区钛原料、石灰石、钙-钠系处理剂送入旋转炉中，经20～25min快速预热至850℃后，再经连接仓送入混料器中充分混合均匀，然后从配料仓依次加入金属铝、铁精粉、铁粉与铝粉的混合物及氯酸钾，混料器中的原料及辅助材料混合均匀后，经对接仓落入已预热300℃的冶炼炉内，加入按氯酸钾∶镁粉＝2∶3的重量比配成的点火剂，2～3min反应结束后加入60Kg蛭石，冷却40h，最后分离渣和钛铁合金，钛铁合金产品经检验、包装后入库。
经检测，该FeTi60产品的化学成分及含量(％)如下：
Ti：63.50    Si：0.388    Al：9.50     P：0.225     V：0.050    O：6.81
S：0.061     C：0.083     Cu：0.029    Mn：0.140    N：0.02
实施例5
一种FeTi70合金的制备方法，其特征在于按下述工艺步骤于100Kg含钛量为68％的攀西地区钛原料中加入如下重量配比的辅助材料：
金属铝55Kg，按铁粉∶镁粉＝3∶1的重量比组成的混合物2.5Kg，石灰石8Kg，氯酸钾12Kg，由等量的碳酸钙、纯碱混合而成的钙-钠系处理剂5Kg，含铁总量为35％的氧化铁与铁精粉的混合物。
具体工艺步骤如下：
按上述重量配比称取原料及各种辅助材料，将攀西地区钛原料、石灰石、钙-钠系处理剂送入旋转炉中，经20～25min快速预热至950℃后，再经连接仓送入混料器中充分混合均匀，然后从配料仓依次加入金属铝、氧化铁与铁精粉的混合物、铁粉与镁粉的混合物及氯酸钾，混料器中的原料及辅助材料混合均匀后，经对接仓落入已预热300℃的冶炼炉内，加入等量的由氯酸钾与铝粉组成的点火剂，2～3min反应结束后加入60Kg石灰石，冷却40h，最后分离渣和钛铁合金，钛铁合金产品经检验、包装后入库。
经检测，该FeTi70产品的化学成分及含量(％)如下：
Ti：67.98    Si：2.14    Al：4.84     P：0.056     V：0.041    O：6.9
S：0.024     C：0.062    Cu：0.031    Mn：0.113    N：0.02.

Claims (4)

1.一种以钛原料冶炼制取系列钛铁合金的方法，其特征在于按下述工艺步骤于100kg攀西地区钛原料中加入如下重量份配比的辅助材料：
金属铝35～58、辅助还原剂1.5～3.5、钙质冶金辅料8～17、氯酸钾8～18、钙-钠系处理剂2.5～6.5、含铁总量为35～99％的铁系原料；
所述辅助还原剂是指铁粉或镁粉或者是任意比例的该两种物质的混合物；
所述钙质冶金辅料是指碳酸钙、莹石或者是任意比例的该两种物质的混合物；
所述钙-钠系处理剂是指任意比例的碳酸钙与纯碱或电石与纯碱的混合物，亦或者是任意比例的这三种物质的混合物；
所述铁系原料是指氧化铁、铁精粉或高钛铁精粉；
具体工艺步骤如下：
按上述重量配比称取原料及各种辅助材料，将攀西地区钛原料、钙质冶金辅料及钙-钠系处理剂送入旋转炉中，经20～25min快速预热至700～950℃后，再经连接仓送入混料器中充分混合均匀，然后从配料仓依次加入金属铝、铁系原料、辅助还原剂及氯酸钾，混料器中的原料及辅助材料混合均匀后，经对接仓落入已预热至150～300℃的冶炼炉内，加入点火剂，2～3min反应结束后加入40～60kg缓凝剂，冷却20～40h，最后分离渣和钛铁合金，钛铁合金产品经检验、包装后入库。
2.如权利要求1所述的以钛原料冶炼制取系列钛铁合金的方法，其特征在于按如下重量份配比于100kg攀西地区钛原料中加入辅助材料：
金属铝40～55、辅助还原剂2～3、钙质冶金辅料10～15、氯酸钾10～15、钙-钠系处理剂3.5～5.5、含铁总量为35～99％的铁系原料。
3.如权利要求1所述的以钛原料冶炼制取系列钛铁合金的方法，其特征在于所述点火剂由等量的氯酸钾与铝粉或等量的氯酸钾与镁粉组成。
4.如权利要求1所述的以钛原料冶炼制取系列钛铁合金的方法，其特征在于所述缓凝剂是指蛭石或碳酸钙或任意比例的二者的混合物。
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