CN101892387B

CN101892387B - 生产钛铁的方法

Info

Publication number: CN101892387B
Application number: CN 201010242609
Authority: CN
Inventors: 方民宪; 张树立; 张雪峰; 黄平; 冯向琴; 彭再立; 王能为
Original assignee: Panzhihua University
Current assignee: Panzhihua University
Priority date: 2010-08-02
Filing date: 2010-08-02
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2030-08-02
Also published as: CN101892387A

Abstract

本发明涉及生产钛铁的方法，属于冶金领域。本发明所解决的技术问题是提供了一种成本更低的生产钛铁的方法。本发明生产钛铁的方法，包括原料混合步骤，原料混合后分成≥2批，每冶炼1～3批原料就进行一次除炉渣操作，然后加入下一批原料冶炼，直至冶炼结束。本发明方法相比现有方法，其工序更简单，减少了设备和人力消耗，从而降低了生产成本；本发明方法不需要采用炉外预热，也不需要加入氯酸钾，还节约了铝的用量，提高了操作人员和设备的安全性；采用本发明方法冶炼FeTi30时，不需另配加含钛高的高钛渣或金红石，节约了钛资源；本发明方法为钛铁的生产提供了一种新的途径，具有广阔的应用前景。

Description

生产钛铁的方法

技术领域

本发明涉及生产钛铁的方法，属于冶金领域。

背景技术

按照ISO5454-80规定，常用的钛铁为FeTi30和FeTi70，FeTi30的Ti含量(重量含量，下同)为25～35％(也是GB3282-87规定)，FeTi70的Ti含量为65～75％，其余为Fe和少量不可避免的杂质。国内一些钛铁生产企业还开发了FeTi50以及FeTi80，前者的Ti＝45～55％，后者的Ti＝75～85％，其余均为Fe和少量不可避免的杂质。钛铁的生产方法有以废金属钛为原料的真空熔炼法和以含氧化钛的钛精矿、金红石、钛渣等为基本原料的铝热还原法。我国目前主要是用铝热还原法以及对其进行改进的方法生产钛铁。

如文献1：《铁合金》，2001，No.3，15～21的文献“以金红石为原料研制65％～75％的高钛铁”所公开的方法为：将金红石、铁矿粉、铝粉、石灰和氯酸钾粉混匀后，预热至100～150℃后，放入炉内，用点火剂引发还原反应，冶炼出FeTi70。

又如文献2：公开号为CN1696321A，发明名称为“一种钢的冶炼用高钛铁的制取方法”的专利申请所公开的方法是：将烤至400～500℃的金红石、铁鳞、石灰混合后，再和铝镁合金、氯酸钾混合均匀，或者是将烤至400～500℃的高钛渣、铁鳞、石灰混合后，再和铝镁合金、氯酸钾混合均匀，当混合物的温度为160～200℃时，将混合物料加到特制的烘烤到145～210℃的熔炉炉体内，在混合物料上部用点火剂引发还原反应，冶炼出FeTi70。

又如文献3：公开号为CN101451201A，发明名称为“以钛原料冶炼制备系列钛铁合金的方法”所公开的方法是：将攀西地区钛原料及20～40％的含铁料加入旋转炉中，经20～25min快速加热至700～850℃后，再经连接仓送入混料器中充分混均，然后从配料仓依次加入钙质冶金辅料、钙钠系处理剂、金属铝、辅助还原剂及氯酸钾入混料器，混料器中的原料及辅助原料混合均匀后，经对接仓卸入已预热至150～300℃的冶炼炉及高位料仓内，按下部点火工艺冶炼，反应结束后加入精炼料和缓凝剂，冷却48～80h后出炉，得到钛铁。

又如文献4：公开号为CN101225483A，发明名称为“钛铁合金电炉冶炼法”所公开的方法是：第一步是将钛精矿、金红石、生石灰、铁矿粉、硅铁、金属铝粒和氯酸钾等物料按配比加入到能承受3000℃以上温度的耐高温冶炼炉内，加热至1800～2200℃，将炉内炉料完全熔化。第二步是将0.5～1.0mm的金属铝粉和氯酸钾加入到耐高温冶炼炉内完全熔化的炉料中，利用已熔化炉料的热量引发还原反应，冶炼出符合GB3282-87的FeTi30。

再如文献5：《铁合金》，1993，No.5，16～19，26的文献“电铝热法冶炼钛铁工艺试验”所公开的方法是：先将高钛渣(TiO₂＝71.00％或75.24％)和石灰的混合物组成的底料加入炉内，并下插电极通电使其熔化形成熔池，然后加入由钛铁精矿(TiO₂＝55.22％或55.22％)、铝粉、硅铁粉、铁矿粉、石灰粉和钢屑组成的主料，主料在熔池内自动反应后，电极上抬，停止送电。在主料反应结束时，加入由铝粉、铁矿粉、石灰粉、硅铁粉和钢屑混合而成的副料，副料反应时间短，一旦反应停止即下插电极精炼炉渣，炉渣精炼一定时间后停电、冷却后得到符合GB3282-87的FeTi30。

采用铝热法生产钛铁，由于氧化钛还原所产生热量不足以维持还原反应继续进行，必须补充热量才能保证冶炼持续进行，上述文献1～3均采用补充物理热(炉外预热)结合化学热(氯酸钾和铝反应放热)的方法补热。这种补热方式存在着以下二个问题：一是炉外预热的热量易于散失，且不宜过高，否则会在预热容器内过早引发反应，造成安全事故。文献4采用预热容器和反应炉合二为一加电补热的方法解决，但在其第一步中，由于预热温度高达1800～2200℃，炉料完全熔化，其还原反应很可能就已经过早发生。另外还因渣层厚(铝热法冶炼铁合金固有的问题)，渣层上部和下部不可避免的存着温度差的问题，渣层中反应生成的金属钛和钛铁难以充分沉降入合金相中，为此，该文献中采用增大TiO₂投入的方式(投入含钛高的金红石)来增加渣中的金属钛和钛铁的含量，从而提高渣中金属钛和钛铁沉降入合金相的机率，这又导致钛收率降低的问题。即便如此。也只能得FeTi30。二是用氯酸钾和铝反应补充化学热，氯酸钾是危险爆炸物品，在运输和使用过程中要避免碰撞，而且它和铝反应生成的氯化钾气体是对人体有害的气体，还要多消耗铝。文献5所述的电补热的方式避免了炉外预热和使用氯化钾，但也有文献4中的的缺陷：因渣层厚，电能不能均匀加热渣层，金属钛和钛沉淀不充分。而且也使用含了钛高的高钛渣，同样也只得到FeTi30。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种成本更低的生产钛铁的方法。

本发明生产钛铁的方法，包括原料混合步骤，原料混合后分成≥2批(优选平均分成≥2批)，每冶炼1～3批原料就进行一次除炉渣操作，然后加入下一批原料冶炼，直至冶炼结束。

本发明方法通过将混合原料分成多批，并每冶炼1～3批原料就进行一次除炉渣操作，保证了钛氧化物的还原和金属钛颗粒的沉降所需的动力学条件。

其中，本发明方法的原料混合后可以分成2批(优选平均分成2批)，第1批原料冶炼结束后进行一次除炉渣操作，然后加入第2批原料进行冶炼。

进一步的，为了使本发明方法的成本更低，原料混合后优选分成3～6批(更优选平均分成3～6批)，每冶炼2批原料就进行一次除炉渣操作，然后加入下一批原料冶炼，直至冶炼结束。

本发明生产钛铁的方法的原料优选为含钛原料、含Fe₂O₃原料、铝粉和石灰，其中，含钛原料以TiO₂计，含Fe₂O₃原料以Fe₂O₃计，含钛原料与含Fe₂O₃原料的重量配比为0.70～4.69∶0.80～1.20；混合原料中的配铝系数为1.00～1.06，配CaO系数为0.39～2.00；所述的配铝系数为实际加入的铝粉重量与理论需要加入的铝粉重量之比，所述的配CaO系数为实际加入的CaO重量与理论需要加入的铝粉重量之比。

进一步的，上述的铝粉的Al含量优选为99.97～99.99wt％，粒度为0.15～0.40mm；上述含Fe₂O₃原料优选为铁红，铁红中的Fe₂O₃含量为97.0～99.9％wt％，粒度为0.04～0.15mm；上述的石灰可以为生石灰或熟石灰，其CaO含量66.45～90.00wt％，粒度为0.09～10.00mm。

进一步的，本发明方法原料混合后如果分成的批次过多，则会增加工序步骤，不利于节约人力成本。本发明方法本发明方法原料混合后最优选平均分成4批，其步骤如下：

a、原料混合：将含钛原料、含Fe₂O₃原料、铝粉和石灰混匀，并平均分成4批；其中，含钛原料以TiO₂计，含Fe₂O₃原料以Fe₂O₃计，含钛原料与含Fe₂O₃原料的重量配比为0.70～4.69∶0.80～1.20；混合原料中的配铝系数为1.00～1.06，配CaO系数为0.39～2.00；所述的配铝系数为实际加入的铝粉重量与理论需要加入的铝粉重量之比，所述的配CaO系数为实际加入的CaO重量与理论需要加入的铝粉重量之比；

b、电弧炉通电起弧后(本发明方法可以采用常规的冶炼炉冶炼，优选采用电弧炉冶炼，采用电弧炉冶炼具有补热量和反应时间可调的优点)，在通电的条件下，逐渐将第1批混合后的原料加入炉内，通电保温至化学反应完成；

c、在不断电的条件下，投入第2批混合料，通电保温至化学反应完成；

d、电弧炉排渣；

e、重复b、c步骤，分别加入第3、4批原料，通电保温至化学反应完成后，电弧炉排渣，再加入混合原料总量8.0～10.0wt％的石灰，并通电保温5～10min；

f、停止通电，冷却，分离，得到钛铁。

其中，上述的含钛原料可以为钛铁冶炼常用的含钛原料，如：钛精矿、钛渣、金红石中至少一种。

其中，上述e步骤电弧炉排渣后，还再次加入了石灰。其目的是使石灰中强碱性CaO和剩余渣相中的两性氧化物Al₂O₃形成一系列复杂化合物，从而促进剩余渣相中弱碱性TiO和Al继续反应生成Ti，同时含有这类复杂化合物的渣覆盖在钛铁合金相表面还有防止其中钛被氧化的作用。

进一步的，上述的钛精矿中的TiO₂含量优选为46.57～48.13wt％，TFe含量为31.00～32.50wt％，粒度为0.075～0.25mm；上述钛渣中的TiO₂含量优选为43.47～52.30wt％，粒度为0.08～0.18mm；上述金红石中的TiO₂含量优选为89.00％～93.67wt％，粒度为0.04～0.20mm。

根据具体需要，控制各原料的重量比，即可采用本发明方法制取FeTi30、FeTi50、FeTi70、FeTi80等各种类型的钛铁，如：所述含钛原料为钛渣时，制取FeTi30，混合原料中的TiO₂与Fe₂O₃的重量比为0.70～0.74∶0.80～1.20，混合原料中的配铝系数为1.00～1.02，配CaO系数为0.42～2.00；所述含钛原料为钛精矿时，制取FeTi30，不另加含Fe₂O₃的原料(由于钛精矿中含有足够的铁，因此，不需要另外加入含Fe₂O₃的原料)，混合原料中的配铝系数为1.04～1.06，配CaO系数为0.75～0.90；所述含钛原料为钛渣与金红石的混合物时，制取FeTi30，金红石用量为钛渣和金红石总量的9～11wt％，混合原料中的TiO₂与Fe₂O₃的重量比为0.70～0.74∶0.80～1.20，混合原料中的配铝系数为1.01～1.03，配CaO系数为0.39～0.42；所述含钛原料为金红石时，制取FeTi50，混合原料中的TiO₂与Fe₂O₃的重量比为1.24～1.29∶0.80～1.20，混合原料中的配铝系数为1.01～1.03，配CaO系数为0.42～0.48；所述含钛原料为金红石时，制取FeTi70，混合原料中的TiO₂与Fe₂O₃的重量比为3.50～4.20∶0.80～1.20，混合原料中的配铝系数为1.01～1.03，配CaO系数为0.42～0.48；所述含钛原料为金红石时，制取FeTi80，混合原料中的TiO₂与Fe₂O₃的重量比为4.64～4.69∶0.80～1.20，混合原料中的配铝系数为1.01～1.03，配CaO系数为0.42～0.48。

本发明方法具有如下有益效果：

1、本发明方法相比现有方法，其工序更简单，减少了设备和人力消耗，从而降低了生产成本；

2、本发明方法不需要采用炉外预热，也不需要加入氯酸钾，还节约了铝的用量，提高了操作人员和设备的安全性；

3、采用本发明方法冶炼FeTi30时，不需另配加含钛高的高钛渣或金红石，节约了钛资源；

4、本发明方法为钛铁的生产提供了一种新的途径，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1采用本发明方法生产钛铁

取钛精矿(TiO₂＝48.13wt％，，FeO＝32.90wt％，Fe₂O₃＝8.23wt％，TFe＝31.42wt％)3411g，按配铝系数1.041取铝粉(Al＝99.97wt％)1160g，按配CaO系数0.883取石灰(CaO＝66.42wt％)1481.45g，将3者混合均匀后，平均分为4批。每批重1513.32g。电弧炉通电起弧且在通电同时，取第1批混合料逐渐加入炉内，加完之后，继续通电保温6.5min之后，在通电同时，逐渐加入第2批混合料，加完之后，继续通电保温6.5min，停电，抬起电极，打开位于电炉中下部的炉口，倾斜炉体，让大部上层炉渣从炉口流出直至炉渣停止流出。将炉体归于正位，堵住炉口，下放电极，通电起弧且在通电同时，取第3批混合料逐渐加入炉内，加完之后，继续通电保温6.5min之后，在通电同时，逐渐加入第4批混合料，加完之后，继续通电保温6.5min后，停电，抬起电极，打开位于电炉中下部的炉口，倾斜炉体，让大部上层炉渣从炉口流出直至炉渣停止流出。再次将炉体归于正位，堵住炉口，下放电极，通电起弧后，通电同时，取石灰(混合料总量的8.0wt％)484g加入炉内，石灰加完后，继续通电保温10min，断电，抬起电极，待炉冷却后，出炉，得到FeTi30，其钛含量为26.87wt％，钛收率为87.40％。

实施例2采用本发明方法生产钛铁

取钛渣(TiO₂＝50.97wt％，，FeO＝7.85wt％，Fe₂O₃＝0.00wt％，TFe＝5.19wt％)1736g，按重量比为TiO₂∶Fe₂O₃＝0.72∶1的比例取铁红(Fe₂O₃＝97.0wt％)1264g，按配铝系数1.02取铝粉(Al＝99.97wt％)863g，按配CaO系数2.0取石灰(CaO＝66.42wt％)2548g，将4者混合均匀后，平均分为4批。每批重1603g。电弧炉通电起弧且在通电同时，取第1批混合料逐渐加入炉内，加完之后，继续通电保温6.0min之后，在通电同时，逐渐加入第2批混合料，加完之后，继续通电保温6.0min，停电，抬起电极，打开位于电炉中下部的炉口，倾斜炉体，让大部上层炉渣从炉口流出直至炉渣停止流出。将炉体归于正位，堵住炉口，下放电极，通电起弧且在通电同时，取第3批混合料逐渐加入炉内，加完之后，继续通电保温6.0min之后，在通电同时，逐渐加入第4批混合料，加完之后，继续通电保温6.0min后，停电，抬起电极，打开位于电炉中下部的炉口，倾斜炉体，让大部上层炉渣从炉口流出直至炉渣停止流出。再次将炉体归于正位，堵住炉口，下放电极，通电起弧后，通电同时，按混合料总量的9.0wt％取石灰521g加入炉内，石灰加完后，继续通电保温5min，断电，抬起电极，待炉冷却后，出炉，得到FeTi30，其钛含量为33.05wt％，钛收率为65.42％。

实施例3采用本发明方法生产钛铁

取钛渣(TiO₂＝50.97wt％，FeO＝7.85wt％，Fe₂O₃＝0.00wt％，TFe＝5.19wt％)1562g，按金红石为含钛原料的10wr％，配加金红石(TiO₂＝89.70wt％)174g，按重量比为TiO₂∶Fe₂O₃＝0.72∶1的比例取铁红(Fe₂O₃＝97.0wt％)1364g，按配铝系数1.02取铝粉(Al＝99.97wt％)924g，按配CaO系数2.0取石灰(CaO＝66.42wt％)2727g，将5者混合均匀后，平均分为4批。每批重1688g。电弧炉通电起弧且在通电同时，取第1批混合料逐渐加入炉内，加完之后，继续通电保温8.0min之后，在通电同时，逐渐加入第2批混合料，加完之后，继续通电保温8.0min，停电，抬起电极，打开位于电炉中下部的炉口，倾斜炉体，让大部上层炉渣从炉口流出直至炉渣停止流出。将炉体归于正位，堵住炉口，下放电极，通电起弧且在通电同时，取第3批混合料逐渐加入炉内，加完之后，继续通电保温8.0min之后，在通电同时，逐渐加入第4批混合料，加完之后，继续通电保温8.0min后，停电，抬起电极，打开位于电炉中下部的炉口，倾斜炉体，让大部上层炉渣从炉口流出直至炉渣停止流出。再次将炉体归于正位，堵住炉口，下放电极，通电起弧后，通电同时，按混合料总量的8.5wt％取石灰574g加入炉内，石灰加完后，继续通电保温5min，断电，抬起电极，待炉冷却后，出炉，得到FeTi30，其钛含量为31.13wt％，钛收率为65.39％。

实施例4采用本发明方法生产钛铁

取金红石(TiO₂＝89.70wt％)1736g，按重量比为TiO₂∶Fe₂O₃＝1.27∶1的比例取铁红(Fe₂O₃＝97.0wt％)1264g，按配铝系数1.02取铝粉(Al＝99.97wt％)1137g，按配CaO系数0.42取石灰(CaO＝66.42wt％)705g，将4者混合均匀后，平均分为4批。每批重1211g。电弧炉通电起弧且在通电同时，取第1批混合料逐渐加入炉内，加完之后，继续通电保温4.0min之后，在通电同时，逐渐加入第2批混合料，加完之后，继续通电保温4.0min，停电，抬起电极，打开位于电炉中下部的炉口，倾斜炉体，让大部上层炉渣从炉口流出直至炉渣停止流出。将炉体归于正位，堵住炉口，下放电极，通电起弧且在通电同时，取第3批混合料逐渐加入炉内，加完之后，继续通电保温4.0min之后，在通电同时，逐渐加入第4批混合料，加完之后，继续通电保温4.0min后，停电，抬起电极，打开位于电炉中下部的炉口，倾斜炉体，让大部上层炉渣从炉口流出直至炉渣停止流出。再次将炉体归于正位，堵住炉口，下放电极，通电起弧后，通电同时，按混合料总量的9.5wt％取石灰460g加入炉内，石灰加完后，继续通电保温8min，断电，抬起电极，待炉冷却后，出炉，得到FeTi50，其钛含量为48.06wt％，钛收率为43.21％。

实施例5采用本发明方法生产钛铁

取金红石(TiO₂＝89.70wt％)2512.2g，按重量比为TiO₂∶Fe₂O₃＝4.67∶1的比例取铁红(Fe₂O₃＝97.0wt％)497.8g，按配铝系数1.02取铝粉(Al＝99.97wt％)1206.1g，按配CaO系数0.43取石灰(CaO＝66.42wt％)765g，将4者混合均匀后，平均分为4批。每批重1245g。电弧炉通电起弧且在通电同时，取第1批混合料逐渐加入炉内，加完之后，继续通电保温4.0min之后，在通电同时，逐渐加入第2批混合料，加完之后，继续通电保温4.0min，停电，抬起电极，打开位于电炉中下部的炉口，倾斜炉体，让大部上层炉渣从炉口流出直至炉渣停止流出。将炉体归于正位，堵住炉口，下放电极，通电起弧且在通电同时，取第3批混合料逐渐加入炉内，加完之后，继续通电保温4.0min之后，在通电同时，逐渐加入第4批混合料，加完之后，继续通电保温4.0min后，停电，抬起电极，打开位于电炉中下部的炉口，倾斜炉体，让大部上层炉渣从炉口流出直至炉渣停止流出。再次将炉体归于正位，堵住炉口，下放电极，通电起弧后，通电同时，按混合料总量的8.0wt％取石灰398g加入炉内，石灰加完后，继续通电保温5min，断电，抬起电极，待炉冷却后，出炉，得到FeTi80，其钛含量为78.29wt％，钛收率为60.80％。

Claims

1.生产钛铁的方法，其特征在于包括如下步骤：

a、原料混合：将含钛原料、含Fe₂O₃原料、铝粉和石灰混匀，并平均分成4批；其中，含钛原料以TiO₂计，含Fe₂O₃原料以Fe₂O₃计，含钛原料与含Fe₂O₃原料的重量配比为0.70~4.69:0.80~1.20；混合原料中的配铝系数为1.00~1.06，配CaO系数为0.39~2.00；所述的配铝系数为实际加入的铝粉重量与理论需要加入的铝粉重量之比，所述的配CaO系数为实际加入的CaO重量与理论需要加入的铝粉重量之比；

b、电弧炉通电起弧后，在通电的条件下，逐渐将第1批混合后的原料加入炉内，通电保温至化学反应完成；

d、电弧炉排渣；

e、重复b、c步骤，分别加入第3、4批原料，通电保温至化学反应完成后，电弧炉排渣，再加入混合原料总量8.0~10.0wt%的石灰，并通电保温5~10min；

f、停止通电，冷却，分离，得到钛铁。

2.根据权利要求1所述的生产钛铁的方法，其特征在于：所述的含钛原料为钛精矿、钛渣、金红石中至少一种。

3.根据权利要求2所述的生产钛铁的方法，其特征在于：所述钛精矿中的TiO₂含量为46.57~48.13wt%，TFe含量为31.00~32.50wt%，粒度为0.075~0.25mm；所述钛渣中的TiO₂含量为43.47~52.30wt%，粒度为0.08~0.18mm；所述金红石中的TiO₂含量为89.00%~93.67wt%，粒度为0.04~0.20mm。

4.根据权利要求3所述的生产钛铁的方法，其特征在于：所述含钛原料为钛渣时，制取FeTi30，混合原料中的TiO₂与Fe₂O₃的重量比为0.70~0.74:0.80~1.20，混合原料中的配铝系数为1.00~1.02，配CaO系数为0.42~2.00；所述含钛原料为钛精矿时，制取FeTi30，不另加含Fe₂O₃的原料，混合原料中的配铝系数为1.04~1.06，配CaO系数为0.75~0.90；所述含钛原料为钛渣与金红石的混合物时，制取FeTi30，金红石用量为钛渣和金红石总量的9~11wt%，混合原料中的TiO₂与Fe₂O₃的重量比为0.70~0.74:0.80~1.20，混合原料中的配铝系数为1.01~1.03，配CaO系数为0.39~0.42；所述含钛原料为金红石时，制取FeTi50，混合原料中的TiO₂与Fe₂O₃的重量比为1.24~1.29:0.80~1.20，混合原料中的配铝系数为1.01~1.03，配CaO系数为0.42~0.48；所述含钛原料为金红石时，制取FeTi70，混合原料中的TiO₂与Fe₂O₃的重量比为3.50~4.20:0.80~1.20，混合原料中的配铝系数为1.01~1.03，配CaO系数为0.42~0.48；所述含钛原料为金红石时，制取FeTi80，混合原料中的TiO₂与Fe₂O₃的重量比为4.64~4.69:0.80~1.20，混合原料中的配铝系数为1.01~1.03，配CaO系数为0.42~0.48。