CN103509957A

CN103509957A - 以钛渣与钛精矿为钛、铁原料生产高钛铁合金的方法

Info

Publication number: CN103509957A
Application number: CN201310507878.XA
Authority: CN
Inventors: 丁满堂
Original assignee: Panzhihua University
Current assignee: Panzhihua University
Priority date: 2013-10-24
Filing date: 2013-10-24
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2033-10-24
Also published as: CN103509957B

Abstract

本发明属于高钛铁合金冶炼领域，具体涉及以钛渣与钛精矿为钛、铁原料生产高钛铁合金的方法。本发明要解决是技术问题是现有生产方法的原料稀少、成本高，生产出的钛铁合金中残留氧量与残留铝量都非常高。本发明解决上述技术问题的方案是提供一种以钛渣与钛精矿为钛、铁原料生产高钛铁合金的方法，包括以下步骤：将原料按质量配比钛渣1份、钛精矿0.35～0.51份、铝粉0.83份、氯酸钾0.36份、萤石0.14～0.16份、石灰0.11～0.15份混匀后，采用上部点火法冶炼，获得高钛铁合金。本发明提供的方法避免了资源的枯竭，降低了生产成本，增加了钛渣的深度利用途径与高附加值利用方式。

Description

以钛渣与钛精矿为钛、铁原料生产高钛铁合金的方法

技术领域

本发明属于高钛铁合金冶炼领域，具体涉及以钛渣与钛精矿为钛、铁原料生产高钛铁合金的方法。

技术背景

目前主要以铝热法生产高钛铁，其也称炉外法。该方法冶炼70钛铁的原料配比为：金红石1.0份、金属铁粉0.15份、金属铝粉0.55～0.57份、石灰0.19～0.23份、氯酸钾0.19～0.23份。在镁砂打结的坩埚内，主要以金红石为原料，以铝粉为还原剂，进行点火反应方式完成相关的冶炼反应。渣、钛铁合金随炉冷却，待冷却到室温后，再进行分离与破碎。该法是目前生产钛铁的主要方法。其存在的主要问题是：（1）金红石的价格较贵，并且自然状态的金红石越来越稀少，以致钛铁的成本居高不下；（2）当生产高钛铁时，钛铁合金中的残留氧量（>12%）与残留铝量（>8%）都非常高，必须经后部工序真空精炼处理后方可使用；以致限制了它的使用范围。

其中，对高钛铁合金的成分要求见表1：

表1高钛铁合金的成分要求

牌号

Ti/%

Al/%

Si/%

P/%

C/%

S/%

FeTi70

65～75

≯5.0

≯1.0

≯0.05

≯0.3

≯0.05

发明内容

本发明要解决技术问题是现有生产方法的原料稀少、成本高，生产出的钛铁合金中残留氧量与残留铝量都非常高。

本发明解决上述技术问题的方案是提供一种以钛渣与钛精矿为钛、铁原料生产高钛铁合金的方法，包括以下步骤：将原料按质量配比钛渣1份、钛精矿0.35～0.51份、铝粉0.83份、氯酸钾0.36份、萤石0.14～0.16份、石灰0.11～0.15份混匀后，采用上部点火法冶炼，获得高钛铁合金。

作为本发明的优选方案，所述原料的质量配比为：钛渣1份、钛精矿0.40～0.46份、铝粉0.83份、氯酸钾0.36份、萤石0.14～0.16份、石灰0.13～0.15份。

其中，上述以钛渣与钛精矿为钛原料生产高钛铁合金的方法中，所使用的钛精矿的粒度<0.38mm，钛渣粒度<1mm，铝粉和氯酸钾的粒度均<1mm，萤石的粒度<1.5mm，石灰的粒度为20～50mm。

其中，上述以钛渣与钛精矿为钛原料生产高钛铁合金的方法中，所述原料的单位发热量为2950～3050kJ/kg原料。

其中，上述以钛渣与钛精矿为钛原料生产高钛铁合金的方法中，所述的上部点火法是指在混合好的原料上部装入点火装置，点火引燃反应。

上述以钛渣与钛精矿为钛原料生产高钛铁合金的方法中，具体操作步骤如下：

a、将原料加热至150～200℃保温处理2小时；

b、将经步骤a处理的原料粉碎至粒度＜1.5mm，混合均匀；

c、在混合好的原料上部装入点火装置，点火引燃反应；

d、反应完待冷却后，取出反应产物，将渣与合金破碎分离，获得高钛铁合金。

其中，上述以钛渣与钛精矿为钛原料生产高钛铁合金的方法中，步骤b所述的混合均匀是指混匀度≥98.5%。

其中，上述以钛渣与钛精矿为钛原料生产高钛铁合金的方法中，步骤c中将混合好的原料装入开放的反应器中，反应器上部未装料部分的空间高度应≥反应器容积空间高度的1/4。

本发明的有益效果在于：采用钛渣与钛精矿为钛原料代替金红石的使用，采用钛精矿中的铁作为铁原料代替铁粉的使用，避免了资源的枯竭，降低了生产成本。在以往生产低钛铁（如FeTi30、FeTi40）是以钛精矿与金红石为钛与铁的原料进行生产；生产高钛铁（如Ti>60%的钛铁FeTi60、FeTi70、FeTi80）均是以金红石和金属铁粉为原料进行生产。钛渣的成本较金红石的成本低很多，因此本法的冶炼成本较传统方法低很多。另外，增加了钛渣的深度利用途径与高附加值利用方式，节省了金红石资源。同时，当使用的金红石与金属铁粉为原料时，现有文献上的单位发热量控制在3100～3300kJ/kg原料为宜，而本发明所需的单位发热量仅为2950～3050kJ/kg原料。由于本发明实验规模小，使用的原材料较少，散热面积大，热损失大，热利用率低，以致能耗高，需要的单位炉料热量较高，在生产上，由于其生产规模大，保温条件相对好很多，一次反应使用的原材料也多，平均到每单位原料上的热损失也就小了，因此，在生产上可进一步降低单位原料发热量，节约能源，降低成本。也就是说，随每炉原料用量的增多，在生产时平均到单位原料上的散热量也就越少，单位原料所需的发热量值也就相应降低，相应工业规模的生产值较高。另一方面，本发明所使用的铝量相对较传统冶炼法所使用的铝量要低，而在反应所需的最基本用铝量一定的前提下，也就相应减少了铝在钛铁合金中的残余量，减少了铝含量。并且，本发明原料的混匀度>98.5%，减少铝粉的局部集中，相应避免了钛铁合金中铝的集中，也进一步降低了钛铁合金中的铝含量。

具体实施方式

以钛渣与钛精矿为钛、铁原料生产高钛铁合金的方法，包括以下步骤：将原料按质量配比钛渣1份、钛精矿0.35～0.51份、铝粉0.83份、氯酸钾0.36份、萤石0.14～0.16份、石灰0.11～0.15份混匀后，采用上部点火法冶炼，获得高钛铁合金。

作为本发明的优选方案，所述的原料按质量配比为：钛渣1份、钛精矿0.40～0.46份、铝粉0.83份、氯酸钾0.36份、萤石0.14～0.16份、石灰0.13～0.15份。

其中，上述以钛渣与钛精矿为钛原料生产高钛铁合金的方法中，所述原料的单位发热量为2950～3050kJ/kg原料。原料的单位发热量是在确定原料配比与配料过程中进行控制。如果单位发热量过大，会造成反应过程喷溅过于严重，以致合金喷溅损失过大，合金回收率过低。如果单位发热量过低，会造成热量不足，反应不充分，合金与渣的分离、沉降不好，渣中夹杂合金，合金中又夹杂渣，以致钛铁合金的收得率低，随渣流失的钛铁合金增多。

上述以钛渣与钛精矿为钛、铁原料生产高钛铁合金的方法中，具体操作步骤如下：

a、将原料加热至150～200℃保温处理2小时；

b、将经步骤a处理的原料粉碎至粒度＜1.5mm，混合均匀；

c、在混合好的原料上部装入点火装置，点火引燃反应；

原料在加热至150～200℃保温2小时的过程中，由于水、油的蒸发、挥发作用，就自然除去其含有的水和油，也就进行了脱水、脱油处理。

其中，上述以钛渣与钛精矿为钛原料生产高钛铁合金的方法中，步骤b所述的混合均匀是指混匀度≥98.5%。混匀度是通过电导率法测量的。取不同位置的混合料，将其配成浆料，用电导率仪测其电导率的大小，来判断混合料的混匀度。如果原料混合不均匀，就有部分（局部）地方的钛渣、钛精矿无法与还原剂铝接触，而无法还原，造成钛的回收率低。同时又存在在个别局部的地方还原剂过剩，造成最终产品高钛铁中残铝含量过高的现象，还会造成还原剂的用量上升，增加成本。

步骤c所述的反应时间在5min左右完成。反应的过程非常剧烈，会发出耀眼的光芒，同时伴随有喷溅的发生。可以根据不再有耀眼的光芒、没有继续喷溅，反应熔池液面变得相对平静来判断反应已经结束。

其中，上述以钛渣与钛精矿为钛原料生产高钛铁合金的方法中，步骤e所述的破碎分离包括：可直接人工使用铁锤、榔头等工具进行破碎分离；或在生产上先人工破碎到能加入到颚式破碎机中的程度，并去除其表面的渣子，然后加入到颚式破碎机中进行破碎，加工到客户要求的程度。

本方法所使用的主要原料钛渣、钛精矿、铝粉均为通常使用的工业原料；而石灰、萤石、氯酸钾则为分析纯。

本方法所采用的原料化学组成见表2所示。

表2原料化学成分wt%

原料	TiO₂	TFe	SiO₂	Al	CaO	CaF₂	KClO₃
								钛精矿	51.2	28.9	2.3
钛渣	86.5	6.1	5.6
								铝粉				99.5
石灰			1.5		92
								萤石					98
氯酸钾							99.5

实验例：

采用不同的原料配比对高钛铁合金质量的影响见表3所示：

表3不同原料配比及高钛铁合金检测结果

从表3可知：在4个实验方案中，方案3效果最好。当以钛精矿150g、钛渣350g为钛、铁原料，以290g铝粉为还原剂、125g氯酸钾为发热剂，此时原料的单位发热量为2950kJ/kg，以57g萤石、52g石灰为熔剂进行反应时，钛铁合金的产量最高，[Ti]为68.2%，[Al]为3.9%；达到了高钛铁合金中钛铝的成分要求。

炉料单位发热量过高，会造成喷溅损失过大，合金回收率下降。炉料单位发热量过低会造成反应不完全、不彻底，增加钛铁合金中氧含量（反应是一个逐级反应过程，部分反应会停留在从TiO到Ti的这一级上，增加钛铁合金中TiO的含量）。

实施例1～3

采用表4中的原料质量配比混合均匀后，操作如下：

a、将原料加热至150～200℃保温2小时，进行干燥、脱水、脱油处理；

b、将经步骤a处理的原料粉碎至粒度为1～1.5mm，混合均匀，混匀度>98.5%；

c、将混合好的原料装入反应器中，反应器上部未装料部分的空间高度应≥反应器容积高度的1/4。

d、将混合好的原料点火引燃反应，在3～5min内反应完毕；

e、反应完待冷却后，取出反应产物，将渣与合金破碎分离，获得高钛铁合金。

实施例实验结果见表4。

表4不同原料配比及合金检测结果

从表4可知：(1)实施例1～3，在钛渣为350g、铝粉290g、氯酸钾125g、萤石57g、石灰52g的前提下，钛精矿的适宜用量为125～175g。钛精矿用量越少，带入的铁量与杂质越少，高钛铁合金中钛的品位相应越高；钛精矿用量越多，带入的铁量与杂质也就越多，也就冲淡了钛铁合金中的钛的品位，使得高钛铁合金中钛的品位相应降低。(2)实施例2、4、5，在钛渣为350g、钛精矿150g、铝粉290g、氯酸钾125g、石灰52g的前提下，萤石的适宜用量为49～57g。萤石用量过少，会造成渣的粘度高、流动性差，渣与高钛铁合金的分离效果差，高钛铁合金的收率下降。当萤石用量超过57g后，高钛铁合金的产量与收率不再明显增加。（3）实施例2、6、7，在钛渣为350g、钛精矿150g、铝粉290g、氯酸钾125g、萤石57g的前提下，当石灰用量少于38g后，高钛铁合金的产量将少于200g。因为石灰过少，反应生成的Al₂O₃中有一部分不能与石灰生产低熔点共熔物，以致渣的熔点升高，流动性下降，渣与合金分离不畅，造成高钛铁合金收率不高。当石灰超过52g后，高钛铁合金的收率又会下降。

本发明提供的方法避免了资源的枯竭，降低了生产成本，增加了钛渣的深度利用途径与高附加值利用方式。

Claims

1.以钛渣与钛精矿为钛、铁原料生产高钛铁合金的方法，包括以下步骤：将原料按质量配比钛渣1份、钛精矿0.35～0.51份、铝粉0.83份、氯酸钾0.36份、萤石0.14～0.16份、石灰0.11～0.15份混匀后，采用上部点火法冶炼，获得高钛铁合金。

2.根据权利要求1所述的以钛渣与钛精矿为钛、铁原料生产高钛铁合金的方法，其特征在于：所述的原料按质量配比为：钛渣1份、钛精矿0.40～0.46份、铝粉0.83份、氯酸钾0.36份、萤石0.14～0.16份、石灰0.13～0.15份。

3.根据权利要求1或2所述的以钛渣与钛精矿为钛、铁原料生产高钛铁合金的方法，其特征在于：操作步骤如下：

a、将原料加热至150～200℃保温处理2小时；

b、将经步骤a处理的原料粉碎至粒度<1.5mm，混合均匀；

c、在混合好的原料上部装入点火装置，点火引燃反应；

4.根据权利要求3所述的以钛渣与钛精矿为钛原料生产高钛铁合金的方法，其特征在于：步骤b所述的混合均匀是指混匀度≥98.5%。

5.根据权利要求3所述的以钛渣与钛精矿为钛原料生产高钛铁合金的方法，其特征在于：步骤c中将混合好的原料装入开放的反应器中，反应器上部未装料部分的空间高度应≥反应器容积空间高度的1/4。