RU2734610C1 - Method of producing titanium-iron alloy and device for implementation thereof - Google Patents
Method of producing titanium-iron alloy and device for implementation thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2734610C1 RU2734610C1 RU2019125321A RU2019125321A RU2734610C1 RU 2734610 C1 RU2734610 C1 RU 2734610C1 RU 2019125321 A RU2019125321 A RU 2019125321A RU 2019125321 A RU2019125321 A RU 2019125321A RU 2734610 C1 RU2734610 C1 RU 2734610C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- temperature
- electrolyte
- anode
- iron alloy
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/36—Alloys obtained by cathodic reduction of all their ions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности к электролитическим способам получения неорганических соединений на основе редких и рассеянных металлов.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to electrolytic methods for producing inorganic compounds based on rare and trace metals.
Известен способ для производства ферротитана из оксидов титана и стального лома с одновременным восстановлением оксида титана избытком алюминия, который добавляют в расплавленную шихту (алюмотермия), и проводят восстановление в электродуговой печи [заявка UA, № а200509879 А, публ. 15.02.2006, бюл. 2]. Образовавшийся расплав ферротитанового сплава перемешивают при помощи индуктора печи для его гомогенизации. В дальнейшем проводят рафинирование в электроннолучевой установке с промежуточной емкостью. В результате получается высокочистый ферротитан.A known method for the production of ferrotitanium from titanium oxides and steel scrap with the simultaneous reduction of titanium oxide with excess aluminum, which is added to the molten charge (alumothermy), and carry out the reduction in an electric arc furnace [application UA, No. a200509879 A, publ. 02/15/2006, bul. 2]. The resulting melt of ferrotitanium alloy is stirred using a furnace inductor to homogenize it. Subsequently, refining is carried out in an electron beam installation with an intermediate container. The result is a high-purity ferrotitanium.
Недостатками данного способа для получения сплава титан-железо являются:The disadvantages of this method for producing titanium-iron alloy are:
- необходимость применения рафинирования полученного расплава ферротитана от избыточного алюминия, который принимает участие в восстановлении титана из его оксида в электродуговой печи;- the need to use the refining of the resulting melt of ferrotitanium from excess aluminum, which takes part in the reduction of titanium from its oxide in an electric arc furnace;
- использование дорогого, металлоемкого и сложного по обслуживанию оборудования - установки электронно-лучевой переплавки;- the use of expensive, metal-intensive and difficult to maintain equipment - an installation of electron beam remelting;
- обязательно предусмотренное использование устройства, которое должно обеспечить транспортирование полученного в электродуговой печи расплава ферротитана в вакуумную установку электронно-лучевого переплава. При этом требуется время (от 1,2 до 1,6 часа) на откачивание из указанной установки до глубокого (до 1-5⋅10-5 - 5⋅10-6 мм рт.ст.) вакуума, перед включением ее электронно-лучевых пушек для рафинирования. То есть только для переплава необходимы мощные вакуумные и диффузионные насосы и, соответственно, контролирующая аппаратура.- mandatory use of the device, which must ensure the transportation of the ferrotitanium melt obtained in the electric arc furnace to the vacuum installation of electron beam remelting. In this case, it takes time (from 1.2 to 1.6 hours) to pump out from the specified installation to a deep (up to 1-5⋅10 -5 - 5⋅10 -6 mm Hg) vacuum, before turning on its electronic ray cannons for refining. That is, only for remelting, powerful vacuum and diffusion pumps and, accordingly, control equipment are needed.
Известен способ алюминотермического получения ферротитана, включающий предварительную подачу в агрегат отходов металлического титана, загрузку и расплавление основных частей шихты, содержащей ильменитовый концентрат, железорудные окатыши, известь, алюминий в виде смеси порошка и гранул, или смесь алюминия и ферросилиция. После расплавления основной части шихты в печь вводят восстановительно-известковую смесь алюмокремниевого сплава и извести, затем загружают и проплавляют дополнительную восстановительную часть шихты, содержащей железорудные окатыши, известь, ферросилиций и алюминиевый порошок. Полученный ферротитан содержит до 6,2% кремнезема. Способ осуществляют в горне при температуре не менее 1700°С (условие поддержания образования металлического расплава из отходов титана) [См. описание к а.с. СССР №1786170, МПК С22С 33/04, опубл. 07.01.93 г.].There is a known method of aluminothermal production of ferrotitanium, including preliminary feeding into the aggregate of metal titanium waste, loading and melting the main parts of the charge containing ilmenite concentrate, iron ore pellets, lime, aluminum in the form of a mixture of powder and granules, or a mixture of aluminum and ferrosilicon. After melting the main part of the charge, a reducing-lime mixture of an aluminum-silicon alloy and lime is introduced into the furnace, then an additional reducing part of the charge containing iron ore pellets, lime, ferrosilicon and aluminum powder is loaded and melted. The resulting ferrotitanium contains up to 6.2% silica. The method is carried out in a furnace at a temperature of at least 1700 ° C (the condition for maintaining the formation of a metal melt from titanium waste) [See. description to A.S. USSR No. 1786170, IPC S22S 33/04, publ. 07.01.93].
Недостатками данного способа для получения сплава титан-железо являются:The disadvantages of this method for producing titanium-iron alloy are:
- данный способ является печным вариантом получения ферротитана и, следовательно, предполагает большой расход электроэнергии.- This method is a furnace option for producing ferrotitanium and, therefore, involves a large consumption of electricity.
- способ предусматривает утилизацию титановых отходов, так как количество металлических отходов титана составляет не менее 50% от общей загрузки.- the method provides for the disposal of titanium waste, since the amount of titanium metal waste is at least 50% of the total load.
Известен способ для получения высокотитанового ферросплава из ильменита (RU 2329322 С2), согласно которому на первой стадии получают титановый шлак с высоким содержанием оксида титана, которая включает введение в электродуговую печь стального или чугунного лома, расплавление его и удаление шлака, загрузку после слива на первой стадии шихты из ильменита, электродного боя, известняка, восстановление и плавление железа, слив содержащего оксид титана щлака. На второй стадии готовят шихту, состоящую из измельченного шлака (полученного на первой стадии) и алюминиевого порошка. Приготовленную смесь помещают в металлическую оболочку и используют в качестве расходуемого электрода на установке электрошлакового плавления, который плавят до образования ферротитана содержащего мас. %: 68,00-78,70 титана, 19,30-30,00 железа, до 1,98 примесей, содержащих алюминий, кремний, марганец, ванадий, серу.There is a known method for producing a high-titanium ferroalloy from ilmenite (RU 2329322 C2), according to which titanium slag with a high titanium oxide content is obtained at the first stage, which includes introducing steel or cast iron scrap into an electric arc furnace, melting it and removing slag, loading after draining at the first stages of a charge of ilmenite, electrode breakage, limestone, reduction and melting of iron, discharge of slag containing titanium oxide. In the second stage, a charge is prepared, consisting of crushed slag (obtained in the first stage) and aluminum powder. The prepared mixture is placed in a metal shell and used as a consumable electrode in an electroslag melting unit, which is melted to form ferrotitanium containing wt. %: 68.00-78.70 titanium, 19.30-30.00 iron, up to 1.98 impurities containing aluminum, silicon, manganese, vanadium, sulfur.
Недостатком данного способа для получения высокотитанового ферросплава является: в качестве восстановителя используется мелкоизмельченный электродный бой с содержанием углерода 86 мас. %, что приводит к повышенному содержанию углерода в промежуточном продукте и дальнейшему загрязнению конечного ферротитана с возможностью образования карбида титана.The disadvantage of this method for obtaining high-titanium ferroalloy is: as a reducing agent, finely ground electrode breakage with a carbon content of 86 wt. %, which leads to an increased carbon content in the intermediate product and further contamination of the final ferrotitanium with the possibility of titanium carbide formation.
Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению являются способ получения сплава титан-железо с титановой железной рудой [CN 101509139 A (NORTHWEST INST NON-FERROUS METALS), 19.08.2009]. Получают сплав титан-железо в три этапа, с содержанием 35-45 мас. % титана. Первоначальный этап: подготовка ильменитового электрода: ильменитовое сырье подвергают дроблению, равномерному перемешиванию и холодному изостатическому прессованию. И после спекания при высоких температурах получают ильменитовый электрод. На втором этапе: реакция электролиза расплавленной соли. Ильменитовый электрод, полученный на первом этапе, используют в качестве катода, в качестве анода используют графитовый стержень, реакцию электролиза расплавленной соли проводят под защитой аргона. В качестве электролита используют CaCl2. Температура процесса составляет 850-1200°С, а напряжение составляет 2,5÷3,5 В. На третьем этапе: Вакуумная плавка. Температура процесса составляет 1350-1370°С, вакуумная плотность плавления составляет 0,67-13,3 Па.The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed invention are a method for producing titanium-iron alloy with titanium iron ore [CN 101509139 A (NORTHWEST INST NON-FERROUS METALS), 19.08.2009]. Get titanium-iron alloy in three stages, with a content of 35-45 wt. % titanium. Initial stage: preparation of the ilmenite electrode: the ilmenite raw material is subjected to crushing, uniform mixing and cold isostatic pressing. And after sintering at high temperatures, an ilmenite electrode is obtained. In the second step: the molten salt electrolysis reaction. The ilmenite electrode obtained in the first stage is used as a cathode, a graphite rod is used as the anode, the molten salt electrolysis reaction is carried out under the protection of argon. CaCl 2 is used as the electrolyte. The process temperature is 850-1200 ° C, and the voltage is 2.5 ÷ 3.5 V. At the third stage: Vacuum melting. The process temperature is 1350-1370 ° C, the vacuum melting density is 0.67-13.3 Pa.
Недостатками данного способа для получения сплава титан - железо являются:The disadvantages of this method for producing titanium-iron alloy are:
- получение сплава титан-железо с низким содержанием титана;- obtaining a titanium-iron alloy with a low titanium content;
- многостадийность технологии, что усложняет процесс получения конечного продукта;- multistage technology, which complicates the process of obtaining the final product;
- в качестве электролита предложен CaCl2. При электролизе расплавленных смесей оксида титана с хлоридом кальция не получается хороших результатов: катодные осадки состоят главным образом из низших оксидов титана.- CaCl 2 is proposed as an electrolyte. When electrolysis of molten mixtures of titanium oxide with calcium chloride, good results are not obtained: cathode deposits consist mainly of lower titanium oxides.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение энергетических затрат и повышение стабильности процесса электролиза при получении сплава титан-железо.The technical result of the proposed invention is to reduce energy costs and increase the stability of the electrolysis process when producing titanium-iron alloy.
Достигается это тем, что в конструкцию электролизера вводится один торцевой карман для выгрузки готового продукта, в аноде имеется вертикальное отверстие для удаления анодных газов и паров фтористых солей, над анодом расположен колпак отсасывающей вентиляции, между анодом и боковой стенкой электролизера имеется зазор, через который вводятся добавки железа и рутила, а информация о тепловом состоянии ванны поступает к источнику питания тока через термодатчики и происходит автоматическое регулирование баланса электролизера.This is achieved by the fact that one end pocket for unloading the finished product is introduced into the design of the electrolyzer, there is a vertical hole in the anode for removing anode gases and vapors of fluoride salts, a hood for exhaust ventilation is located above the anode, there is a gap between the anode and the side wall of the electrolyzer through which iron and rutile additives, and information about the thermal state of the bath is fed to the current power source through temperature sensors and the electrolyzer balance is automatically regulated.
По периметру анода расположены вертикальные отверстия, форма которых имеют усеченного конуса. Отверстия должны быть размещены равномерно и минимально удаленно от боковой поверхности анода. Данная конструкция должна облегчить унос газов из-под анода.Along the perimeter of the anode there are vertical holes, the shape of which has a truncated cone. The holes should be spaced evenly and as far as possible from the side surface of the anode. This design should facilitate the removal of gases from under the anode.
Разгрузочный карман, предназначенный для удаления готового сплава, находится на одной из сторон ванны и соединен при помощи горизонтального канала с расплавленным металлом. Температура сплава в кармане не должна быть ниже, чем в электролизном отделении ванны на 15-50°С.An unloading pocket, designed to remove the finished alloy, is located on one side of the bath and is connected to the molten metal by means of a horizontal channel. The temperature of the alloy in the pocket should not be lower than in the electrolysis compartment of the bath by 15-50 ° C.
Для поддержания необходимой температуры электролита в зоне солевого расплава находятся два графитовых анода, которые питаются переменным током. Работающие и греющие электроды питаются раздельно.To maintain the required electrolyte temperature, there are two graphite anodes in the molten salt zone, which are supplied with alternating current. Working and heating electrodes are powered separately.
Сравнение заявляемого технического результата с прототипом и другими решениями в данной области техники выявило использование сходных признаков в процессе составления солевой смеси, сушки, разогрева до жидкого состояния и перелива полученного расплава из печи в электролизер, содержащий графитовый анод, катод из тугоплавкого металла и футеровку. Однако наличие в электролизере одного разгрузочного кармана, наличие вертикальных отверстий в аноде, а также наличие двух и более графитовых анодов обеспечивающих тепловой баланс электролизера, являются отличительными признаками настоящего изобретения.Comparison of the claimed technical result with the prototype and other solutions in this field of technology revealed the use of similar features in the process of drawing up a salt mixture, drying, heating to a liquid state and overflowing the resulting melt from the furnace into an electrolyzer containing a graphite anode, a refractory metal cathode and a lining. However, the presence in the electrolyzer of one unloading pocket, the presence of vertical holes in the anode, as well as the presence of two or more graphite anodes providing the heat balance of the electrolyzer are the hallmarks of the present invention.
Использование данных отличий позволяет значительно повысить снижение энергетически затрат и достичь повышения стабильности процесса электролиза.The use of these differences can significantly increase the reduction in energy costs and achieve an increase in the stability of the electrolysis process.
Для нормального ведения процесса электрохимического получения сплава, содержащего 63-78 мас. % титана, температура электролита в рабочем пространстве электролизера должна составлять 1185-1200°С. При более высоких температурах расплава шамотная футеровка начинает разрушаться, а более низких начинают выделяться кристаллы эвтектики TiFe+β-Ti и электролиз прекращается. При этом нарушается стабильность процесса электролиза и увеличится энергетические затраты.For the normal conduct of the process of electrochemical production of an alloy containing 63-78 wt. % titanium, the electrolyte temperature in the working space of the electrolyzer should be 1185-1200 ° C. At higher melt temperatures, the fireclay lining begins to collapse, while at lower temperatures, crystals of the TiFe + β-Ti eutectic begin to precipitate and electrolysis stops. In this case, the stability of the electrolysis process is disturbed and energy costs will increase.
Оксид титана должен попасть в рабочее отделение только в растворенном виде. В результате этого сопротивление электролита не увеличивается, а, наоборот, уменьшается. Для этого сырье загружают на корочку электролита. Оксид титана нагревается и растворяется в электролите. Разовая загрузка оксида титана определяется теоретически и проверяется опытным путем. Температура электролита в зазоре между анодом и боковой стенкой электролизера должна быть близка к температуре рабочего пространства электролизера, т.е. 1100-1150°С. Различие температур в рабочем электролите и в пространстве между анодом и боковой стенкой электролизера объясняется в основном потерей тепла через корочку электролита.Titanium oxide should enter the working compartment only in a dissolved form. As a result, the resistance of the electrolyte does not increase, but, on the contrary, decreases. For this, the raw material is loaded onto the electrolyte crust. Titanium oxide heats up and dissolves in the electrolyte. A single loading of titanium oxide is determined theoretically and verified empirically. The electrolyte temperature in the gap between the anode and the side wall of the cell should be close to the temperature of the working space of the cell, i.e. 1100-1150 ° C. The difference in temperatures in the working electrolyte and in the space between the anode and the side wall of the cell is mainly due to the loss of heat through the electrolyte crust.
Температура в разгрузочном кармане составляет 1135-1185°С, т.е. ниже, чем в электролизном отделении ванны. Снижение температуры ниже, чем в рабочем пространстве электролизера, приводит к выделению интерметаллических соединений на дне кармана. Периодически их удаляют при помощи специального устройства. Если состав металлического сплава не меняется, то и состав интерметаллических соединений остается постоянным. Интервал температуры разгрузочного кармана 1135-1185°С обусловлен тем, что при температуре ниже 1135°С будет происходить полное застывание сплава в разгрузочной зоне, а при температуре ниже 1185°С будет протекать выделение первых интерметаллических соединений. В обоих случаях выгрузка сплава железо-титан будет невозможна, что отрицательно влияет на стабильность процесса.The temperature in the unloading pocket is 1135-1185 ° C, i.e. lower than in the electrolysis bath. Lowering the temperature lower than in the working space of the electrolyzer leads to the release of intermetallic compounds at the bottom of the pocket. They are periodically removed using a special device. If the composition of the metal alloy does not change, then the composition of the intermetallic compounds remains constant. The temperature range of the unloading pocket 1135-1185 ° C is due to the fact that at a temperature below 1135 ° C, the alloy will completely solidify in the unloading zone, and at a temperature below 1185 ° C, the first intermetallic compounds will precipitate. In both cases, unloading of the iron-titanium alloy will be impossible, which negatively affects the stability of the process.
Для поддержания постоянства температуры или для вариативности теплового режима установка содержит комбинированный источник питания или два источника постоянного и переменного тока. При этом рабочая плотность постоянного тока на электродах составляет 0,3÷0,6 А/см2, а плотность переменного может быть не более 1,0 А/см2. Интервал плотности постоянного тока 0,3-0,6 А/см2 обусловлен тем, что при плотности постоянного тока ниже 0,3 А/см2 происходит перезарядка титана и процесс электролиза неэффективен, а при плотности постоянного тока выше 0,6 А/см2 на катоде начинает выделяться алюминий.To maintain a constant temperature or for variability of the thermal regime, the installation contains a combined power source or two sources of direct and alternating current. In this case, the working density of the direct current on the electrodes is 0.3 ÷ 0.6 A / cm 2 , and the density of the alternating current can be no more than 1.0 A / cm 2 . The range of DC density 0.3-0.6 A / cm 2 is due to the fact that at a DC density below 0.3 A / cm 2 titanium is recharged and the electrolysis process is ineffective, and at a DC density above 0.6 A / cm 2 , aluminum begins to precipitate at the cathode.
Тепловой режим электролизера поддерживается и регулируется при помощи источников переменного тока и термодатчиков. Обратная связь позволяет регулировать баланс ванны автоматически.The thermal regime of the electrolyzer is maintained and regulated by means of alternating current sources and temperature sensors. Feedback allows you to adjust the balance of the bath automatically.
На фиг. 1 представлен электролизер для получения сплава титан-железо, содержащего 63-78 мас. % титана. Электролизер состоит из графитового анода 1, бортовой огнеупорной неэлектропроводной футеровки 2, катодного металла 3, катода из тугоплавкого металла 4, корундовой футеровки 5, огнеупорной крышки для кармана для удаления сплава 6, графитовой подины 7, конусообразные отверстия для удаления газов 8, пройма для подачи оксида титана 9, колокольное устройство для газоулавливания 10, анодная рама 11, источники переменного и постоянного тока 12.FIG. 1 shows an electrolyzer for producing a titanium-iron alloy containing 63-78 wt. % titanium. The electrolyzer consists of a
На фиг. 2 представлена схема реализации получения сплава железо - титан. После сушки и расплавления криолита в камерной печи 13, расплавленный электролит переливают в ванну 14. Затем в электролизер опускают анод. Анод и катод при помощи токоподводов подключаются к совмещенному источнику питания 12 переменного и постоянного тока, и подается электрический ток. При этом межэлектродное расстояние и подаваемый ток должны быть максимальными. Расплавленный в камерной печи катодный сплав вводится через карман для удаления сплава 6. Термодатчик находится в электролите и осуществляет обратную связь с источником питания. Если температура электролита ниже заданной, то ток увеличивают и, наоборот, если температура выше, то подаваемый ток уменьшают. При достижении необходимой температуры расплава, через пройму 9 между анодом и боковой стенкой электролизера загружается рутил в необходимом количестве и с помощью источника питания задается номинальная сила тока. Добавка железа также осуществляется через пройму между анодом и боковой стенкой электролизера. При образовании нерастворимых осадков в катодном сплаве, они выгружаются через карман для удаления сплава 6.FIG. 2 shows a diagram of the implementation of obtaining an alloy iron - titanium. After drying and melting the cryolite in the chamber furnace 13, the molten electrolyte is poured into the bath 14. Then the anode is lowered into the electrolyzer. The anode and cathode are connected to a combined AC and
Для производства сплава титан-железо, с содержанием титана 63-78 масс. %, составляют солевую смесь, содержащую из криолита и фторида алюминия с к.о. равным 2,7- 3,0, сушат и разогревают до жидкого состояния. Полученный расплав переливают в электролизер, состоящий из стального футерованного кожуха с токопроводящей подиной, катода из тугоплавкого металла, размещенного на подине, графитового анода, подвешенного на стальной штанге и торцевого кармана для выгрузки готового продукта. Через пройму между анодом и боковой стенкой электролизера в электролит, имеющий температуру 1100-1150°С, производят подачу оксида титана в рабочее пространство ванны. При помощи комбинированного источника совмещенного питания или двух источников постоянного и переменного тока на электроды подают электрическую энергию. При введении процесса электролиза рабочая плотность постоянного тока находится в интервале 0,3÷0,6 А/см2, а плотность переменного не превышает 1,0 А/см2. Температура электролита находится в интервале 1185-1200°С. После появления первых кристаллов интерметаллидов системы титана-железа в разгрузочном кармане при температуре 1135-1185°С через пройму между анодом и боковой стенкой электролизера вводится железная стружка и производится выгрузка готового продукта.For the production of titanium-iron alloy, with a titanium content of 63-78 wt. %, make up a salt mixture containing cryolite and aluminum fluoride with c.o. equal to 2.7-3.0, dried and heated to a liquid state. The resulting melt is poured into an electrolyzer, consisting of a steel lined casing with a conductive hearth, a refractory metal cathode placed on the hearth, a graphite anode suspended on a steel rod and an end pocket for unloading the finished product. Through the armhole between the anode and the side wall of the electrolytic cell, titanium oxide is fed into the working space of the bath into the electrolyte having a temperature of 1100-1150 ° C. Using a combined source of combined power or two sources of direct and alternating current, electrical energy is supplied to the electrodes. With the introduction of the electrolysis process, the operating density of the direct current is in the range of 0.3 ÷ 0.6 A / cm 2 , and the density of the variable does not exceed 1.0 A / cm 2 . The electrolyte temperature is in the range 1185-1200 ° C. After the appearance of the first crystals of intermetallic compounds of the titanium-iron system in the discharge pocket at a temperature of 1135-1185 ° C, iron shavings are introduced through the armhole between the anode and the side wall of the electrolyzer and the finished product is unloaded.
Солевой расплав, состоящий из криолита и фторида алюминия с к о. равным 2,7-3,0. Уменьшение криолитового отношения меньше 2,7 приводит к снижению скорости растворения рутила в расплавленном расплаве. Увеличение криолитового отношения выше 3,0 снижает количество растворения оксида титана. Поэтому необходимые скорость и объем растворенного рутила будут находится в электролите в вышеуказанном интервале.Salt melt, consisting of cryolite and aluminum fluoride from to about. equal to 2.7-3.0. A decrease in the cryolite ratio less than 2.7 leads to a decrease in the rate of dissolution of rutile in the molten melt. Increasing the cryolite ratio above 3.0 decreases the amount of titanium oxide dissolution. Therefore, the required rate and volume of dissolved rutile will be in the electrolyte in the above range.
Интервал содержания титана 63-78 масс. % получаемом сплаве обусловлен тем, что при содержании титана в сплаве титан-железо менее 63 мас. % или более 78 мас. %, в пределах обозначенных температур, сплав титан-железо находится в твердом состоянии и не может быть эффективно откачан из разгрузочного кармана.The range of titanium content is 63-78 mass. % of the resulting alloy is due to the fact that when the titanium content in the titanium-iron alloy is less than 63 wt. % or more than 78 wt. %, within the indicated temperatures, the titanium-iron alloy is in a solid state and cannot be effectively pumped out of the unloading pocket.
Плотность катодного сплава составляет 4,4-4,6 г/см3, а электролита 2,1-2,5 г/см3. Разница плотностей приводит к образованию несмешивающейся двухслойной фазовой системы. Внизу образовывается и накапливается сплав титан-железо, а сверху оксидно-фторидный электролит. Интервал плотностей электролита объясняется содержанием рутила, который изменяется от 1 до 9 масс %, а электролит содержанием фтористого алюминия, т.е. криолитовым отношением 2,7-3,0.The density of the cathode alloy is 4.4-4.6 g / cm 3 , and the electrolyte is 2.1-2.5 g / cm 3 . The difference in density leads to the formation of an immiscible two-layer phase system. At the bottom, a titanium-iron alloy is formed and accumulates, and an oxide-fluoride electrolyte at the top. The range of electrolyte densities is explained by the content of rutile, which varies from 1 to 9 mass%, and the electrolyte by the content of aluminum fluoride, i.e. cryolite ratio 2.7-3.0.
Графитовый анод сгорает во время электролиза с образованием СО и СО2. Для сбора газов в аноде имеются вертикальные отверстия. Над анодом имеется стальной колпак для удаления анодных газов и паров фтористых солей.The graphite anode burns out during electrolysis to form CO and CO2 . The anode has vertical holes for collecting gases. Above the anode, there is a steel cap for the removal of anode gases and vapors of fluoride salts.
Пример осуществления изобретенияAn example of the invention
Исходные вещества (марка х.ч.) подвергаются сушке в сушильном шкафу при температуре 280-300°С в течение 3 часов для удаления влаги. После сушки солевую смесь плавят в камерной печи при температуре 980-1000°С, затем полученный электролит переливают в ванну. Температуру электролита измеряли при помощи платино-платинородиевой термопары с цифровым мультиметром Fluke 177. Исходный сплав титан - железо, содержащий 63-65 мас. % титана, также плавят в муфельной печи Nabertherm KC 2/15 при температуре 1185-1200°С и, через электролит, направляют в молибденовый приемник катода. После этого через зазор между анодом и боковой стенкой электролизера загружают порошкообразный оксид титана с избытком и включают два источника постоянного тока GW PSW7 30-72 и переменного АКИП-1134А-30-50. При этом рабочая плотность постоянного тока на электродах составляет 0,3÷0,6 А/см2, а сила переменного тока не ограничена и может достигать 50 А. В начале опыта сила переменного тока должна быть максимальной. Сила тока и напряжение контролируются при помощи амперметра (0-50 А) и вольтметра (0-30 В) марки ES9P. Затем, при достижении содержания титана 75-78 мас. %, добавляют в сплав железо в виде стружки размером 0,2-1,0 мм. Время каждого опыта - 8 часов. Содержание оксида титана колеблется и составляет от 1 до 9 масс. %. Во время электролиза выделение углеводородов и фторсодержащих газов не обнаружено.The starting materials (chemically pure grade) are dried in an oven at a temperature of 280-300 ° C for 3 hours to remove moisture. After drying, the salt mixture is melted in a chamber furnace at a temperature of 980-1000 ° C, then the resulting electrolyte is poured into a bath. The electrolyte temperature was measured using a platinum-platinum-rhodium thermocouple with a Fluke 177 digital multimeter. The starting titanium-iron alloy containing 63-65 wt. % titanium is also melted in a
Полученные результаты приведены в таблице 1.The results are shown in Table 1.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019125321A RU2734610C1 (en) | 2019-08-09 | 2019-08-09 | Method of producing titanium-iron alloy and device for implementation thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019125321A RU2734610C1 (en) | 2019-08-09 | 2019-08-09 | Method of producing titanium-iron alloy and device for implementation thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2734610C1 true RU2734610C1 (en) | 2020-10-21 |
Family
ID=72948940
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019125321A RU2734610C1 (en) | 2019-08-09 | 2019-08-09 | Method of producing titanium-iron alloy and device for implementation thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2734610C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2329322C2 (en) * | 2005-04-25 | 2008-07-20 | Сергей Николаевич Чепель | Method of producing high titanium ferroalloy out of ilmenite |
CN101509139A (en) * | 2009-04-03 | 2009-08-19 | 西北有色金属研究院 | Method for producing titanium iron alloy with titanic iron ore |
RU2398907C2 (en) * | 2008-07-03 | 2010-09-10 | Михаил Владимирович Галкин | Procedure for production of high grade ferrotitanium |
RU2398908C2 (en) * | 2007-10-11 | 2010-09-10 | Сергей Николаевич Чепель | Installation for production of ferrotitanium by electric-arc melt of titanium containing material under layer of protective flux |
CN104561550B (en) * | 2014-12-25 | 2017-03-29 | 东北大学 | A kind of method that aluminothermic reduction ilmenite prepares Al Ti Fe alloys in ice crystal ground mass fused salt |
-
2019
- 2019-08-09 RU RU2019125321A patent/RU2734610C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2329322C2 (en) * | 2005-04-25 | 2008-07-20 | Сергей Николаевич Чепель | Method of producing high titanium ferroalloy out of ilmenite |
RU2398908C2 (en) * | 2007-10-11 | 2010-09-10 | Сергей Николаевич Чепель | Installation for production of ferrotitanium by electric-arc melt of titanium containing material under layer of protective flux |
RU2398907C2 (en) * | 2008-07-03 | 2010-09-10 | Михаил Владимирович Галкин | Procedure for production of high grade ferrotitanium |
CN101509139A (en) * | 2009-04-03 | 2009-08-19 | 西北有色金属研究院 | Method for producing titanium iron alloy with titanic iron ore |
CN104561550B (en) * | 2014-12-25 | 2017-03-29 | 东北大学 | A kind of method that aluminothermic reduction ilmenite prepares Al Ti Fe alloys in ice crystal ground mass fused salt |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Tabereaux et al. | Aluminum production | |
JP6774474B2 (en) | Equipment and methods for the extraction and refining of titanium | |
Fray | Novel methods for the production of titanium | |
AU2002335251B2 (en) | Method and apparatus for smelting titanium metal | |
AU2017385010B2 (en) | A method for producing titanium-aluminum-vanadium alloy | |
CA2983108C (en) | Method for producing aluminium-scandium alloy and reactor for implementing the method | |
CN101616867B (en) | Carbothermic processes | |
Toba et al. | Electrolytic reduction of SiO2 granules in molten CaCl2 | |
RU2734610C1 (en) | Method of producing titanium-iron alloy and device for implementation thereof | |
Ono | Fundamental aspects of calciothermic process to produce titanium | |
RU2518805C2 (en) | Aluminium slag processing | |
JPH02259092A (en) | Production of calcium | |
Tiwari et al. | Electrolytic removal of magnesium from scrap aluminum | |
RU2339710C2 (en) | Method for metal or silicon receiving | |
RU2166554C1 (en) | Method of producing nickel anodes for electrolytic production of nickel | |
Tabereaux | Production of Primary Aluminum by Electrolysis | |
RU2224037C2 (en) | Electric arc method for producing of first-grade tin (alloy with composition approximating that of 04 grade) from cassiterite concentrate | |
JPH06346268A (en) | Electrolytic production of magnesium-potassium mother alloy | |
US3244508A (en) | Process and apparatus for the production of metallic products with very low carbon content | |
Martínez-Cázares et al. | Hall–Heroult Process | |
RU2529264C1 (en) | Aluminium production method | |
RU2163268C1 (en) | Method for producing aluminium from its oxide | |
CN113445080A (en) | Method for preparing titanium alloy based on direct electrolysis of liquid cathode-soluble titanium-containing anode |