基於鋁熱還原製備高品質高鈦鐵合金的方法及裝置的製作方法

2023-05-12 12:52:51 1

專利名稱：基於鋁熱還原製備高品質高鈦鐵合金的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於合金製備技術領域，特別涉及一種基於鋁熱還原製備高品質高鈦鐵合金的方 法及裝置。
背景技術：
鈦的還原能力大大優於矽和鎂，比鋁和鋯差，但鈦具有相對於鋯產品熔點低，對渣的還 原性強等優點。鈦與其它元素結合作為合金用於煉鋼中，與不鏽鋼和耐熱鋼中的碳結合可以 提高鋼的焊接質量和耐腐蝕性，提高鋼的機械強度，還可對鋼進行除氣，脫硫等。鈦鐵作為 還原劑和合金元素主要用於煉鋼中，鈦鐵是經過還原或重熔而得到的含鈦在20%~75%的鐵和 鈦中間合金。其中，含釹在60~75%的為高鈦鐵，由於其具有耐腐蝕、耐高溫、耐磨、比重合 適等優異的使用性能，而得到廣泛的應用和關注。高鈦鐵是冶煉特種鋼、結構鋼合特種合金 的重要原材料，是航空、航天、兵器工業中不可替代的重要原材料，而且廣泛應用於石油、 化工、機械、艦船、海洋、電力、醫療器件等軍民用工業，在社會發展中具有越來越重要的 地位。
傳統鈦鐵合金製備方法是採用爐外鋁熱還原法生產，該工藝是將鈦鐵精礦粉和鋁粉、矽 鐵粉按照一定比例混合，然後用鎂粉引發反應並依靠自身反應熱進行氧化還原而得到鈦鐵產 品。該工藝對於生產含鈦25~45°/。的低鈦鐵產品很成功。其製備高鈦鐵時以金紅石為主要原料， 金屬鋁為主要還原劑，配料中還添加CaO、 CaF2等為造渣劑，KC103為發熱劑，混料，採用 局部點火引發熱還原反應，利用反應自身的熱量自我維持進行，澆鑄、除渣，得到高鈦鐵合 金鑄錠。該法對於製備優質的高鈦鐵存在著氧含量高，Al、 Si等不易控制等問題，滿足不了 用戶需求，便高鈦鐵的使用受到限制，其主要化學成分為(質量％)為Ti65 75"1/。、 AK5.0%、 Si￡4.0%、 C^).3%、 0 6~12%。而重熔法是以廢鈦料為主要原料，配料時加入鐵，在中頻電爐 或中頻感應爐中重熔，澆鑄，除渣，製備出高鈦鐵合金鑄錠。重熔法製備高鈦鐵可以有效地 控制合金中氧含量，但是其原料來源有限，生產成本極高，難以滿足市場需求。
近年來鋁熱還原法得到很大的發展。例如，採用爐外鋁熱還原法製得了質量較好的產品， 除氧含量外，其餘成分全部達到出口產品的要求。南非Mintek公司採用直流轉移等離子加熱 的鋁熱還原法製造高鈦鐵試驗，在隔熱空氣下進行反應，可降低產品的氮含量，但不能有效 降低產品的氧含量。鋁熱法生產高釹鐵在我國得到了極大的發展，遼寧、山東和廣西等省都 建立了鋁熱法生產線。但我國的優質高鈦鐵都是從國外進口，成本費用極高，嚴重製約了我 國高新技術的發展。

發明內容
本發明提供一種基於液態鋁熱還原製備高品質高鈦鐵合金的方法及裝置，其目的在於解 決目前傳統鋁熱還原法氧含量過高，使高鈦鐵的使用受到限制的問題，以及重熔法原料來源 少、生產成本高等問題。
本發明的方法包括以下步驟
1、 還原冶煉
將鋁熱還原劑預熱到650 85(TC熔化成液態，熔體表面覆蓋保護渣以防止氧化；將含鈦 物質(金紅石或高鈦渣)、含鐵物質(鐵精礦或鐵礦粉)和造渣劑混合後，球磨至粒度小於
80目，然後焙燒預熱至800 140(TC;將焙燒預熱後的混合物料通過加料裝置連續加入液態鋁 熱還原劑形成的金屬熔池中，冶煉10 30min，獲得高溫熔體。
其中含鈦物質、含鐵物質、造渣劑和鋁熱還原劑的配料比按重量比為含鈦物質含鐵物
質:造渣劑:鋁熱還原劑=1 : o.oi~o.os: o.i5~o.25: o.42~o.65。
含鈦物質(金紅石或高鈦渣)的成分按重量百分比為含Ti02>88%， Si<5%， Al<5.5%; 含鈦物質原料的粒度小於40目。
含鐵物質(鐵精礦或鐵礦粉)的成分按重量百分比為含S:Fe〉65。/。， FeCKlO.0%, SiO2<8.0%， 含鐵物質原料的粒度小於lmm。
造渣劑是以CaO為基體的，由CaO與CaF2、 Li20、 Na20、 B203、 BaO組成的二元或多 元復配渣，其中CaF2重量百分比為10~30%; Li20、 Na20、 B203、 BaO中的一種或多種的重 量百分比為0~10%;造渣劑的粒度小於lmm。
鋁熱還原劑為Al基合金，Al基合金成分按重量百分比為含5 50%的Mg或Ca，含0~8% 的Na或Li，餘量為Ah鋁熱還原劑粒度小於4mm。
保護渣為連鑄保護渣或者冰晶石。
2、 噴吹精煉
向鋁熱還原所得的高溫熔體內部噴吹顆粒還原劑進行強化還原，載氣為惰性氣體，噴吹 量按顆粒還原劑佔含鈦物質重量的0.005~0.015o/o，冶煉5~20min。
其中顆粒還原劑為鋁熱還原劑或金屬Mg、 CaB6、 SiCa合金(Ca含量為5~30wt%)或者 CaC2等還原劑；粒度小於4mm。
3、 除雜處理
噴吹精煉後的產物經過冷卻，起錠，去除雜質，獲得高品質高鈦鐵，其成分按重量百分 比為含Ti65%~75%， 0^2%, A1^4.0%、 Si￡2.0%、 C^0.3%、 P50.05%、 S<0.04%，餘量為Fe。本發明的裝置包括加料裝置和冶煉裝置，加料裝置包括加料漏鬥和加料管，冶煉裝置包 括電阻爐、鎂砂底窩、耐熱鋼管、耐火材料和鎂砂內襯；耐熱鋼管內壁噴塗鎂砂內襯，並固 定在電阻爐內，耐熱鋼管和電阻爐內壁之間設有耐火材料，電阻爐內底部設有鎂砂底窩，加 料漏鬥底部連接加料管，加料管的另一端插入耐熱鋼管內部。在鎂砂底窩處、耐熱鋼管側壁 或者加料管內設有噴吹管，噴吹管連接噴吹裝置。
其中耐熱鋼管能夠從電阻爐內取出，當噴吹冶煉結束並經過冷卻後，直接將耐熱鋼管取 出，同時取出噴吹精煉後的金屬鑄錠。
本發明的裝置使用方法為
在冶煉裝置中預熱鋁熱還原劑，通過加料裝置將焙燒預熱後的混合物料連續加入到液態 鋁熱還原劑形成的高溫金屬熔池中，進行還原冶煉；通過連接噴吹裝置的噴吹管向高溫熔體 中噴吹顆粒還原劑，噴吹冶煉結束並經過冷卻後，直接將耐熱鋼管取出，同時取出噴吹精煉 後的金屬鑄錠。
其中加入混合物料時，加料管插入金屬溶池內部；噴吹顆粒還原劑時，噴吹管的噴吹口 位於高溫熔體內部。
本發明方法和傳統的鋁熱還原、真空熔煉等製備高鈦鐵的工藝相比具有巨大的進步和優 點。首先，該發明方法是以金紅石(或高鈦渣)、鐵精礦(或鐵礦粉)、鋁粉為原料，具有原 料來源廣，生產成本低等優點，這一點與傳統的加鐵重熔或真空熔煉工藝相比具有本質的進 步，傳統的熔煉工藝都是以廢鈦材為原料，生產成本極高，本發明方法的生產成本不到傳統 重熔法的1/2;其次，該發明方法在鋁熱還原階段冶煉過程中，進行二次噴吹還原劑深度還原， 與傳統的鋁熱還原工藝相比也具有顯著的進步，獲得高鈦鐵合金氧含量在2.0%以下，而傳統 的鋁熱還原法製備的高鈦鐵合金含氧量都在10%~12%;第三、和真空熔煉工藝相比，該工藝 所需的能耗低，只需輔助加熱就可以了；第四、本發明方法鋁熱還原過程中所採用的還原劑 是複合還原劑，並在鋁熱還原過程中噴吹還原劑進行深度還原，因此氧含量得到有效控制， 所得的高鈦鐵合金氧含量低於2%。鋁熱還原過程中所採用的渣系都是復配渣，因此高鈦鐵合 金中氧化物等夾雜以及氣孔等缺陷都得到徹底消除，也保證了氧含量得到有效控制，Al含量 低於4.0%、 Si含量在2.0。/c以下；第五、由於採用了輔助加熱，將還原劑首先預熱到液態， 並把金紅石(或高鈦渣)、鐵精礦(或鐵礦粉)、造渣劑等也進行了預熱處理，可以有效控制 反應體系高溫狀態，保證金屬和渣的有效分離；第六、噴吹精煉採用惰性載氣，噴吹載氣以 及高溫蒸汽的攪動作用，強化金屬和渣的分離過程，達到了充分去除合金熔體的夾雜，有效 控制O、 Si、 Al等的含量等目的；第七、與傳統的鋁熱還原法相比，該發明方法不需要點火劑進行點燃，避免了點火劑所造成的汙染；最後，本發明方法將以金紅石(或高鈦渣)、鐵精 礦(或鐵礦粉)、鋁合金粉為原料，並在鋁熱還原過程進行噴吹深度還原處理，形成基於鋁熱 還原一步法製備高鈦鐵的短流程新方法，該方法具有流程短、生產成本低、能耗低，產品質 量高等優點，所製備的高鈦鐵合金，氧含量低於2%， Al含量低於4.0n/0、 Si含量低於2.0。/。， 而且產品微觀結構均勻、緻密。
本發明的基於液態鋁熱還原製備高品質高鈦鐵合金的方法，所製備的高鈦鐵中鈦含量為 65%~75%，氧含量穩定控制在2.0%以下，含Al54.0%、 S^2.0%、 C50.3%、 P^0.05%、 S^0.04%， 餘量為Fe,可以很好地滿足用戶需求。本發明的裝置結構簡單，操作方便，具有良好的應用 前景。


圖1為本發明實施例中的基於鋁熱還原製備高品質高鈦鐵合金裝置示意圖，圖中I、加 料管，2、耐熱鋼管，3、鎂砂內襯，4、電阻爐，5、鎂砂底窩，6、套管升降固定裝置，7、 加料漏鬥。
具體實施例方式
本發明實施例中採用的造渣劑為由CaO與CaF2、 Li20、 Na20、 B203、 BaO組成的二元 或多元復配渣，其中CaF2重量百分比為10~30%; Li20、 Na20、 B203、 BaO中的一種或多種 的重量百分比為0~10%;粒度小於lmm;以上物料均為工業品，純度大於90.0%。
本發明實施例中採用的顆粒還原劑為鋁熱還原劑(Al基合金)或金屬Mg、 CaB6、 SiCa 合金(Ca含量為5 30wt。/。)或者CaC2等還原劑，粒度小於4mm;以上物料純度大於98%。
本發明實施例中採用的含鈦物質為金紅石或高鈦渣，成分按重量百分比為含Ti02>88%， Si<5%， Al<5.5%;粒度小於40目。
本發明實施例中採用的含鐵物質為鐵精礦或鐵礦粉，成分按重量百分比為含2^￡>65%， FeO<10.0%， SiO2<8.0%，粒度小於lmm。
本發明實施例中噴吹顆粒還原劑時採用的惰性氣體為氬氣。
本發明實施例中採用的耐火材料為鎂質耐火材料，耐火度大於1800°C。
本發明實施例中採用的保護渣為工業用連鑄保護渣或者冰晶石。
以下為本發明優選實施例。
實施例1
基於鋁熱還原製備高品質高鈦鐵合金裝置如圖1所示，該裝置包括加料裝置和冶煉裝置， 加料裝置包括加料漏鬥7和加料管1，冶煉裝置包括電阻爐4、鎂砂底窩5、耐熱鋼管2、和鎂砂內襯3;加料裝置連接套管升降固定裝置6，加料裝置的高度能夠通過套管升降固定裝置 6調節。
耐熱鋼管2內壁噴塗有鎂砂內襯3，並固定在電阻爐4內，耐熱鋼管2和電阻爐4內壁 之間設有耐火材料，電阻爐4內的底部設有鎂砂底窩5，加料漏鬥7底部連接加料管1，加料 管1的另一端插入耐熱鋼管2內部；加料管內設有噴吹管，噴吹管連接噴吹裝置。使用時加 料管底端和噴吹管上的噴吹口位於電阻爐內金屬熔池的內部。
加料前通過套管升降裝置6將加料裝置升起，需要加料時通過套管升降裝置6將加料裝 置下降，使加料管l插入到金屬溶池內部。
採用上述裝置，將鋁熱還原劑預熱到650'C熔化成液態，形成金屬熔池，鋁熱還原劑為 Al基合金，含MglOwt%;在鋁熱還原劑表面覆蓋一層保護渣；將金紅石、鐵精礦和造渣劑 混合球磨至粒度小於80目，然後預熱到800'C,通過加料裝置加入到液態鋁熱還原劑形成的 金屬熔池內部，其中造渣劑成分按重量百分比為含Li20 8%，含CaF230。/。，餘量為CaO;投
料量按重量比為金紅石鐵精礦造渣劑鋁熱還原劑=1.0 : 0.03: 0.15: 0.42;加料完成後
冶煉10min。
通過加料管中的噴吹管向電阻爐內金屬熔池中噴吹金屬鎂粉，載氣為氬氣，噴吹量按金 屬鎂粉佔金紅石總量的0.005wt。/。，繼續冶煉20min，冷卻15h後將耐熱鋼管取出，同時取出 噴吹精煉後的金屬鑄錠，去除金屬鑄錠上的雜質，冷卻至室溫獲得高鈦鐵合金，其成分按重 量百分比為含Ti73.50/o， A13.1%, Si2.0o/o， C0.3%， P0.05%， S0.04%， O2.0%， Mnl.0%，餘 量為Fe。 實施例2
採用的裝置同實施例l。
將鋁熱還原劑預熱到700'C熔化成液態，形成金屬熔池，鋁熱還原劑為Al基合金，含 Mg5wt%;在鋁熱還原劑表面覆蓋一層保護渣；將金紅石、鐵精礦和造渣劑混合球磨至粒度 小於80目，然後預熱到900'C，通過加料裝置加入到液態鋁熱還原劑形成的金屬熔池內部， 其中造渣劑成分按重量百分比為含Na20 10%，含CaF2208/。，餘量為CaO;投料量按重量比
為金紅石鐵精礦造渣劑鋁熱還原劑=1.0 : 0.05 : 0.18 : 0.48;加料完成後冶煉30min。
通過加料管中的噴吹管向電阻爐內金屬熔池中噴吹CaB6，載氣為氬氣，噴吹量按CaB6 佔金紅石總量的0.006wt%,繼續冶煉10min，冷卻15h後將耐熱鋼管取出，同時取出噴吹精 煉後的金屬鑄錠，去除金屬鑄錠上的雜質，冷卻至室溫獲得高鈦鐵合金，其成分按重量百分 比為含Ti71.50/。， A11.8%， Sil.8%， C0.3%， PO.04%, S0.04%， 01.2%, Mn0.8o/0，餘量為Fe。實施例3
採用的裝置同實施例l。
將鋁熱還原劑預熱到80(TC熔化成液態，形成金屬熔池，鋁熱還原劑為Al基合金，含 Mg20wt°/。， Li5wt%;在鋁熱還原劑表面覆蓋一層保護渣將金紅石、鐵精礦和造渣劑混合球 磨至粒度小於80目，然後預熱到1200'C，通過加料裝置加入到液態鋁熱還原劑形成的金屬 熔池內部，其中造渣劑成分按重量百分比為含Na20 10%，含CaF220。/。，餘量為CaO;投料
量按重量比為金紅石鐵精礦造渣劑鋁熱還原劑=1.0 : 0.06 : 0.20 : 0.50;加料完成後冶
煉20min。
通過加料管中的噴吹管向電阻爐內金屬熔池中噴吹CaB6，載氣為氬氣，噴吹量按CaB6 佔金紅石總量的0.008wt%,繼續冶煉10min，冷卻15h後將耐熱鋼管取出，同時取出噴吹精 煉後的金屬鑄錠，去除金屬鑄錠上的雜質，冷卻至室溫獲得高鈦鐵合金，其成分按重量百分 比為含Ti70.30/0， All.7%， Sil.9%， C0.3%， P0.04%， S0.04%， O1.0%， Mn0.5%，餘量為Fe。 實施例4
採用的裝置同實施例l。
將鋁熱還原劑預熱到85(TC熔化成液態，形成金屬熔池，鋁熱還原劑為Al基合金，含 Mg50wt%;在鋁熱還原劑表面覆蓋一層保護渣；將金紅石、鐵精礦和造渣劑混合球磨至粒度 小於80目，然後預熱到1400'C，通過加料裝置加入到液態鋁熱還原劑形成的金屬熔池內部， 其中造渣劑成分按重量百分比為含1^20 5%，含CaF230e/。，餘量為CaO;投料量按重量比為
金紅石:鐵精礦:造渣劑:鋁熱還原劑-i.o : 0.08 : 0.25 : 0.62;加料完成後冶煉20min。
通過加料管中的噴吹管向電阻爐內金屬熔池中噴吹SiCa (含Ca30wt。/。)合金，載氣為氬 氣，噴吹量按SiCa合金佔金紅石總量的0.013wtQ/。，繼續冶煉10min，冷卻15h後將耐熱鋼管 取出，同時取出噴吹精煉後的金屬鑄錠，去除金屬鑄錠上的雜質，冷卻至室溫獲得高鈦鐵合 金，其成分按重量百分比為含Ti70.7。/。， A11.5%， Sil.5%， C0.3%， P0.05°/。， SO.03%, 01.2%， Mn0.7.%，餘量為Fe。 實施例5
採用的裝置同實施例l。
將鋁熱還原劑預熱到650'C熔化成液態，形成金屬熔池，鋁熱還原劑為A1基合金，含Ca 5wt%;在鋁熱還原劑表面覆蓋一層保護渣；將金紅石、鐵精礦和造渣劑混合球磨至粒度小於 80目，然後預熱到80(TC，通過加料裝置加入到液態鋁熱還原劑形成的金屬熔池內部，其中 造渣劑成分按重量百分比為含Li20 8%，含CaF230。/。，餘量為CaO;投料量按重量比為金紅石:鐵精礦:造渣劑:鋁熱還原劑=1.0 : 0.03 : 0.15 : 0.45;加料完成後冶煉iOmin。
通過加料管中的噴吹管向電阻爐內金屬熔池中噴吹金屬鎂粉，載氣為氬氣，噴吹量按金
屬鎂粉佔金紅石總量的0.005wto/。，繼續冶煉20min，冷卻15h後將耐熱鋼管取出，同時取出 噴吹精煉後的金屬鑄錠，去除金屬鑄錠上的雜質，冷卻至室溫獲得高鈦鐵合金，其成分按重 量百分比為含Ti73.5%， A13.0%, Sil.3%， C0.4%， P0.05%， S0.04%， 01.9%， Mn0.9%，餘 量為Fe。 實施例6
採用的裝置同實施例l。
將鋁熱還原劑預熱到70(TC熔化成液態，形成金屬熔池，鋁熱還原劑為A1基合金，含Ca 10wt%;在鋁熱還原劑表面覆蓋一層保護渣；將金紅石、鐵精礦和造渣劑混合球磨至粒度小 於80目，然後預熱到90(TC，通過加料裝置加入到液態鋁熱還原劑形成的金屬熔池內部，其 中造渣劑成分按重量百分比為含Na20 10%,含CaF220n/。，餘量為CaO;投料量按重量比為
金紅石:鐵精礦:造渣劑:鋁熱還原劑-i.o : 0.05 : 0.18 : 0.50;加料完成後冶煉30min。
通過加料管中的噴吹管向電阻爐內金屬熔池中噴吹CaB6，載氣為氬氣，噴吹量按CaB6 佔金紅石總量的0.007wt%，繼續冶煉10min，冷卻15h後將耐熱鋼管取出，同時取出噴吹精 煉後的金屬鑄錠，去除金屬鑄錠上的雜質，冷卻至室溫獲得高鈦鐵合金，其成分按重量百分 比為含Ti72.20/。， A12.5%， Sil.80/0， C0.3o/o， P0.04%， SO.04%, O0.9%， Mn0.9%，餘量為Fe。 實施例7
採用的裝置同實施例l。
將鋁熱還原劑預熱到800'C熔化成液態，形成金屬熔池，鋁熱還原劑為A1基合金，含Ca 20wt%， Li5wt%;在鋁熱還原劑表面覆蓋一層保護渣；將金紅石、鐵精礦和造渣劑混合球磨 至粒度小於80目，然後預熱到800'C，通過加料裝置加入到液態鋁熱還原劑形成的金屬熔池 內部，其中造渣劑成分按重量百分比為含Na20 10%，含CaF220。/。，餘量為CaO;投料量按
重量比為金紅石鐵精礦造渣劑鋁熱還原劑=1.0 : 0.06 : 0.20 : 0.55;加料完成後冶煉
20min。
通過加料管中的噴吹管向電阻爐內金屬熔池中噴吹SiCa (含Ca30wt。/。)合金，載氣為氬 氣，噴吹量按SiCa合金佔金紅石總量的0.010wt。/。，繼續冶煉10min，冷卻15h後將耐熱鋼管 取出，同時取出噴吹精煉後的金屬鑄錠，去除金屬鑄錠上的雜質，冷卻至室溫獲得高鈦鐵合 金，其成分按重量百分比為含Ti71.50/0， A11.8%， Sil.6%， C0.3%， P0.04%， S0.04%， 00.9%, Mn0.5%，餘量為Fe。實施例8
採用的裝置同實施例l。
將鋁熱還原劑預熱到85(TC熔化成液態，形成金屬熔池，鋁熱還原劑為A1基合金，含Ca 50wt%;在鋁熱還原劑表面覆蓋一層保護渣；將金紅石、鐵精礦和造渣劑混合球磨至粒度小 於80目，然後預熱到1400'C，通過加料裝置加入到液態鋁熱還原劑形成的金屬熔池內部， 其中造渣劑成分按重量百分比為含Na20 5。/。，含CaF230W，餘量為CaO;投料量按重量比為
金紅石:鐵精礦:造渣劑:鋁熱還原劑=1.0 : 0.08 : 0.25 : 0.65;加料完成後冶煉20min。
通過加料管中的噴吹管向電阻爐內金屬熔池中噴吹CaB6，載氣為氬氣，噴吹量按CaB6 佔金紅石總量的0.015wt。/。，繼續冶煉10min，冷卻15h後將耐熱鋼管取出，同時取出噴吹精 煉後的金屬鑄錠，去除金屬鑄錠上的雜質，冷卻至室溫獲得高鈦鐵合金，其成分按重量百分 比為含Ti70.20/。， All.4%, Sil.5%, C0.3o/o， P0.05%， S0.03%， 00.6%, Mn0.7%，餘量為Fe。 實施例9
採用的裝置同實施例1。
將鋁熱還原劑預熱到650'C熔化成液態，形成金屬熔池，鋁熱還原劑為A1基合金，含Ca 40wt%， Na5wt%;在鋁熱還原劑表面覆蓋一層保護渣；將高鈦渣、鐵礦粉和造渣劑混合球磨 至粒度小於80目，然後預熱到900'C，通過加料裝置加入到液態鋁熱還原劑形成的金屬熔池 內部，其中造渣劑成分按重量百分比為含B203 5%，含CaF225y。，餘量為CaO;投料量按重
量比為高鈦渣鐵礦粉造渣劑鋁熱還原劑=1.0 : 0.02 : 0.18 : 0.65;加料完成後冶煉
10min。
通過加料管中的噴吹管向電阻爐內金屬熔池中噴吹CaC2，載氣為氬氣，噴吹量按CaC2 佔高鈦渣總量的0.015wt%，繼續冶煉15min,冷卻15h後將耐熱鋼管取出，同時取出噴吹精 煉後的金屬鑄錠，去除金屬鑄錠上的雜質，冷卻至室溫獲得高鈦鐵合金，其成分按重量百分 比為含Ti69.50/。， All.9%, Sil.3%, C0.2%， P0.04%， S0.02%， 01.1%， Mn0.8%，餘量為Fe。 實施例10
採用的裝置同實施例l。
將鋁熱還原劑預熱到700'C熔化成液態，形成金屬熔池，鋁熱還原劑為A1基合金，含Ca 30wt%， Na5wt%;在鋁熱還原劑表面覆蓋一層保護渣；將高鈦渣、鐵礦粉和造渣劑混合球磨 至粒度小於80目，然後預熱到IOO(TC，通過加料裝置加入到液態鋁熱還原劑形成的金屬瑢 池內部，其中造渣劑成分按重量百分比為含Ba05。/。，含CaF220W，餘量為CaO;投料量按重
量比為高鈦渣鐵礦粉造渣劑鋁熱還原劑=1.0 : o.oi : 0.15 : 0.50;加料完成後冶煉20miri-。
通過加料管中的噴吹管向電阻爐內金屬熔池中噴吹CaC2，載氣為氬氣，噴吹量按CaC2 佔高鈦渣總量的0.012wt%,繼續冶煉20min，冷卻15h後將耐熱鋼管取出，同時取出噴吹精 煉後的金屬鑄錠，去除金屬鑄錠上的雜質，冷卻至室溫獲得高鈦鐵合金，其成分按重量百分 比為含Ti67.60/。， A11.7%， SU.8%， C0.3%， P0.03%, S0.04%， O0.9%， Mnl,0%，餘量為Fe。 實施例ll
採用的裝置同實施例l。
將鋁熱還原劑預熱到85(TC熔化成液態，形成金屬熔池，鋁熱還原劑為A1基合金，含Ca 25wt%， Nal0wt%;在鋁熱還原劑表面覆蓋一層保護渣；將高鈦渣、鐵礦粉和造渣劑混合球 磨至粒度小於80目，然後預熱到1400'C，通過加料裝置加入到液態鋁熱還原劑形成的金屬 熔池內部，其中造渣劑成分按重量百分比為含CaF215。/。，餘量為CaO;投料量按重量比為高
鈦渣鐵礦粉造渣劑鋁熱還原劑=1.0 : o.oi: 0.25 : 0.60;加料完成後冶煉30min。
通過加料管中的噴吹管向電阻爐內金屬熔池中噴吹SiCa (含Ca5wt%)合金，載氣為氬 氣，噴吹量按SiCa合金佔高鈦渣總量的0.009wte/。，繼續冶煉10min，冷卻15h後將耐熱鋼管 取出，同時取出噴吹精煉後的金屬鑄錠，去除金屬鑄錠上的雜質，冷卻至室溫獲得高鈦鐵合 金，其成分按重量百分比為含Ti68.3。/。， A11.7°/。， Sil.7%， C0.2%， P0.04%， S0.02%， 01.1%， Mn0.7%，餘量為Fe。
權利要求
1、一種基於鋁熱還原製備高品質高鈦鐵合金的方法，其特徵在於按以下步驟進行(1)將鋁熱還原劑預熱到650～850℃熔化成液態，表面覆蓋保護渣以防止氧化；將含鈦物質、含鐵物質和造渣劑球磨至粒度小於80目，然後焙燒預熱至800～1400℃；將焙燒預熱後的物料連續加入到液態鋁熱還原劑中，加入量的配料比按重量比為含鈦物質∶含鐵物質∶造渣劑∶鋁熱還原劑＝1∶0.01～0.08∶0.15～0.25∶0.42～0.65，冶煉10～30min，獲得高溫熔體；其中含鈦物質為金紅石或高鈦渣，含鐵物質為鐵精礦或鐵礦粉；(2)向高溫熔體內部噴吹顆粒還原劑進行強化還原，載氣為惰性氣體，噴吹量按顆粒還原劑佔含鈦物質的重量的0.005～0.015％，冶煉5～20min；(3)噴吹精煉後的產物經過冷卻，起錠，去除雜質，獲得高品質高鈦鐵產品。
2、 根據權利要求1所述的一種基於鋁熱還原製備高品質高鈦鐵合金的方法，其特徵在 於所述的鋁熱還原劑為Al基合金，該合金成分按重量百分比為含Mg或Ca5 50%，含Na或 LiO~8%，餘量為A1。
3、 根據權利要求1所述的一種基於鋁熱還原製備高品質高鈦鐵合金的方法，其特徵在 於所述的造渣劑是以CaO為基體，與CaF2、 Li20、 Na20、 B203、 BaO組成的二元或多元復 配渣，按重量百分比為含CaF210 30。/。， Li20、 Na20、 B203、 BaO中的一種或多種為0~10%; 餘量為CaO。
4、 根據權利要求1所述的一種基於鋁熱還原製備高品質高鈦鐵合金的方法，其特徵在 於所述的顆粒還原劑為金屬Mg、 CaB6、 SiCa合金、CaC2或鋁熱還原劑，其中SiCa合金中 Ca含量按重量百分比為5 30%。
5、 根據權利要求1所述的一種基於鋁熱還原製備高品質高鈦鐵合金的方法，其特徵在 於所述的高品質高鈦鐵的成分按重量百分比為Ti65~75%， (K2%， Al￡4.0%、Si52.0%、C50.3%、 P^0.05。/o、 S50.04%，餘量為Fe。
6、 根據權利要求1所述的一種基於鋁熱還原製備高品質高鈦鐵合金的方法，其特徵在 於所述的金紅石或高鈦渣的成分按重量百分比為含Ti02>88%， Si<5%， Al65%， FeO<10.0%， SiO2<8.0%。
7、 一種基於液態鋁熱還原製備高品質高鈦鐵合金的裝置，其特徵在於該裝置包括加 料裝置和冶煉裝置，加料裝置包括加料漏鬥和加料管；冶煉裝置包括電阻爐、鎂砂底窩、耐 熱鋼管、耐火材料和鎂砂內襯；其中耐熱鋼管內壁噴塗鎂砂內襯，並固定在電阻爐內，耐熱 鋼管和電阻爐內壁之間設有耐火材料，電阻爐內底部設有鎂砂底窩，加料漏鬥底部連接加料 管，加料管的另一端插入耐熱鋼管內部；在鎂砂底窩處、耐熱鋼管側壁或者加料管內設有噴吹管。
8、根據權利要求7所述的一種基於液態鋁熱還原製備高品質高鈦鐵合金的裝置，其特 徵在於所述的耐熱鋼管能夠從電阻爐內取出。
全文摘要
基於鋁熱還原製備高品質高鈦鐵合金的方法及裝置，屬於冶金技術領域，方法包括以下步驟(1)將鋁熱還原劑預熱到液態；將含鈦物質、含鐵物質和造渣劑經過球磨、焙燒後連續加入金屬熔池中進行高溫熔煉；(2)噴吹顆粒還原劑進行冶煉；(3)經過冷卻，起錠，去除雜質，獲得高品質高鈦鐵。裝置包括加料裝置和冶煉裝置，加料裝置包括加料漏鬥和加料管；冶煉裝置包括電阻爐、鎂砂底窩、耐熱鋼管、耐火材料和鎂砂內襯。本發明的方法具有流程短、生產成本低、能耗低，產品質量高等優點，裝置結構簡單，操作方便，具有良好的應用前景。
文檔編號C21B15/00GK101457270SQ20081023020
公開日2009年6月17日 申請日期2008年12月26日 優先權日2008年12月26日
發明者燕 劉, 張廷安, 牛麗萍, 豆志河, 赫冀成 申請人:東北大學