[发明专利]基于铝热还原制备高品质高钛铁合金的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于合金制备技术领域，特别涉及一种基于铝热还原制备高品质高钛铁合金的方法及装置。

背景技术

钛的还原能力大大优于硅和镁，比铝和锆差，但钛具有相对于锆产品熔点低，对渣的还原性强等优点。钛与其它元素结合作为合金用于炼钢中，与不锈钢和耐热钢中的碳结合可以提高钢的焊接质量和耐腐蚀性，提高钢的机械强度，还可对钢进行除气，脱硫等。钛铁作为还原剂和合金元素主要用于炼钢中，钛铁是经过还原或重熔而得到的含钛在20％～75％的铁和钛中间合金。其中，含钛在60～75％的为高钛铁，由于其具有耐腐蚀、耐高温、耐磨、比重合适等优异的使用性能，而得到广泛的应用和关注。高钛铁是冶炼特种钢、结构钢合特种合金的重要原材料，是航空、航天、兵器工业中不可替代的重要原材料，而且广泛应用于石油、化工、机械、舰船、海洋、电力、医疗器件等军民用工业，在社会发展中具有越来越重要的地位。

传统钛铁合金制备方法是采用炉外铝热还原法生产，该工艺是将钛铁精矿粉和铝粉、硅铁粉按照一定比例混合，然后用镁粉引发反应并依靠自身反应热进行氧化还原而得到钛铁产品。该工艺对于生产含钛25～45％的低钛铁产品很成功。其制备高钛铁时以金红石为主要原料，金属铝为主要还原剂，配料中还添加CaO、CaF₂等为造渣剂，KClO₃为发热剂，混料，采用局部点火引发热还原反应，利用反应自身的热量自我维持进行，浇铸、除渣，得到高钛铁合金铸锭。该法对于制备优质的高钛铁存在着氧含量高，Al、Si等不易控制等问题，满足不了用户需求，使高钛铁的使用受到限制，其主要化学成分为(质量％)为Ti 65～75％、Al≤5.0％、Si≤4.0％、C≤0.3％、O 6～12％。而重熔法是以废钛料为主要原料，配料时加入铁，在中频电炉或中频感应炉中重熔，浇铸，除渣，制备出高钛铁合金铸锭。重熔法制备高钛铁可以有效地控制合金中氧含量，但是其原料来源有限，生产成本极高，难以满足市场需求。

近年来铝热还原法得到很大的发展。例如，采用炉外铝热还原法制得了质量较好的产品，除氧含量外，其余成分全部达到出口产品的要求。南非Mintek公司采用直流转移等离子加热的铝热还原法制造高钛铁试验，在隔热空气下进行反应，可降低产品的氮含量，但不能有效降低产品的氧含量。铝热法生产高钛铁在我国得到了极大的发展，辽宁、山东和广西等省都建立了铝热法生产线。但我国的优质高钛铁都是从国外进口，成本费用极高，严重制约了我国高新技术的发展。

发明内容

本发明提供一种基于液态铝热还原制备高品质高钛铁合金的方法及装置，其目的在于解决目前传统铝热还原法氧含量过高，使高钛铁的使用受到限制的问题，以及重熔法原料来源少、生产成本高等问题。

本发明的方法包括以下步骤：

1、还原冶炼：

将铝热还原剂预热到650～850℃熔化成液态，熔体表面覆盖保护渣以防止氧化；将含钛物质(金红石或高钛渣)、含铁物质(铁精矿或铁矿粉)和造渣剂混合后，球磨至粒度小于80目，然后焙烧预热至800～1400℃；将焙烧预热后的混合物料通过加料装置连续加入液态铝热还原剂形成的金属熔池中，冶炼10～30min，获得高温熔体。

其中含钛物质、含铁物质、造渣剂和铝热还原剂的配料比按重量比为含钛物质∶含铁物质∶造渣剂∶铝热还原剂＝1∶0.01～0.08∶0.15～0.25∶0.42～0.65。

含钛物质(金红石或高钛渣)的成分按重量百分比为含TiO₂＞88％，Si＜5％，Al＜5.5％；含钛物质原料的粒度小于40目。

含铁物质(铁精矿或铁矿粉)的成分按重量百分比为含∑Fe＞65％，FeO＜10.0％，SiO₂＜8.0％，含铁物质原料的粒度小于1mm。

造渣剂是以CaO为基体的，由CaO与CaF₂、Li₂O、Na₂O、B₂O₃、BaO组成的二元或多元复配渣，其中CaF₂重量百分比为10～30％；Li₂O、Na₂O、B₂O₃、BaO中的一种或多种的重量百分比为0～10％；造渣剂的粒度小于1mm。

铝热还原剂为Al基合金，Al基合金成分按重量百分比为含5～50％的Mg或Ca，含0～8％的Na或Li，余量为Al；铝热还原剂粒度小于4mm。

保护渣为连铸保护渣或者冰晶石。

2、喷吹精炼：