[发明专利]一种用熔分钛渣制备含钛合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及钛合金冶炼技术领域，更具体地讲，涉及一种用熔分钛渣制备含钛合金的方法。

背景技术

钛是50年代发展起来的一种重要的结构金属。钛合金因具有强度高、密度小、耐蚀性好、耐热性高等特点，是很好的结构和功能材料，被广泛应用于航空航天、医疗器械、化工设备、军工及运动器材等领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。然而，由于目前的钛金属或钛合金基本均来自于海绵钛，并且海绵钛成本高昂，所以导致钛合金不能够得到大规模的应用。因此，在现有技术中，亟需能够替代或部分替代海绵钛工艺来生产钛金属或钛合金的工艺。

钛合金的生产来源于海绵钛等金属熔化冶炼而成，然而，目前工业生产中普遍采用镁热还原法(Kroll法)来生产海绵钛。在现有技术中，首先处理钛铁矿得到TiO₂含量高的高钛渣，然后将富钛物料(高钛渣、金红石)和石油焦送入流态化沸腾炉，氯化后得到粗TiCl₄，后采用化学法和精馏法净化去除杂质得精制TiCl₄，再用镁热还原法(Kroll法)得到海绵钛，然后采用合金化技术配成钛合金。Kroll法流程为：在氩气保护下，精TiCl₄和Mg在温度800～900℃的钢容器内反应3～5天，大部分副产物MgCl₂以及过量的Mg从反应器分离，但还原产物仍含有少量Mg和MgCl₂，需用真空蒸馏法或酸浸法去除，回收的MgCl₂电解再生Mg和Cl₂，循环利用。尽管国内外对Kroll法进行了完善，但是，没有根本改变1948年开发的Kroll法工艺，仍然存在流程长、工序多、成本高、生产率低，从而限制了钛合金的使用范围。为寻求新的低成本钛的生产工艺，国内外均做了大量的研究工作，有TiCl₄熔盐电解法、TiO₂直接电解法、流动式气相连续法、液态高温高压法、氢碳和其它还原法等方法，其中TiCl₄熔盐电解法曾接近工业化生产，但仍无法取代现有的镁还原法，其他方法都处于实验室规模，要走向工业化还面临许多的技术难题。

中国具有非常丰富的钛资源储量，这些钛资源主要以钒钛磁铁矿的形式蕴藏在攀西地区。在现有技术中，钒钛磁铁矿的冶炼工艺通常采用“高炉一转炉”流程。然而，这样的工艺仅能够回收钒钛磁铁矿中的铁和钒元素，而钛元素由于进入高炉渣相且含量低而难以被回收利用。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的之一在于解决上述问题中的一个或多个。本发明提供了一种工艺简单又经济的用熔分钛渣来制备含钛合金的方法。

本发明提供了一种用熔分钛渣制备含钛合金的方法。所述方法包括以下步骤：将熔分钛渣直接热装入炉；升温至熔池澄清(或称为溶解至澄清，简称溶清)后，加还原剂进行冶炼，控制反应温度；反应完毕后，镇静沉降；出渣、出合金，冷却制得含钛合金。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)以钒钛磁铁矿经选择性直接还原铁和钒后的熔分钛渣为原料，充分利用了钛渣中的TiO₂、SiO₂、FeO等资源，有效避免资源浪费问题；

(2)本发明工艺流程短，采用含铝还原剂，钛回收率高，资源综合利用率高；

(3)本发明采用热渣直接入炉的方式，降低了生产成本和能源消耗，对提高钒钛磁铁矿资源的综合利用率具有重要意义。

此外，本发明突破了传统的“先提炼纯金属、再熔化进行合金化”的思路，提出一种不经过纯钛(海绵钛)提炼工序而直接冶炼含钛合金的工艺。而且本发明由于不使用氯气和四氯化钛，所以与传统方法相比，具有大幅度缩短生产工艺、降低生产成本、减少环境污染和扩大应用范围等优点。

具体实施方式

在新开发的直接还原技术中，钒钛磁铁矿经选择性直接还原铁和钒(例如，采用转底炉或回转窑或其它非高炉炼铁工艺选择性直接还原铁和钒)然后经电弧炉分离而得到含钒铁水和熔分钛渣，有望实现对钒钛磁铁矿中的铁、钒、钛资源的综合利用。此种熔分钛渣中TiO₂含量高，若不能得到有效利用，不但会造成资源的极大浪费，还会成为非高炉炼铁技术规模化发展的制约因素。