專利名稱：一種以鈦原料冶煉制取系列鈦鐵合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵合金的冶煉方法，具體而言，本發(fā)明涉及一種以攀西地區(qū)鈦原料冶煉制取系列鈦鐵合金的方法。
背景技術(shù)：
鈦是鋼鐵生產(chǎn)中重要的合金化元素和深度脫氧添加劑，被稱為“第三金屬”。鈦可以改善鋼的組織結(jié)構(gòu)，提高鋼的性能，增加鋼鐵的耐磨性和抗拉強度，鈦鐵合金是生產(chǎn)鏈條鋼、錨鏈綱、造船用鋼、不銹鋼、電焊條以及電子、軍工產(chǎn)品等的重要原料。由于高溫條件下鈦與氧的結(jié)合性較強且熔點較高，因此在鋼鐵冶煉過程中如果直接加入鈦金屬，不但收得率低，且浪費嚴(yán)重，增加成本，必須以鐵合金的形式加入。目前，中低鈦鐵的應(yīng)用雖部分解決了鋼鐵加鈦的問題，但卻引入了較多的雜質(zhì)，深度脫氧不明顯，因而無法達(dá)到優(yōu)質(zhì)鋼種的生產(chǎn)需求及鋼種的品質(zhì)。
傳統(tǒng)的高鈦鐵合金多是以金紅石型含鈦料、廢鈦料為原料，利用鋁熱法以及電鋁熱法制得。利用鋁熱法生產(chǎn)高鈦鐵時，不但雜質(zhì)控制難度大，且原料來源不確定，使生產(chǎn)和供應(yīng)受到影響。由于原料中的雜質(zhì)元素在鈦鐵生產(chǎn)過程中會富集，因此上述方法必須通過對原料進行預(yù)處理和綜合冶金處理，才能達(dá)到降低P、S和O的影響，但鈦品位波動仍較大，從而影響了產(chǎn)品的質(zhì)量和使用，給鋼鐵冶金精確使用和鋼種開發(fā)帶來了困難，加之，近年來由于廢鈦供應(yīng)短缺且部分廢鈦具有放射性，也使得高鈦鐵合金的生產(chǎn)受到了一定影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服上述缺陷，提供一種以攀西地區(qū)鈦原料冶煉制取系列鈦鐵合金的方法。該方法的原料來源確定，生產(chǎn)工藝安全可靠，所制取的鈦鐵合金產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，完全能滿足現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)對高鈦鐵合金的技術(shù)質(zhì)量要求。同時本發(fā)明還解決了用含雜質(zhì)高的攀西地區(qū)釩鈦磁鐵礦冶煉制取高鈦鐵合金的技術(shù)難題，從而打破了因攀西釩鈦磁鐵礦雜質(zhì)含量高不能生產(chǎn)高鈦鐵的神話，填補了國內(nèi)空白。
為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種以攀西地區(qū)鈦原料冶煉制取系列鈦鐵合金的方法，其特征在于按下述工藝步驟于100Kg攀西地區(qū)鈦原料中加入如下重量份配比的輔助材料金屬鋁35～58、輔助還原劑1.5～3.5、鈣質(zhì)冶金輔料8～17、氯酸鉀8～18、鈣-鈉系處理劑2.5～6.5、含鐵總量為35～99％的鐵系原料；上述輔助材料的優(yōu)選重量份配比為金屬鋁40～55、輔助還原劑2～3、鈣質(zhì)冶金輔料10～15、氯酸鉀10～15、鈣-鈉系處理劑3.5～5.5、含鐵總量為35～99％的鐵系原料。
所述輔助還原劑是指鐵粉或鎂粉或者是任意比例的該兩種物質(zhì)的混合物。
所述鈣質(zhì)冶金輔料是指碳酸鈣、瑩石或者是任意比例的該兩種物質(zhì)的混合物。
所述鈣-鈉系處理劑是指任意比例的碳酸鈣與純堿或電石與純堿的混合物，亦或者是任意比例的這三種物質(zhì)的混合物。
所述鐵系原料是指氧化鐵、鐵精粉或高鈦鐵精粉。
所述緩凝劑是指蛭石或碳酸鈣或任意比例的二者的混合物。
具體工藝步驟如下按上述重量配比稱取原料及各種輔助材料，將攀西地區(qū)鈦原料、鈣質(zhì)冶金輔料及鈣-鈉系處理劑送入旋轉(zhuǎn)爐中，經(jīng)20～25min快速預(yù)熱至700～950℃后，再經(jīng)連接倉送入混料器中充分混合均勻，然后從配料倉依次加入金屬鋁、鐵系原料、輔助還原劑及氯酸鉀，混料器中的原料及輔助材料混合均勻后，經(jīng)對接倉落入已預(yù)熱至150～300℃的冶煉爐內(nèi)，加入點火劑，2～3min反應(yīng)結(jié)束后加入40～60Kg緩凝劑，冷卻20～40h，最后分離渣和鈦鐵合金，鈦鐵合金產(chǎn)品經(jīng)檢驗、包裝后入庫。
所述點火劑由等量的氯酸鉀與鋁粉或等量的氯酸鉀與鎂粉組成。
下面對本發(fā)明的化學(xué)反應(yīng)原理及工藝設(shè)備說明如下1、系列鈦鐵生產(chǎn)使用的鈦原料主要由TiO2、FeO、Fe2O3、SiO2、CaO、MgO、MnO、V2O5、Fe和CuO等組成，在滿足相關(guān)熱平衡、物料平衡和金屬Al還原劑的條件下，鈦原料中的不同氧化物組元與鋁發(fā)生還原反應(yīng)，主要的化學(xué)反應(yīng)式如下，反應(yīng)依照自由能和活度相系變化次序進行，反應(yīng)結(jié)束后在Ti-Fe-Al合金系和SiO2-MgO-CaO-TiO2-Al2O3渣系間形成平衡，冷卻分離后得到鈦鐵產(chǎn)品和合金渣。溫度和催化劑決定反應(yīng)速度，C、S和P等雜質(zhì)依據(jù)活度系數(shù)、溫度和平衡常數(shù)在渣及合金間梯級分配。
TiO2+4/3Al→Ti+2/3Al2O3(1)ΔG0＝-167472+12.1T2TiO2+4/3Al→2TiO+2/3Al2O3(2)ΔG0＝-452655+14.36T2TiO+4/3Al→2Ti+2/3Al2O3(3)ΔG0＝-11784588+9.92T3Fe2O3+2/3Al＝2Fe3O4+1/3Al2O3(4)ΔGT0＝-115700+14.85TFe3O4+2/3Al＝3FeO+1/3Al2O3(5)ΔGT0＝-17000-29.25T3MnO+2Al→3Mn+Al2O3(6)ΔGT0＝-103495-4.5T3SiO2+4Al→3Si+2Al2O3(7)3V2O5+10Al→6V+5Al2O3(8)3CuO+2Al→3Cu+Al2O3(9)2、由于鈦鐵冶煉過程有大量的Al2O3產(chǎn)生，Al2O3和CaO結(jié)合形成CaO·Al2O3，CaO既調(diào)整渣的酸堿度平衡，同時增加爐渣的硫容和磷容，提高硫磷脫除能力，抑制逆反應(yīng)發(fā)生，因此要求含S和P水平低。CaO加入量高于計算值，影響爐渣熔點，不利于P和S的傳質(zhì)，部分CaO原料還會帶入少量P和S，因此本發(fā)明選用鈉鈣系處理劑綜合脫除硫磷雜質(zhì)。由于鈦鐵中的氧含量問題與鈦的性質(zhì)有關(guān)，尤其是高鈦鐵氧的問題比較明顯，國際標(biāo)準(zhǔn)要求氧在0.5％～5％之間，本發(fā)明通過多種途徑來改善反應(yīng)條件，控制了氧水平的升高。鈦鐵產(chǎn)品的雜質(zhì)控制問題，主要是對原料進行預(yù)處理，削減雜質(zhì)帶入水平，同時采取綜合冶金方式提高渣脫除S、P等雜質(zhì)能力，以滿足用戶要求。
3、實施本發(fā)明方法的“鈦鐵系列產(chǎn)品冶煉成套設(shè)備”，本申請人也于同日向國家知識產(chǎn)權(quán)局申報了發(fā)明專利。該成套裝置包括加熱設(shè)備、混料設(shè)備、反應(yīng)裝置、除塵設(shè)備、輸送設(shè)備、精整設(shè)備和計量設(shè)備等，加熱設(shè)備使用煤基燃料，中心溫度＞900℃，出口溫度＞700℃。物料采用鋼質(zhì)管路系統(tǒng)輸送，配備振動泵。煙塵輸送配備大功率風(fēng)機，與除塵布袋以及水淋系統(tǒng)連接。反應(yīng)設(shè)備由鑄鋼澆鑄成型，內(nèi)襯整體緊固耐火材料，確保盛裝8～2t的物料，耐高溫能力超過2300℃以上，采用錐型底座，利于渣與合金分離。用遠(yuǎn)程測溫進行物料測溫，電子稱、磅秤和地磅對物料系統(tǒng)進行測量。系列自動測溫、控溫、遠(yuǎn)程監(jiān)控、電子點火全套裝備及系列軟件，實現(xiàn)了鈦鐵冶煉的半自動生產(chǎn)線，解決了鈦鐵在冶煉過程中易燃易爆的突出問題。
本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果表現(xiàn)在A、本發(fā)明原料來源確定，生產(chǎn)工藝安全可靠，所制取的鈦鐵合金系列產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，完全達(dá)到了現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)對高鈦鐵合金的技術(shù)質(zhì)量要求。
B、本發(fā)明冶煉制取的系列鈦鐵合金產(chǎn)品，其鈦品位高，硫磷水平低，鋁硅含量適中，有效降低了可能帶入的雜質(zhì)對鋼種產(chǎn)生的危害，對鋼鐵生產(chǎn)的脫氧合金化、不銹鋼生產(chǎn)、焊接和鑄造具有積極的促進作用。
C、本發(fā)明解決了用含雜質(zhì)高的攀西地區(qū)釩鈦磁鐵礦冶煉制取高鈦鐵合金的技術(shù)難題，開發(fā)出了符合國家標(biāo)準(zhǔn)的FeTi30、FeTi40和FeTi70及國內(nèi)目前尚無標(biāo)準(zhǔn)的FeTi50和FeTi60新產(chǎn)品，滿足了各類鋼鐵企業(yè)的不同需求，從而打破了因攀西釩鈦磁鐵礦雜質(zhì)含量高不能生產(chǎn)高鈦鐵的神話，填補了國內(nèi)空白。
具體實施例方式
實施例1一種FeTi30合金的制備方法，其特征在于按下述工藝步驟于100Kg含鈦量為45％的攀西地區(qū)鈦原料中加入如下重量配比的輔助材料金屬鋁58Kg，鐵粉3.5Kg，碳酸鈣15Kg，氯酸鉀12Kg，由等量的碳酸鈣與純堿混合而成的鈣-鈉系處理劑5Kg，含鐵總量為99％的氧化鐵與鐵精粉的混合物。
具體工藝步驟如下按上述重量配比稱取原料及各種輔助材料，將攀西地區(qū)鈦原料、碳酸鈣、鈣-鈉系處理劑送入旋轉(zhuǎn)爐中，經(jīng)20～25min快速預(yù)熱至800℃后，再經(jīng)連接倉送入混料器中充分混合均勻，然后從配料倉依次加入金屬鋁、氧化鐵與鐵精粉的混合物、鐵粉及氯酸鉀，混料器中的原料及輔助材料混合均勻后，經(jīng)對接倉落入已預(yù)熱200℃的冶煉爐內(nèi)，加入等量的由氯酸鉀與鋁粉組成的點火劑，2～3min反應(yīng)結(jié)束后加入50Kg蛭石，冷卻30h，最后分離渣和鈦鐵合金，鈦鐵合金產(chǎn)品經(jīng)檢驗、包裝后入庫。
經(jīng)檢測，該FeTi30產(chǎn)品的化學(xué)成分及含量(％)如下Ti32.53Si4.84Al7.32 P0.046S0.023 C0.035Cu0.042Mn1.06實施例2一種FeTi40合金的制備方法，其特征在于按下述工藝步驟于100Kg含鈦量為60％的攀西地區(qū)鈦原料中加入如下重量配比的輔助材料金屬鋁50Kg，鎂粉2.5Kg，碳酸鈣∶瑩石＝2∶1的混合物8Kg，氯酸鉀18Kg，按電石∶純堿＝3∶2的重量比混合而成的納-鈣系處理劑4.5Kg，含鐵總量為80％的鐵精粉。
具體工藝步驟如下按上述重量配比稱取原料及各種輔助材料，將攀西地區(qū)鈦原料、碳酸鈣、鈣-鈉系處理劑送入旋轉(zhuǎn)爐中，經(jīng)20～25min快速預(yù)熱至850℃后，再經(jīng)連接倉送入混料器中充分混合均勻，然后從配料倉依次加入金屬鋁、鐵精粉、鎂粉及氯酸鉀，混料器中的原料及輔助材料混合均勻后，經(jīng)落入已預(yù)熱300℃的冶煉爐內(nèi)，加入等量的由氯酸鉀與鎂粉組成的點火劑，2～3min反應(yīng)結(jié)束后加入60Kg碳酸鈣，冷卻40h，最后分離渣和鈦鐵合金，鈦鐵合金產(chǎn)品經(jīng)檢驗、包裝后入庫。
經(jīng)檢測，該FeTi40產(chǎn)品的化學(xué)成分及含量(％)如下Ti40.58Si3.18Al7.44 P0.030S0.040 C0.028Cu0.054Mn1.27實施例3一種FeTi50合金的制備方法，其特征在于按下述工藝步驟于100Kg含鈦量為68％的攀西地區(qū)鈦原料中加入如下重量配比的輔助材料
金屬鋁35Kg，鐵粉1.5Kg，瑩石10Kg，氯酸鉀8Kg，由等量的碳酸鈣、純堿、電石混合而成的鈣-鈉系處理劑2.5Kg，含鐵總量為75％的氧化鐵與鐵精粉的混合物。
具體工藝步驟如下按上述重量配比稱取原料及各種輔助材料，將攀西地區(qū)鈦原料、瑩石、鈣-鈉系處理劑送入旋轉(zhuǎn)爐中，經(jīng)20～25min快速預(yù)熱至700℃后，再經(jīng)連接倉送入混料器中充分混合均勻，然后從配料倉依次加入金屬鋁、氧化鐵與鐵精粉的混合物、鐵粉及氯酸鉀，混料器中的原料及輔助材料混合均勻后，經(jīng)對接倉落入已預(yù)熱250℃的冶煉爐內(nèi)，加入等量的由氯酸鉀與鋁粉組成的點火劑，2～3min反應(yīng)結(jié)束后加入40Kg蛭石，冷卻20h，最后分離渣和鈦鐵合金，鈦鐵合金產(chǎn)品經(jīng)檢驗、包裝后入庫。
經(jīng)檢測，該FeTi50產(chǎn)品的化學(xué)成分及含量(％)如下Ti46.96Si0.220Al5.72 P0.070 V＜0.010S0.031 C0.858 Cu＜0.1Mn＜0.1N3.82實施例4一種FeTi60合金的制備方法，其特征在于按下述工藝步驟于100Kg含鈦量為70％的攀西地區(qū)鈦原料中加入如下重量配比的輔助材料金屬鋁50Kg，等量的鐵粉與鎂粉的混合物3Kg，石灰石17Kg，氯酸鉀15Kg，按碳酸鈣∶純堿＝1∶2的重量比混合而成的鈣-鈉系處理劑5.5Kg，含鐵總量為40％的鐵精粉。
具體工藝步驟如下按上述重量配比稱取原料及各種輔助材料，將攀西地區(qū)鈦原料、石灰石、鈣-鈉系處理劑送入旋轉(zhuǎn)爐中，經(jīng)20～25min快速預(yù)熱至850℃后，再經(jīng)連接倉送入混料器中充分混合均勻，然后從配料倉依次加入金屬鋁、鐵精粉、鐵粉與鋁粉的混合物及氯酸鉀，混料器中的原料及輔助材料混合均勻后，經(jīng)對接倉落入已預(yù)熱300℃的冶煉爐內(nèi)，加入按氯酸鉀∶鎂粉＝2∶3的重量比配成的點火劑，2～3min反應(yīng)結(jié)束后加入60Kg蛭石，冷卻40h，最后分離渣和鈦鐵合金，鈦鐵合金產(chǎn)品經(jīng)檢驗、包裝后入庫。
經(jīng)檢測，該FeTi60產(chǎn)品的化學(xué)成分及含量(％)如下Ti63.50Si0.388Al9.50 P0.225 V0.050O6.81S0.061 C0.083 Cu0.029Mn0.140N0.02實施例5一種FeTi70合金的制備方法，其特征在于按下述工藝步驟于100Kg含鈦量為68％的攀西地區(qū)鈦原料中加入如下重量配比的輔助材料金屬鋁55Kg，按鐵粉∶鎂粉＝3∶1的重量比組成的混合物2.5Kg，石灰石8Kg，氯酸鉀12Kg，由等量的碳酸鈣、純堿混合而成的鈣-鈉系處理劑5Kg，含鐵總量為35％的氧化鐵與鐵精粉的混合物。
具體工藝步驟如下按上述重量配比稱取原料及各種輔助材料，將攀西地區(qū)鈦原料、石灰石、鈣-鈉系處理劑送入旋轉(zhuǎn)爐中，經(jīng)20～25min快速預(yù)熱至950℃后，再經(jīng)連接倉送入混料器中充分混合均勻，然后從配料倉依次加入金屬鋁、氧化鐵與鐵精粉的混合物、鐵粉與鎂粉的混合物及氯酸鉀，混料器中的原料及輔助材料混合均勻后，經(jīng)對接倉落入已預(yù)熱300℃的冶煉爐內(nèi)，加入等量的由氯酸鉀與鋁粉組成的點火劑，2～3min反應(yīng)結(jié)束后加入60Kg石灰石，冷卻40h，最后分離渣和鈦鐵合金，鈦鐵合金產(chǎn)品經(jīng)檢驗、包裝后入庫。
經(jīng)檢測，該FeTi70產(chǎn)品的化學(xué)成分及含量(％)如下Ti67.98Si2.14Al4.84 P0.056 V0.041O6.9S0.024 C0.062Cu0.031Mn0.113N0.0權(quán)利要求
1.一種以攀西地區(qū)鈦原料冶煉制取系列鈦鐵合金的方法，其特征在于按下述工藝步驟于100Kg攀西地區(qū)鈦原料中加入如下重量份配比的輔助材料金屬鋁35～58、輔助還原劑1.5～3.5、鈣質(zhì)冶金輔料8～17、氯酸鉀8～18、鈣-鈉系處理劑2.5～6.5、含鐵總量為35～99％的鐵系原料；具體工藝步驟如下按上述重量配比稱取原料及各種輔助材料，將攀西地區(qū)鈦原料、鈣質(zhì)冶金輔料及鈣-鈉系處理劑送入旋轉(zhuǎn)爐中，經(jīng)20～25min快速預(yù)熱至700～950℃后，再經(jīng)連接倉送入混料器中充分混合均勻，然后從配料倉依次加入金屬鋁、鐵系原料、輔助還原劑及氯酸鉀，混料器中的原料及輔助材料混合均勻后，經(jīng)對接倉落入已預(yù)熱至150～300℃的冶煉爐內(nèi)，加入點火劑，2～3min反應(yīng)結(jié)束后加入40～60Kg緩凝劑，冷卻20～40h，最后分離渣和鈦鐵合金，鈦鐵合金產(chǎn)品經(jīng)檢驗、包裝后入庫。
2.如權(quán)利要求1所述的以攀西地區(qū)鈦原料冶煉制取系列鈦鐵合金的方法，其特征在于按如下重量份配比于100Kg攀西地區(qū)鈦原料中加入輔助材料金屬鋁40～55、輔助還原劑2～3、鈣質(zhì)冶金輔料10～15、氯酸鉀10～15、鈣-鈉系處理劑3.5～5.5、含鐵總量為35～99％的鐵系原料。
3.如權(quán)利要求1或2所述的以攀西地區(qū)鈦原料冶煉制取系列鈦鐵合金的方法，其特征在于所述輔助還原劑是指鐵粉或鎂粉或者是任意比例的該兩種物質(zhì)的混合物；
4.如權(quán)利要求1或2所述的以攀西地區(qū)鈦原料冶煉制取系列鈦鐵合金的方法，其特征在于所述鈣質(zhì)冶金輔料是指碳酸鈣、瑩石或者是任意比例的該兩種物質(zhì)的混合物；
5.如權(quán)利要求1或2所述的以攀西地區(qū)鈦原料冶煉制取系列鈦鐵合金的方法，其特征在于所述鈣-鈉系處理劑是指任意比例的碳酸鈣與純堿或電石與純堿的混合物，亦或者是任意比例的這三種物質(zhì)的混合物。
6.如權(quán)利要求1或2所述的以攀西地區(qū)鈦原料冶煉制取系列鈦鐵合金的方法，其特征在于所述鐵系原料是指氧化鐵、鐵精粉或高鈦鐵精粉。
7.如權(quán)利要求1所述的以攀西地區(qū)鈦原料冶煉制取系列鈦鐵合金的方法，其特征在于所述點火劑由等量的氯酸鉀與鋁粉或等量的氯酸鉀與鎂粉組成。
8.如權(quán)利要求1所述的以攀西地區(qū)鈦原料冶煉制取系列鈦鐵合金的方法，其特征在于所述緩凝劑是指蛭石或碳酸鈣或任意比例的二者的混合物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種以攀西地區(qū)鈦原料冶煉制取系列鈦鐵合金的方法，工藝步驟如下將攀西地區(qū)鈦原料、鈣質(zhì)冶金輔料及鈣－鈉系處理劑送入旋轉(zhuǎn)爐中，經(jīng)快速預(yù)熱后，再經(jīng)連接倉送入混料器中充分混合均勻，然后從配料倉依次加入金屬鋁、鐵系原料、輔助還原劑及氯酸鉀，混料器中的原料及輔助材料混合均勻后，經(jīng)對接倉落入已預(yù)熱的冶煉爐內(nèi)，加入點火劑，2～3min反應(yīng)結(jié)束后加入緩凝劑，冷卻20～40h，最后分離渣和鈦鐵合金，鈦鐵合金產(chǎn)品經(jīng)檢驗、包裝后入庫。本發(fā)明原料來源確定，生產(chǎn)工藝安全可靠，所制取的鈦鐵合金系列產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，滿足了各類鋼鐵企業(yè)的不同需求，從而打破了因攀西釩鈦磁鐵礦雜質(zhì)含量高不能生產(chǎn)高鈦鐵的神話，填補了國內(nèi)空白。
文檔編號C21C7/06GK101078065SQ20071004921
公開日2007年11月28日 申請日期2007年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月31日
發(fā)明者何金勇, 楊保祥, 宋國菊, 張森 申請人:攀枝花市銀江金勇工貿(mào)有限責(zé)任公司