高鈦低硅的鈦硅鐵合金及其制備方法

專利名稱：高鈦低硅的鈦硅鐵合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鐵合金冶煉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高鈦低硅的鈦硅鐵合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
釩鈦磁鐵礦經(jīng)高爐冶煉，原礦中的約50%的TW2進(jìn)入了高爐渣中，形成高鈦型高爐■，主要化學(xué)成分為 TiA 15 24 22 25%;A1203 13 14% ； MgO 8 10%;狗203 1 3%;Mn0 <1%。渣中鈦分散在鈣鈦礦、富鈦透輝石、攀鈦透輝石、 尖晶石和碳氮化鈦等礦物中。用高鈦型高爐渣制取鈦硅鐵合金是提取高鈦型高爐渣中的鈦元素和高爐渣綜合利用的有效途徑之一。但是現(xiàn)有技術(shù)中提出的各種用高爐渣制取含鈦合金的方法及圍繞該方法展開的各項(xiàng)技術(shù)研究中，都由于最終產(chǎn)品回收率低、雜質(zhì)成分高等原因使得無法推廣應(yīng)用。《用高爐鈦渣冶煉復(fù)合鐵合金》(徐楚韶等.礦冶工程.1988,11(2))記載了上世紀(jì)六十年代，重慶大學(xué)開發(fā)了用高爐鈦渣冶煉復(fù)合鐵合金技術(shù)，并在重慶鐵合金廠650kVA電爐上獲得19 23wt% Ti、42 Mwt % SiJe < 20.硅鈦鐵合金。1977年，重慶鐵合金廠直接采用含TiO2 24. 18wt%的攀鋼高爐渣進(jìn)行試驗(yàn)，獲得含27. 08wt% Ti,31. 05wt% Si、20. 20wt% Fe的硅鈦鐵合金?！队酶郀t鈦礦渣冶煉鈦硅合金的研究》(李祖樹等.《重慶大學(xué)學(xué)報(bào)》，1996年第19 卷第4期)報(bào)道了用直流電硅鋁熱法冶煉硅鈦合金的方法。所得合金中Ti為30 35wt %、 Si為25 35wt %，殘?jiān)蠺iR含量為5 IOwt %。《鈦硅鐵合金生產(chǎn)中金屬元素與渣氧化物的反應(yīng)和平衡》(楊保祥.《鋼鐵釩鈦》 1995,16(2))報(bào)道了在200kVA的直流電爐上以TiO2含量為23.的高爐渣為原料得到的鈦硅鐵合金中Ti為15. 6 25. 7wt%, Si為43. 1 54. 5wt%，殘?jiān)蠺iR含量為 5. 47 9. 41wt%。專利號(hào)為ZL 200510019664. 3的中國專利《利用含鈦爐渣制備鈦及鈦合金的方法》報(bào)道了利用TW2為10 90wt%的含鈦爐渣制備鈦或鈦合金的方法。該發(fā)明公布了還原劑的組成以及在掃描電子顯微鏡下的觀察結(jié)果，證實(shí)了有金屬鈦相或鋁硅鈦相生成。除此之外，該發(fā)明還描述了原料混合方法將所有原料混合均勻后，再從冷態(tài)加熱至熔融狀態(tài)進(jìn)行還原的過程。由上可知，使用現(xiàn)有技術(shù)方法獲得的鈦硅鐵合金中鈦含量低，一般在30wt %以下， 硅含量高，一般在40wt %左右，鈦含量與硅含量的比值較較小。由于大部分鈦合金鋼種對(duì)鋼中金屬硅含量都有限制，采用這種低鈦高硅的鈦硅鐵合金作合金劑時(shí)不可避免要帶入大量金屬硅，因此，這種合金在實(shí)際生產(chǎn)中一直得不到應(yīng)用。近幾年來，我國高技術(shù)鋼材得到極大的發(fā)展。微合金鋼就是這些“高技術(shù)鋼材”中用量最大的一種。所謂微合金鋼，就是在鋼中加入微量的元素鈮、鈦、釩等強(qiáng)碳氮化物形成元素，起到使鋼基體的晶粒細(xì)化和沉淀硬化作用。與V和Nb相比，鈦合金微合金鋼具有性能優(yōu)越，價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。而作為鈦微合金鋼的主要原料鈦鐵則隨著鈦鐵礦價(jià)格不斷走高， 資源越來越稀缺，鈦鐵生產(chǎn)成本越來越高。攀枝花擁有大量的高鈦型高爐渣，利用高鈦型高爐渣開發(fā)新的鈦硅鐵合金取代鈦鐵用作鈦合金劑具有重大意義。通過適當(dāng)措施，升鈦降硅使合金中Ti達(dá)到40wt%以上是實(shí)現(xiàn)鈦硅鐵合金廣泛應(yīng)用的必要條件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種含鈦量高于40wt%的鈦硅鐵合金及其制備方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是高鈦低硅的鈦硅鐵合金，按重量配比含40 70%的Ti、8 40%的Si、3 15%的!^e以及不可避免的雜質(zhì)。其中，上述鈦硅鐵合金中按重量配比含50 58 %的Ti、31 40 %的Si、3 11 % 的1 以及不可避免的雜質(zhì)。其中，上述鈦硅鐵合金中雜質(zhì)的重量不超過鈦硅鐵合金總重量的10%。進(jìn)一步的，上述鈦硅鐵合金的密度為4. 2 4. 4g/cm3。其中，上述鈦硅鐵合金是通過向高鈦型高爐渣中加入外加劑進(jìn)行熔融熱還原反應(yīng)制備得到；其中，高鈦型高爐渣與外加劑的重量配比為高鈦型高爐渣外加劑=1 0. 4 0. 8 ；所述外加劑組成按重量配比為還原劑40 80%、高鈦物料0 30%、冷態(tài)高鈦型高爐渣0 30%、渣鐵0 20%、調(diào)渣劑0 5% ；外加劑中，高鈦物料、冷態(tài)高鈦型高爐渣和渣鐵的含量不同時(shí)為零；所述還原劑組成按重量配比為金屬鋁75 100%、硅0 20%、碳0 5% ；所述調(diào)渣劑是指氧化鈣含量按重量百分比大于40%的含鈣物料。其中，所述高鈦型高爐渣是指熔融態(tài)高鈦型高爐渣。其中，優(yōu)選所述外加劑組成按重量配比為金屬鋁60 70%、高鈦物料10 15%、冷態(tài)高鈦型高爐渣10 15%、渣鐵5 10%、調(diào)渣劑3 5%。 其中，所述高鈦物料是指鈦黃粉、高鈦渣或金屬鈦廢料中的至少一種。其中，上述方法中將高鈦型高爐渣置于電爐內(nèi)加熱到1500°C以上，再加入外加劑進(jìn)行熔融熱還原反應(yīng)。進(jìn)一步的，熔融熱還原反應(yīng)包括粗煉過程和精煉過程，粗煉過程通過向高鈦型高爐渣中加入外加劑產(chǎn)生的反應(yīng)熱維持反應(yīng)體系溫度在1550 1700°C之間，外加劑加入完畢且完全熔清后進(jìn)入精煉過程。再進(jìn)一步的，精煉過程中對(duì)反應(yīng)體系加熱并控制反應(yīng)體系溫度在1650 1800°C 之間，當(dāng)反應(yīng)殘?jiān)蠺iO2含量按重量百分比< 2%時(shí)，精煉結(jié)束；精煉結(jié)束后將反應(yīng)體系保溫，促進(jìn)渣金分離，之后冷卻得到高鈦低硅的鈦硅鐵合金。本發(fā)明還提供高鈦低硅的鈦硅鐵合金的制備方法，向高鈦型高爐渣中加入外加劑進(jìn)行熔融熱還原反應(yīng)制得高鈦低硅的鈦硅鐵合金；其中，高鈦型高爐渣與外加劑的重量配比為高鈦型高爐渣外加劑=1 0. 4 0. 8 ；
所述外加劑組成按重量配比為還原劑40 80%、高鈦物料0 30%、冷態(tài)高鈦型高爐渣0 30%、渣鐵0 20%、調(diào)渣劑0 5% ；外加劑中，高鈦物料、冷態(tài)高鈦型高爐渣和渣鐵的含量不同時(shí)為零；所述還原劑組成按重量配比為金屬鋁75 100%、硅0 20%、碳0 5% ；所述調(diào)渣劑是指氧化鈣含量按重量百分比大于40%的含鈣物料。所述調(diào)渣劑是氧化鈣含量按重量百分比大于40%的鋼渣、螢石或石灰中的至少一種。所述鋼S的成分按重量配比含Ca(X35 50%、Si& 10 15%、A1203 2 5%、MgO 9 14%, Fe 氧化物 20 35%, V2O5O. 5 3%禾口 P2O5O. 5 3%。所述渣鐵是指高爐渣經(jīng)破碎磁選后獲得的金屬鐵含量按重量百分比大于50%的礦渣。渣鐵除含金屬鐵外，其余成分與高鈦型高爐渣相同。其中，上述方法所述高鈦型高爐渣是指熔融態(tài)高鈦型高爐渣。其中，上述方法中所述外加劑組成按重量配比為金屬鋁60 70%、高鈦物料 10 15%、冷態(tài)高鈦型高爐渣10 15%、渣鐵5 10%、調(diào)渣劑3 5%。其中，上述方法中所述高鈦物料是指鈦黃粉、高鈦渣或金屬鈦廢料中的至少一種。鈦黃粉是鈦白粉生產(chǎn)過程中的鐵、硫含量超標(biāo)的TiO2含量按重量百分比大于80% 的廢棄物。高鈦渣是TiO2含量按重量百分比大于70%的鈦白原料，其氧化鈣和氧化鎂的總含量不超過15%。金屬鈦廢料是指金屬鈦含量按重量百分比大于80%的廢棄物，例如，海綿鈦生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的金屬鈦廢料。其中，上述方法中將高鈦型高爐渣置于電爐內(nèi)加熱到1500°C以上，再加入外加劑進(jìn)行熔融熱還原反應(yīng)。所述電爐為礦熱爐、直流電弧爐、交流電弧爐、電阻爐或感應(yīng)爐。進(jìn)一步的，熔融熱還原反應(yīng)包括粗煉過程和精煉過程，粗煉過程通過向高鈦型高爐渣中加入外加劑產(chǎn)生的反應(yīng)熱維持反應(yīng)體系溫度在1550 1700°C之間，外加劑加入完畢且完全熔清后進(jìn)入精煉過程。再進(jìn)一步的，精煉過程中對(duì)反應(yīng)體系加熱并控制反應(yīng)體系溫度在1650 1800°C 之間，當(dāng)反應(yīng)殘?jiān)蠺iO2含量按重量百分比< 2%時(shí)，精煉結(jié)束；精煉結(jié)束后將反應(yīng)體系保溫，促進(jìn)渣金分離，之后冷卻得到高鈦低硅的鈦硅鐵合金。本發(fā)明的有益效果是發(fā)明人經(jīng)過大量創(chuàng)造性的研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)采用硅熱還原法不能得到高鈦低硅的鈦硅鐵合金主要原因在于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下用金屬硅還原二氧化鈦生成金屬鈦的反應(yīng)理論上是不能發(fā)生的。盡管實(shí)踐中得到一定成分的鈦硅鐵合金，但國內(nèi)外對(duì)金屬硅還原T^2的反應(yīng)能夠進(jìn)行的研究和解釋甚少，一般認(rèn)為是形成TiSi2等化合物的原因。同時(shí)，用作還原劑的金屬硅一部分進(jìn)入合金中，進(jìn)而增加了合金的硅含量。由于大部分鈦合金鋼種對(duì)鋼中金屬硅含量都有限制，采用低鈦高硅的鈦硅合金作合金劑時(shí)不可避免要帶入大量金屬硅。因此，現(xiàn)有技術(shù)中的含鈦量相對(duì)低、含硅量相對(duì)高的鈦硅鐵合金在實(shí)際生產(chǎn)中一直得不到應(yīng)用。本發(fā)明通過還原能力更強(qiáng)的鋁熱反應(yīng)體系，使在標(biāo)準(zhǔn)條件下TiO2 還原成Ti反應(yīng)成為可能，并加入工藝調(diào)節(jié)劑高鈦物料、高鈦型高爐渣或渣鐵，使動(dòng)力學(xué)條件更為充分，添加高鈦物料、高鈦型高爐渣或渣鐵，特別是三者同時(shí)添加時(shí)，能夠進(jìn)一步能夠調(diào)整TW2的貧化過程，活躍反應(yīng)熔池，抑制中間物質(zhì)Tio生成，促進(jìn)TW2 — Tio — Ti反應(yīng)充分的向右進(jìn)行，提高合金收得率。而且，通過熔渣物理顯熱利用和輔助加熱，進(jìn)一步提高了單位熱效率，使高爐渣中T^2的還原率大幅度提高，進(jìn)而使合金收得率有顯著提高。進(jìn)一步的也提高了合金中鈦含量，鈦含量按重量百分比計(jì)達(dá)到40 70%，而硅的含量保持在相對(duì)比較低的水平，并使合金中鈦含量/硅含量在一個(gè)比較高的水平，使得本發(fā)明的鈦硅鐵合金能夠替代鈦鐵作為鈦合金劑，從而解決鈦鐵資源不足，鈦鐵價(jià)格不斷上漲導(dǎo)致的利用鈦鐵作為鈦合金劑成本高的問題，有利于本發(fā)明的鈦硅鐵合金推廣應(yīng)用，避免了用現(xiàn)有技術(shù)方法生產(chǎn)的鈦硅鐵合金得不到應(yīng)用的缺陷。并且，本發(fā)明為高鈦型高爐渣資源的綜合利用開辟了一種新的途徑。另外，本發(fā)明方法用到的物料大多都是化工、冶金企業(yè)的生產(chǎn)廢棄物，因此對(duì)于環(huán)境的整治、節(jié)能減排、以及資源的綜合利用都能起到重要的作用。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明具體實(shí)施方式
如下高鈦低硅的鈦硅鐵合金，含40 70wt%的Ti、8 ^wt^mSidNlSwt^Wi^以及不可避免的雜質(zhì)(Wt%是指重量百分比，下同)。由于大部分鈦合金鋼種對(duì)鋼中金屬硅含量都有限制，采用低鈦高硅的鈦硅合金作合金劑時(shí)不可避免要帶入大量金屬硅。因此，本發(fā)明提供一種鈦硅鐵合金，其鈦含量達(dá)到 40 70wt%，而硅的含量保持在相對(duì)比較低的水平，使得本發(fā)明的鈦硅鐵合金能夠替代鈦鐵作為鈦合金劑，從而解決鈦鐵資源不足，鈦鐵價(jià)格不斷上漲導(dǎo)致的利用鈦鐵作為鈦合金劑成本高的問題。優(yōu)選的，上述鈦硅鐵合金中含50 Ti、31 Si、3 llwt% 的狗以及不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的鈦硅鐵合金在上述配比范圍內(nèi)能夠減少對(duì)制備鈦硅鐵合金過程中的調(diào)節(jié)和控制，使生產(chǎn)成本更低，另外，含50 55wt%的Ti、33 40wt%的 Si,3 8wt%的!^e以及不可避免的雜質(zhì)的鈦硅鐵合金產(chǎn)品應(yīng)用范圍最廣。優(yōu)選的，本發(fā)明鈦硅鐵合金中雜質(zhì)的重量不超過鈦硅鐵合金總重量的10%。從而使得本發(fā)明鈦硅鐵合金質(zhì)量更好，加入鋼水中冶煉時(shí)更容易控制，避免不需要的元素超標(biāo)。進(jìn)一步的，上述鈦硅鐵合金的密度為4. 2 4. 4g/cm3。本發(fā)明鈦硅鐵合金的密度在4. 2 4. 4g/cm3之間，說明本發(fā)明硅鐵合金結(jié)構(gòu)致密，與鈦鐵密度相差不大，能夠替代鈦鐵直接添加到鋼水中進(jìn)行冶煉。本發(fā)明還提供了一種高鈦低硅的鈦硅鐵合金的制備方法，即向高鈦型高爐渣中加入外加劑進(jìn)行熔融熱還原反應(yīng)制得高鈦低硅的鈦硅鐵合金；其中，高鈦型高爐渣與外加劑的重量配比為高鈦型高爐渣外加劑=1 0. 4 0. 8 ；所述外加劑組成為還原劑40 80wt%、高鈦物料0 30wt %、冷態(tài)高鈦型高爐渣0 30wt%、渣鐵0 20wt%、調(diào)渣劑0 5wt% ；外加劑中，高鈦物料、冷態(tài)高鈦型高爐渣和渣鐵的含量不同時(shí)為零；所述還原劑組成為金屬鋁75 IOOwt%、硅0 20wt%、碳0 5wt% ；所述調(diào)渣劑是指氧化鈣含量大于40wt%的含鈣物料。優(yōu)選的，所述高鈦型高爐渣是指熔融態(tài)高鈦型高爐渣。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明方法可以將煉鐵廠生產(chǎn)過程中排出的熔融態(tài)高鈦型高爐渣直接使用生產(chǎn)鈦硅鐵合金，當(dāng)然也可以使用經(jīng)過冷卻的冷態(tài)高鈦型高爐渣，使用冷態(tài)高鈦型高爐渣需要重新加熱使高爐渣熔融。本發(fā)明使用熔融態(tài)高鈦型高爐渣的目的是為了節(jié)約生產(chǎn)成本，一方面是煉鐵廠減少了將高鈦型高爐渣冷卻的過程，另一方面是鈦硅鐵合金生產(chǎn)企業(yè)減少了將冷態(tài)高鈦型高爐渣再加熱到熔融態(tài)的過程，從而大幅的節(jié)約了生產(chǎn)成本。再者，本發(fā)明使用上述的外加劑除了能夠保證生產(chǎn)出鈦含量達(dá)到40 70wt%鈦硅鐵合金外，其中添加的高鈦物料、高鈦型高爐渣或渣鐵還能夠調(diào)節(jié)最終鈦硅鐵合金中鈦、 硅和鐵的含量，可以根據(jù)需要的不同生產(chǎn)出適宜的鈦硅鐵合金。更重要的在于，添加高鈦物料、高鈦型高爐渣或渣鐵，特別是三者同時(shí)添加時(shí)，能夠進(jìn)一步能夠調(diào)整TiO2的貧化過程， 活躍反應(yīng)熔池，抑制中間物質(zhì)TiO生成，促進(jìn)TiA — TiO — Ti反應(yīng)充分的向右進(jìn)行，提高合金收得率。本發(fā)明添加的調(diào)渣劑能夠降低渣的粘度，同樣抑制中間物質(zhì)TiO生成，促進(jìn) TiO2 — TiO — Ti反應(yīng)充分的向右進(jìn)行，有利于提高合金收得率。所述調(diào)渣劑是氧化鈣含量大于40wt%的鋼渣、螢石或石灰中的至少一種。優(yōu)選的，為了能夠更好的調(diào)整TiO2的貧化過程，活躍反應(yīng)熔池，使生產(chǎn)出的鈦硅鐵合金質(zhì)量更好，調(diào)節(jié)渣的粘度在一個(gè)適宜的范圍、提高合金收得率，上述方法中所述外加劑組成為金屬鋁60 70wt%、高鈦物料10 15wt%、冷態(tài)高鈦型高爐渣10 15wt%、渣鐵5 IOwt%、調(diào)渣劑3 5wt%。優(yōu)選的，上述方法中所述高鈦物料是指鈦黃粉、高鈦渣或金屬鈦廢料中的至少一種。優(yōu)選的，上述方法中將高鈦型高爐渣置于電爐內(nèi)加熱到1500°C以上，再加入外加劑進(jìn)行熔融熱還原反應(yīng)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，可以先將高鈦型高爐渣與外加劑混合后再進(jìn)行加熱，也可以先將高鈦型高爐渣加熱后再加入外加劑，而本發(fā)明優(yōu)選先加熱到1500°C以上，再加入外加劑，從而能夠充分利用高爐渣與外加劑反應(yīng)的反應(yīng)熱。其中，所述電爐為礦熱爐、直流電弧爐、交流電弧爐、電阻爐或感應(yīng)爐。優(yōu)選的，熔融熱還原反應(yīng)包括粗煉過程和精煉過程，粗煉過程通過向高鈦型高爐渣中加入外加劑產(chǎn)生的反應(yīng)熱維持反應(yīng)體系溫度在1550 1700°C之間，外加劑加入完畢且完全熔清后進(jìn)入精煉過程。本發(fā)明的粗煉過程在為渣中Ti02、SiO2, Fe2O3等物質(zhì)的還原提供必要條件的基礎(chǔ)上，還能夠節(jié)約在熔融熱還原反應(yīng)過程中的加熱所需的能量。進(jìn)一步的，當(dāng)粗煉結(jié)束后，有大量尚未沉淀的合金粒留在渣中，通過精煉過程可以進(jìn)一步貧化渣中TiO2，促進(jìn)渣金分離，提高合金的回收率。因此，精煉過程中對(duì)反應(yīng)體系加熱并控制反應(yīng)體系溫度在1650 1800°C之間，當(dāng)反應(yīng)殘?jiān)蠺iA含量< 時(shí)，精煉結(jié)束；精煉結(jié)束后將反應(yīng)體系保溫，促進(jìn)渣金分離，之后冷卻得到高鈦低硅的鈦硅鐵合金。下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實(shí)施例一將渣罐從煉鐵廠運(yùn)送到高爐渣提鈦生產(chǎn)線后，用傾翻機(jī)將11. 4噸熔融態(tài)高爐渣倒入9000KVA電爐內(nèi)，測(cè)溫，熔渣溫度為1250°C。用石墨電極將熔池溫度提升至1500°C以上。然后打開加料閥，先加入15%的外加劑，外加劑總量為4. 56噸，組成為80wt%還原劑， 20wt%的冷態(tài)高鈦型高爐渣。降下電極起弧，點(diǎn)燃反應(yīng)后再分5次將剩余外加劑加入爐內(nèi)進(jìn)行粗煉。其中，熔融態(tài)高鈦型高爐渣成分=TiO2含量為15. Hwt%，SiO2SM. 28wt%,TFe 為0.5Wt%。高爐渣與外加劑比例為1 0.40。還原劑的組成為金屬鋁90wt%、金屬硅IOwt%。粗煉過程通過分批多次的向熔融態(tài)高鈦型高爐渣中加入外加劑產(chǎn)生的反應(yīng)熱維持熔池溫度在1600 1700°C之間，2. 5小時(shí)后，外加劑加入完畢熔池熔清，進(jìn)行精煉，精煉過程中對(duì)反應(yīng)體系加熱并控制反應(yīng)體系溫度在1650 1800°C之間；精煉時(shí)間為60min，測(cè)溫取樣，反應(yīng)殘?jiān)蠺iO2含量1. lwt%，精煉結(jié)束。打開爐口，采用渣金混合出爐方式，將合金和渣一起流入保溫罐中，隨爐冷卻到500°C以下。翻罐，破碎分選，即可得鈦硅鐵合金。鈦硅鐵合金主要成分為Ti :53wt%;Si :40wt%,Fe :3. 6wt%。合金密度4. Mg/cm3。合金收得率為78%。尾渣中TiO2含量為1. lwt%。實(shí)施例二將渣罐從煉鐵廠運(yùn)送到高爐渣提鈦生產(chǎn)線后，用傾翻機(jī)將熔融態(tài)高爐渣14. 3噸倒入9000KVA電爐內(nèi)，測(cè)溫，溫度為1360°C。用石墨電極加熱至1500°C以上。然后打開加料閥，先加入20wt%外加劑。外加劑總量為7. 15噸，組成為還原劑70Wt%、高鈦渣 20wt%、冷態(tài)高鈦型高爐渣8wt%、調(diào)渣劑調(diào)渣劑為攀鋼鋼渣。高鈦渣中TiO2含量為 74. 87wt%。還原劑為IOOwt %金屬鋁。降下電極，起弧，點(diǎn)燃反應(yīng)，后再分7次將剩余外加劑加入爐內(nèi)進(jìn)行粗煉。其中，熔融態(tài)高鈦型高爐渣TW2含量為20. 87wt%, SiO2為25. 28wt%, IFe為0.5wt%。高爐渣與外加劑比例為1 0.5。粗煉過程通過分批多次向熔融態(tài)高鈦型高爐渣中加入外加劑產(chǎn)生的反應(yīng)熱維持熔池溫度在1550 1700°C之間。每隔20min測(cè)溫一次(如果溫度低于控制的范圍，可以采取電加熱的方式升高溫度)，粗煉時(shí)間3小時(shí)，待熔池熔清后進(jìn)行精煉，精煉過程中對(duì)反應(yīng)體系加熱并控制反應(yīng)體系溫度在1650 1800°C 之間，精煉時(shí)間為80min，測(cè)得反應(yīng)殘?jiān)蠺iO2含量0. 83wt%,精煉結(jié)束。打開爐口，合金和渣一起流入保溫罐中，隨爐冷卻到500°C以下。翻罐，破碎分選，即可得鈦硅鐵合金。鈦硅鐵合金主要成分為Ti :66wt%;Si :27wt%,Fe :4. 5wt%。合金外觀呈淺灰色帶明顯金屬光澤，密度4. 25g/cm3。合金收得率為73wt%。尾渣中TiO2含量為0. 83wt%。實(shí)施例三煉鐵廠出來的渣罐運(yùn)送到高爐渣提鈦生產(chǎn)線后，用傾翻機(jī)將熔融態(tài)高爐渣倒入 9000KVA電爐內(nèi)，熔渣裝入量為8.2噸。測(cè)溫。熔渣溫度為1380°C。用石墨電極加熱至 1500°C以上，先加入12%外加劑，外加劑總量為4. 92噸，組成為還原劑65wt%、廢鈦料 12wt%、冷態(tài)高鈦型高爐渣13wt%、渣鐵7wt%、調(diào)渣劑3wt% ；調(diào)渣劑為螢石。降下電極起弧，點(diǎn)燃反應(yīng)，后再分5次將剩余外加劑加入爐內(nèi)。其中，熔融態(tài)高鈦型高爐渣Ti02含量為 21. 14wt%，Si02為24. 80wt%，TFe為1. 2wt%。高爐渣與外加劑比例為1 0.6。廢鈦料中Ti含量為78wt%。還原劑為100wt%金屬鋁。粗煉過程通過分批多次向熔融態(tài)高鈦型高爐渣中加入外加劑產(chǎn)生的反應(yīng)熱維持熔池溫度在1550 1700°C之間。每隔20min測(cè)溫一次(避免爐溫低于1550°C時(shí)，如果低于需要輔助5min的電加熱)。粗煉時(shí)間1. 6小時(shí)。 熔池熔清后進(jìn)行精煉，精煉過程中對(duì)反應(yīng)體系加熱并控制反應(yīng)體系溫度在1650 1800°C 之間，精煉時(shí)間為60min，測(cè)溫取樣，測(cè)得反應(yīng)殘?jiān)蠺iO2含量0. 46wt%,精煉結(jié)束。打開爐口，合金和渣一起流入保溫罐中，隨爐冷卻到500°C以下。翻罐，破碎分選，即可得鈦硅鐵合金。鈦硅鐵合金主要成分為Ti :56wt%;Si :33wt%,Fe :7wt%。合金外觀呈淺灰色帶明顯金屬光澤，密度4. 32g/cm3。合金收得率為80. Iwt %。尾渣中Ti02含量為0. 46wt%。實(shí)施例四在630KVA的直流電弧爐內(nèi)，用石墨電極將2噸冷態(tài)高鈦型高爐渣升溫至1600°C，模擬形成熔融態(tài)高爐渣熔池。此時(shí)熔融態(tài)高鈦型高爐渣TW2含量為25. 53wt%, SiO2為 23. 80wt%，IFe為2. 5wt%。高爐渣與外加劑比例為1 0.7。外加劑總量為1. 4噸，組成為還原劑55wt%、鈦黃粉25wt%、冷態(tài)高鈦型高爐渣10wt%、渣鐵10wt%。鈦黃粉中TW2 含量為87wt%。還原劑組成為金屬鋁80wt%、硅17wt%、碳3wt%。先加入15%外加劑， 降下電極起弧，點(diǎn)燃反應(yīng)，再分8次將剩余外加劑加入爐內(nèi)進(jìn)行粗煉。粗煉過程通過分批多次向熔融態(tài)高鈦型高爐渣中加入外加劑產(chǎn)生的反應(yīng)熱維持熔池溫度控制在1600 1700°C 之間。50min后，待熔池熔清后進(jìn)行精煉，精煉過程中對(duì)反應(yīng)體系加熱并控制反應(yīng)體系溫度在1650 1800°C之間，精煉時(shí)間為40min。測(cè)溫取樣，測(cè)得殘?jiān)蠺iO2含量為1. 2wt%，冶煉結(jié)束。將合金和部分殘?jiān)粼跔t內(nèi)保溫，冷卻后人工鑿出，破碎分選，即可得鈦硅鐵合金。 鈦硅鐵合金主要成分為Ti :45wt% ；Si :40wt%,Fe :llwt%。合金外觀略帶深藍(lán)色淺金屬光澤，密度4. 37g/cm3。合金收得率為86. Iwt %。尾渣中TiO2含量為1.2wt%。實(shí)施例五在630KVA的直流電弧爐內(nèi)，用石墨電極將2噸冷態(tài)高鈦型高爐渣升溫至1600°C， 模擬形成熔融態(tài)高爐渣熔池。此時(shí)熔融態(tài)高鈦型高爐渣TW2含量為25. 53wt%, SiO2為 23. 80wt %，IFe為2. 5wt %。高爐渣與外加劑比例為1 0.8。外加劑總量為1.6噸， 組成為還原劑43wt%、高鈦渣12wt%、鈦黃粉10wt%、冷態(tài)高鈦型高爐渣25wt%、渣鐵 10wt%。還原劑組成為金屬鋁95wt%、碳5wt%。高鈦渣中TiO2含量為74.87wt%。鈦黃粉中TW2含量為87wt%。先加入IOwt %外加劑，降下電極起弧，點(diǎn)燃反應(yīng)，再分8次將剩余外加劑加入爐內(nèi)進(jìn)行粗煉。粗煉過程通過分批多次向熔融態(tài)高鈦型高爐渣中加入外加劑產(chǎn)生的反應(yīng)熱維持熔池溫度控制在1550 1700°C之間，50min后，待熔池熔清后進(jìn)行精煉，精煉過程中對(duì)反應(yīng)體系加熱并控制反應(yīng)體系溫度在1650 1800°C之間，精煉時(shí)間為40min。 測(cè)溫取樣，測(cè)得殘?jiān)蠺iO2含量為1.8Wt%，冶煉結(jié)束。打開爐口，合金和渣一起流入保溫罐中，隨爐冷卻到500°C以下，翻罐，破碎分選，即可得鈦硅鐵合金。鈦硅鐵合金主要成分為 Ti :42wt% ；Si :40wt%, Fe :13wt%。合金外觀略帶深藍(lán)色淺金屬光澤，密度4. 38g/cm3。 合金收得率為Mwt %。尾渣中TiO2含量為1.8wt%。通過實(shí)施例可知，本發(fā)明通過還原能力更強(qiáng)的鋁熱反應(yīng)體系，使在標(biāo)準(zhǔn)條件下 TiO2還原成Ti反應(yīng)成為可能，并加入工藝調(diào)節(jié)劑高鈦物料、高鈦型高爐渣或渣鐵，使動(dòng)力學(xué)條件更為充分，添加高鈦物料、高鈦型高爐渣或渣鐵，特別是三者同時(shí)添加時(shí)，能夠進(jìn)一步能夠調(diào)整TiA的貧化過程，活躍反應(yīng)熔池，抑制中間物質(zhì)TiO生成，促進(jìn)TiA — TiO — Ti 反應(yīng)充分的向右進(jìn)行，提高合金收得率。而且，通過熔渣物理顯熱利用和輔助加熱，進(jìn)一步提高了單位熱效率，使高爐渣中T^2的還原率大幅度提高，進(jìn)而使合金收得率有顯著提高。 進(jìn)一步的也提高了合金中鈦含量，鈦含量按重量百分比計(jì)達(dá)到40 70%，而硅的含量保持在相對(duì)比較低的水平，并使合金中鈦含量/硅含量在一個(gè)比較高的水平，使得本發(fā)明的鈦硅鐵合金能夠替代鈦鐵作為鈦合金劑，從而解決鈦鐵資源不足，鈦鐵價(jià)格不斷上漲導(dǎo)致的利用鈦鐵作為鈦微合金劑成本高的問題，有利于鈦硅鐵合金推廣應(yīng)用。本發(fā)明方法可以生產(chǎn)出含40 70wt %的Ti、8 40wt %的Si、3 15wt %的！^的鈦硅鐵合金，合金收得率都達(dá)到70wt%以上，其中，合金收得率是指根據(jù)某一原料配比實(shí)際生產(chǎn)出的鈦硅鐵合金的重量與根據(jù)該原料配比理論生產(chǎn)鈦硅鐵合金的重量之比。本發(fā)明方法用到的物料大多都是化工冶金企業(yè)的生產(chǎn)廢棄物，有利于改善環(huán)境衛(wèi)生，提高資源利用率。并且，本發(fā)明為高鈦型高爐渣資源的綜合利用開辟了一種新的途徑。
權(quán)利要求
1.高鈦低硅的鈦硅鐵合金，其特征在于按重量配比含40 70%的Ti、8 40%的Si、 3 15%的狗以及不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鈦低硅的鈦硅鐵合金，其特征在于按重量配比含50 58%的Ti、31 40%的Si、3 11%的!^e以及不可避免的雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高鈦低硅的鈦硅鐵合金，其特征在于雜質(zhì)的重量不超過鈦硅鐵合金總重量的10%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高鈦低硅的鈦硅鐵合金，其特征在于鈦硅鐵合金的密度為 4. 2 ~ 4. 4g/cm3。
5.高鈦低硅的鈦硅鐵合金的制備方法，其特征在于向高鈦型高爐渣中加入外加劑進(jìn)行熔融熱還原反應(yīng)制得高鈦低硅的鈦硅鐵合金；其中，高鈦型高爐渣與外加劑的重量配比為高鈦型高爐渣外加劑=1 0.4 0. 8 ；所述外加劑組成按重量配比為還原劑40 80%、高鈦物料0 30%、冷態(tài)高鈦型高爐渣0 30%、渣鐵0 20%、調(diào)渣劑0 5% ；外加劑中，高鈦物料、冷態(tài)高鈦型高爐渣和渣鐵的含量不同時(shí)為零；所述還原劑組成按重量配比為金屬鋁75 100%、硅0-20^3^0-5% ；所述調(diào)渣劑是指氧化鈣含量按重量百分比大于40%的含鈣物料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高鈦低硅的鈦硅鐵合金的制備方法，其特征在于所述高鈦型高爐渣是指熔融態(tài)高鈦型高爐渣。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高鈦低硅的鈦硅鐵合金的制備方法，其特征在于所述外加劑組成按重量配比為金屬鋁60 70%、高鈦物料10 15%、冷態(tài)高鈦型高爐渣10 15%、渣鐵5 10%、調(diào)渣劑3 5%。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高鈦低硅的鈦硅鐵合金的制備方法，其特征在于所述高鈦物料是指鈦黃粉、高鈦渣或金屬鈦廢料中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高鈦低硅的鈦硅鐵合金的制備方法，其特征在于將高鈦型高爐渣置于電爐內(nèi)加熱到1500°C以上，再加入外加劑進(jìn)行熔融熱還原反應(yīng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的高鈦低硅的鈦硅鐵合金的制備方法，其特征在于熔融熱還原反應(yīng)包括粗煉過程和精煉過程，粗煉過程通過向高鈦型高爐渣中加入外加劑產(chǎn)生的反應(yīng)熱維持反應(yīng)體系溫度在1550 1700°C之間，外加劑加入完畢且完全熔清后進(jìn)入精煉過程。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的高鈦低硅的鈦硅鐵合金的制備方法，其特征在于精煉過程中對(duì)反應(yīng)體系加熱并控制反應(yīng)體系溫度在1650 1800°C之間，當(dāng)反應(yīng)殘?jiān)蠺W2含量按重量百分比< 2%時(shí)，精煉結(jié)束；精煉結(jié)束后將反應(yīng)體系保溫，促進(jìn)渣金分離，之后冷卻得到高鈦低硅的鈦硅鐵合金。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高鈦低硅的鈦硅鐵合金及其制備方法，屬于釩鈦資源綜合利用以及鐵合金冶煉技術(shù)領(lǐng)域。該鈦硅鐵合金具有含鈦量高于40wt％的特點(diǎn)，按重量配比含40～70％的Ti、8～40％的Si、3～15％的Fe以及不可避免的雜質(zhì)。該鈦硅鐵合金的制備方法是向高鈦型高爐渣中加入外加劑進(jìn)行熔融熱還原反應(yīng)制得高鈦低硅的鈦硅鐵合金；高鈦型高爐渣與外加劑的重量配比為高爐渣∶外加劑＝1∶0.4～0.8；所述外加劑按重量比包括40～80％的還原劑；所述還原劑主要成分為金屬鋁。本發(fā)明的鈦硅鐵合金能夠替代鈦鐵作為鈦合金劑，能夠推動(dòng)鈦硅鐵合金的推廣應(yīng)用，本發(fā)明方法有利于改善環(huán)境，提高資源利用率。
文檔編號(hào)C22C1/06GK102517472SQ20121000304
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月6日
發(fā)明者何奇, 余韻, 吳斌, 張建磊, 敖進(jìn)清, 李堅(jiān), 楊志遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:攀枝花鋼城集團(tuán)有限公司