專利名稱：基于鋁熱還原制備高品質(zhì)高鈦鐵合金的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于合金制備技術領域，特別涉及一種基于鋁熱還原制備高品質(zhì)高鈦鐵合金的方 法及裝置。
背景技術：
鈦的還原能力大大優(yōu)于硅和鎂，比鋁和鋯差，但鈦具有相對于鋯產(chǎn)品熔點低，對渣的還 原性強等優(yōu)點。鈦與其它元素結(jié)合作為合金用于煉鋼中，與不銹鋼和耐熱鋼中的碳結(jié)合可以 提高鋼的焊接質(zhì)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于煉鋼中，鈦鐵是經(jīng)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，由于其具有耐腐蝕、耐高溫、耐磨、比重合 適等優(yōu)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(jié)構(gòu)鋼合特種合金 的重要原材料，是航空、航天、兵器工業(yè)中不可替代的重要原材料，而且廣泛應用于石油、 化工、機械、艦船、海洋、電力、醫(yī)療器件等軍民用工業(yè)，在社會發(fā)展中具有越來越重要的 地位。
傳統(tǒng)鈦鐵合金制備方法是采用爐外鋁熱還原法生產(chǎn)，該工藝是將鈦鐵精礦粉和鋁粉、硅 鐵粉按照一定比例混合，然后用鎂粉引發(fā)反應并依靠自身反應熱進行氧化還原而得到鈦鐵產(chǎn) 品。該工藝對于生產(chǎn)含鈦25~45°/。的低鈦鐵產(chǎn)品很成功。其制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(fā)熱劑，混料，采用 局部點火引發(fā)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。該法對于制備優(yōu)質(zhì)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(zhì)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，制備出高鈦鐵合金鑄錠。重熔法制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(chǎn)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(fā)展。例如，采用爐外鋁熱還原法制得了質(zhì)量較好的產(chǎn)品， 除氧含量外，其余成分全部達到出口產(chǎn)品的要求。南非Mintek公司采用直流轉(zhuǎn)移等離子加熱 的鋁熱還原法制造高鈦鐵試驗，在隔熱空氣下進行反應，可降低產(chǎn)品的氮含量，但不能有效 降低產(chǎn)品的氧含量。鋁熱法生產(chǎn)高釹鐵在我國得到了極大的發(fā)展，遼寧、山東和廣西等省都 建立了鋁熱法生產(chǎn)線。但我國的優(yōu)質(zhì)高鈦鐵都是從國外進口，成本費用極高，嚴重制約了我 國高新技術的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種基于液態(tài)鋁熱還原制備高品質(zhì)高鈦鐵合金的方法及裝置，其目的在于解 決目前傳統(tǒng)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(chǎn)成本高等問題。
本發(fā)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(tài)，熔體表面覆蓋保護渣以防止氧化；將含鈦 物質(zhì)(金紅石或高鈦渣)、含鐵物質(zhì)(鐵精礦或鐵礦粉)和造渣劑混合后，球磨至粒度小于
80目，然后焙燒預熱至800 140(TC;將焙燒預熱后的混合物料通過加料裝置連續(xù)加入液態(tài)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(zhì)、含鐵物質(zhì)、造渣劑和鋁熱還原劑的配料比按重量比為含鈦物質(zhì)含鐵物
質(zhì):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(zhì)(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(zhì)原料的粒度小于40目。
含鐵物質(zhì)(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(zhì)原料的粒度小于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%;造渣劑的粒度小于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，余量為Ah鋁熱還原劑粒度小于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(nèi)部噴吹顆粒還原劑進行強化還原，載氣為惰性氣體，噴吹 量按顆粒還原劑占含鈦物質(zhì)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；粒度小于4mm。
3、 除雜處理
噴吹精煉后的產(chǎn)物經(jīng)過冷卻，起錠，去除雜質(zhì)，獲得高品質(zhì)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%，余量為Fe。本發(fā)明的裝置包括加料裝置和冶煉裝置，加料裝置包括加料漏斗和加料管，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(nèi)襯；耐熱鋼管內(nèi)壁噴涂鎂砂內(nèi)襯，并固 定在電阻爐內(nèi)，耐熱鋼管和電阻爐內(nèi)壁之間設有耐火材料，電阻爐內(nèi)底部設有鎂砂底窩，加 料漏斗底部連接加料管，加料管的另一端插入耐熱鋼管內(nèi)部。在鎂砂底窩處、耐熱鋼管側(cè)壁 或者加料管內(nèi)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(nèi)取出，當噴吹冶煉結(jié)束并經(jīng)過冷卻后，直接將耐熱鋼管取 出，同時取出噴吹精煉后的金屬鑄錠。
本發(fā)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后的混合物料連續(xù)加入到液態(tài) 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(jié)束并經(jīng)過冷卻后，直接將耐熱鋼管取出，同時取出噴吹精煉 后的金屬鑄錠。
其中加入混合物料時，加料管插入金屬溶池內(nèi)部；噴吹顆粒還原劑時，噴吹管的噴吹口 位于高溫熔體內(nèi)部。
本發(fā)明方法和傳統(tǒng)的鋁熱還原、真空熔煉等制備高鈦鐵的工藝相比具有巨大的進步和優(yōu) 點。首先，該發(fā)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(chǎn)成本低等優(yōu)點，這一點與傳統(tǒng)的加鐵重熔或真空熔煉工藝相比具有本質(zhì)的進 步，傳統(tǒng)的熔煉工藝都是以廢鈦材為原料，生產(chǎn)成本極高，本發(fā)明方法的生產(chǎn)成本不到傳統(tǒng) 重熔法的1/2;其次，該發(fā)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(tǒng)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(tǒng) 的鋁熱還原法制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(fā)明方法鋁熱還原過程中所采用的還原劑 是復合還原劑，并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于2%。鋁熱還原過程中所采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 低于4.0%、 Si含量在2.0。/c以下；第五、由于采用了輔助加熱，將還原劑首先預熱到液態(tài)， 并把金紅石(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(tài)，保證金屬和渣的有效分離；第六、噴吹精煉采用惰性載氣，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(tǒng)的鋁熱還原法相比，該發(fā)明方法不需要點火劑進行點燃，避免了點火劑所造成的污染；最后，本發(fā)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，并在鋁熱還原過程進行噴吹深度還原處理，形成基于鋁熱 還原一步法制備高鈦鐵的短流程新方法，該方法具有流程短、生產(chǎn)成本低、能耗低，產(chǎn)品質(zhì) 量高等優(yōu)點，所制備的高鈦鐵合金，氧含量低于2%， Al含量低于4.0n/0、 Si含量低于2.0。/。， 而且產(chǎn)品微觀結(jié)構(gòu)均勻、致密。
本發(fā)明的基于液態(tài)鋁熱還原制備高品質(zhì)高鈦鐵合金的方法，所制備的高鈦鐵中鈦含量為 65%~75%，氧含量穩(wěn)定控制在2.0%以下，含Al54.0%、 S^2.0%、 C50.3%、 P^0.05%、 S^0.04%， 余量為Fe,可以很好地滿足用戶需求。本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，具有良好的應用 前景。


圖1為本發(fā)明實施例中的基于鋁熱還原制備高品質(zhì)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(nèi)襯，4、電阻爐，5、鎂砂底窩，6、套管升降固定裝置，7、 加料漏斗。
具體實施例方式
本發(fā)明實施例中采用的造渣劑為由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%;粒度小于lmm;以上物料均為工業(yè)品，純度大于90.0%。
本發(fā)明實施例中采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，粒度小于4mm;以上物料純度大于98%。
本發(fā)明實施例中采用的含鈦物質(zhì)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%;粒度小于40目。
本發(fā)明實施例中采用的含鐵物質(zhì)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%，粒度小于lmm。
本發(fā)明實施例中噴吹顆粒還原劑時采用的惰性氣體為氬氣。
本發(fā)明實施例中采用的耐火材料為鎂質(zhì)耐火材料，耐火度大于1800°C。
本發(fā)明實施例中采用的保護渣為工業(yè)用連鑄保護渣或者冰晶石。
以下為本發(fā)明優(yōu)選實施例。
實施例1
基于鋁熱還原制備高品質(zhì)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斗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(nèi)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(diào)節(jié)。
耐熱鋼管2內(nèi)壁噴涂有鎂砂內(nèi)襯3，并固定在電阻爐4內(nèi)，耐熱鋼管2和電阻爐4內(nèi)壁 之間設有耐火材料，電阻爐4內(nèi)的底部設有鎂砂底窩5，加料漏斗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(nèi)部；加料管內(nèi)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于電阻爐內(nèi)金屬熔池的內(nèi)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(nèi)部。
采用上述裝置，將鋁熱還原劑預熱到650'C熔化成液態(tài)，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 混合球磨至粒度小于80目，然后預熱到800'C,通過加料裝置加入到液態(tài)鋁熱還原劑形成的 金屬熔池內(nèi)部，其中造渣劑成分按重量百分比為含Li20 8%，含CaF230。/。，余量為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;加料完成后
冶煉10min。
通過加料管中的噴吹管向電阻爐內(nèi)金屬熔池中噴吹金屬鎂粉，載氣為氬氣，噴吹量按金 屬鎂粉占金紅石總量的0.005wt。/。，繼續(xù)冶煉20min，冷卻15h后將耐熱鋼管取出，同時取出 噴吹精煉后的金屬鑄錠，去除金屬鑄錠上的雜質(zhì)，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%，余 量為Fe。 實施例2
采用的裝置同實施例l。
將鋁熱還原劑預熱到700'C熔化成液態(tài)，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 小于80目，然后預熱到900'C，通過加料裝置加入到液態(tài)鋁熱還原劑形成的金屬熔池內(nèi)部， 其中造渣劑成分按重量百分比為含Na20 10%，含CaF2208/。，余量為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;加料完成后冶煉30min。
通過加料管中的噴吹管向電阻爐內(nèi)金屬熔池中噴吹CaB6，載氣為氬氣，噴吹量按CaB6 占金紅石總量的0.006wt%,繼續(xù)冶煉10min，冷卻15h后將耐熱鋼管取出，同時取出噴吹精 煉后的金屬鑄錠，去除金屬鑄錠上的雜質(zhì)，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，余量為Fe。實施例3
采用的裝置同實施例l。
將鋁熱還原劑預熱到80(TC熔化成液態(tài)，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 磨至粒度小于80目，然后預熱到1200'C，通過加料裝置加入到液態(tài)鋁熱還原劑形成的金屬 熔池內(nèi)部，其中造渣劑成分按重量百分比為含Na20 10%，含CaF220。/。，余量為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;加料完成后冶
煉20min。
通過加料管中的噴吹管向電阻爐內(nèi)金屬熔池中噴吹CaB6，載氣為氬氣，噴吹量按CaB6 占金紅石總量的0.008wt%,繼續(xù)冶煉10min，冷卻15h后將耐熱鋼管取出，同時取出噴吹精 煉后的金屬鑄錠，去除金屬鑄錠上的雜質(zhì)，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%，余量為Fe。 實施例4
采用的裝置同實施例l。
將鋁熱還原劑預熱到85(TC熔化成液態(tài)，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 小于80目，然后預熱到1400'C，通過加料裝置加入到液態(tài)鋁熱還原劑形成的金屬熔池內(nèi)部， 其中造渣劑成分按重量百分比為含1^20 5%，含CaF230e/。，余量為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;加料完成后冶煉20min。
通過加料管中的噴吹管向電阻爐內(nèi)金屬熔池中噴吹SiCa (含Ca30wt。/。)合金，載氣為氬 氣，噴吹量按SiCa合金占金紅石總量的0.013wtQ/。，繼續(xù)冶煉10min，冷卻15h后將耐熱鋼管 取出，同時取出噴吹精煉后的金屬鑄錠，去除金屬鑄錠上的雜質(zhì)，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.%，余量為Fe。 實施例5
采用的裝置同實施例l。
將鋁熱還原劑預熱到650'C熔化成液態(tài)，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于 80目，然后預熱到80(TC，通過加料裝置加入到液態(tài)鋁熱還原劑形成的金屬熔池內(nèi)部，其中 造渣劑成分按重量百分比為含Li20 8%，含CaF230。/。，余量為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;加料完成后冶煉iOmin。
通過加料管中的噴吹管向電阻爐內(nèi)金屬熔池中噴吹金屬鎂粉，載氣為氬氣，噴吹量按金
屬鎂粉占金紅石總量的0.005wto/。，繼續(xù)冶煉20min，冷卻15h后將耐熱鋼管取出，同時取出 噴吹精煉后的金屬鑄錠，去除金屬鑄錠上的雜質(zhì)，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%，余 量為Fe。 實施例6
采用的裝置同實施例l。
將鋁熱還原劑預熱到70(TC熔化成液態(tài)，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 于80目，然后預熱到90(TC，通過加料裝置加入到液態(tài)鋁熱還原劑形成的金屬熔池內(nèi)部，其 中造渣劑成分按重量百分比為含Na20 10%,含CaF220n/。，余量為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;加料完成后冶煉30min。
通過加料管中的噴吹管向電阻爐內(nèi)金屬熔池中噴吹CaB6，載氣為氬氣，噴吹量按CaB6 占金紅石總量的0.007wt%，繼續(xù)冶煉10min，冷卻15h后將耐熱鋼管取出，同時取出噴吹精 煉后的金屬鑄錠，去除金屬鑄錠上的雜質(zhì)，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%，余量為Fe。 實施例7
采用的裝置同實施例l。
將鋁熱還原劑預熱到800'C熔化成液態(tài)，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 至粒度小于80目，然后預熱到800'C，通過加料裝置加入到液態(tài)鋁熱還原劑形成的金屬熔池 內(nèi)部，其中造渣劑成分按重量百分比為含Na20 10%，含CaF220。/。，余量為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;加料完成后冶煉
20min。
通過加料管中的噴吹管向電阻爐內(nèi)金屬熔池中噴吹SiCa (含Ca30wt。/。)合金，載氣為氬 氣，噴吹量按SiCa合金占金紅石總量的0.010wt。/。，繼續(xù)冶煉10min，冷卻15h后將耐熱鋼管 取出，同時取出噴吹精煉后的金屬鑄錠，去除金屬鑄錠上的雜質(zhì)，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%，余量為Fe。實施例8
采用的裝置同實施例l。
將鋁熱還原劑預熱到85(TC熔化成液態(tài)，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 于80目，然后預熱到1400'C，通過加料裝置加入到液態(tài)鋁熱還原劑形成的金屬熔池內(nèi)部， 其中造渣劑成分按重量百分比為含Na20 5。/。，含CaF230W，余量為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;加料完成后冶煉20min。
通過加料管中的噴吹管向電阻爐內(nèi)金屬熔池中噴吹CaB6，載氣為氬氣，噴吹量按CaB6 占金紅石總量的0.015wt。/。，繼續(xù)冶煉10min，冷卻15h后將耐熱鋼管取出，同時取出噴吹精 煉后的金屬鑄錠，去除金屬鑄錠上的雜質(zhì)，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%，余量為Fe。 實施例9
采用的裝置同實施例1。
將鋁熱還原劑預熱到650'C熔化成液態(tài)，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 至粒度小于80目，然后預熱到900'C，通過加料裝置加入到液態(tài)鋁熱還原劑形成的金屬熔池 內(nèi)部，其中造渣劑成分按重量百分比為含B203 5%，含CaF225y。，余量為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;加料完成后冶煉
10min。
通過加料管中的噴吹管向電阻爐內(nèi)金屬熔池中噴吹CaC2，載氣為氬氣，噴吹量按CaC2 占高鈦渣總量的0.015wt%，繼續(xù)冶煉15min,冷卻15h后將耐熱鋼管取出，同時取出噴吹精 煉后的金屬鑄錠，去除金屬鑄錠上的雜質(zhì)，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%，余量為Fe。 實施例10
采用的裝置同實施例l。
將鋁熱還原劑預熱到700'C熔化成液態(tài)，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 至粒度小于80目，然后預熱到IOO(TC，通過加料裝置加入到液態(tài)鋁熱還原劑形成的金屬瑢 池內(nèi)部，其中造渣劑成分按重量百分比為含Ba05。/。，含CaF220W，余量為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;加料完成后冶煉20miri-。
通過加料管中的噴吹管向電阻爐內(nèi)金屬熔池中噴吹CaC2，載氣為氬氣，噴吹量按CaC2 占高鈦渣總量的0.012wt%,繼續(xù)冶煉20min，冷卻15h后將耐熱鋼管取出，同時取出噴吹精 煉后的金屬鑄錠，去除金屬鑄錠上的雜質(zhì)，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%，余量為Fe。 實施例ll
采用的裝置同實施例l。
將鋁熱還原劑預熱到85(TC熔化成液態(tài)，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 磨至粒度小于80目，然后預熱到1400'C，通過加料裝置加入到液態(tài)鋁熱還原劑形成的金屬 熔池內(nèi)部，其中造渣劑成分按重量百分比為含CaF215。/。，余量為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;加料完成后冶煉30min。
通過加料管中的噴吹管向電阻爐內(nèi)金屬熔池中噴吹SiCa (含Ca5wt%)合金，載氣為氬 氣，噴吹量按SiCa合金占高鈦渣總量的0.009wte/。，繼續(xù)冶煉10min，冷卻15h后將耐熱鋼管 取出，同時取出噴吹精煉后的金屬鑄錠，去除金屬鑄錠上的雜質(zhì)，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%，余量為Fe。
權利要求
1、一種基于鋁熱還原制備高品質(zhì)高鈦鐵合金的方法，其特征在于按以下步驟進行(1)將鋁熱還原劑預熱到650～850℃熔化成液態(tài)，表面覆蓋保護渣以防止氧化；將含鈦物質(zhì)、含鐵物質(zhì)和造渣劑球磨至粒度小于80目，然后焙燒預熱至800～1400℃；將焙燒預熱后的物料連續(xù)加入到液態(tài)鋁熱還原劑中，加入量的配料比按重量比為含鈦物質(zhì)∶含鐵物質(zhì)∶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(zhì)為金紅石或高鈦渣，含鐵物質(zhì)為鐵精礦或鐵礦粉；(2)向高溫熔體內(nèi)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占含鈦物質(zhì)的重量的0.005～0.015％，冶煉5～20min；(3)噴吹精煉后的產(chǎn)物經(jīng)過冷卻，起錠，去除雜質(zhì)，獲得高品質(zhì)高鈦鐵產(chǎn)品。
2、 根據(jù)權利要求1所述的一種基于鋁熱還原制備高品質(zhì)高鈦鐵合金的方法，其特征在 于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%，余量為A1。
3、 根據(jù)權利要求1所述的一種基于鋁熱還原制備高品質(zhì)高鈦鐵合金的方法，其特征在 于所述的造渣劑是以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%; 余量為CaO。
4、 根據(jù)權利要求1所述的一種基于鋁熱還原制備高品質(zhì)高鈦鐵合金的方法，其特征在 于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(jù)權利要求1所述的一種基于鋁熱還原制備高品質(zhì)高鈦鐵合金的方法，其特征在 于所述的高品質(zhì)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%，余量為Fe。
6、 根據(jù)權利要求1所述的一種基于鋁熱還原制備高品質(zhì)高鈦鐵合金的方法，其特征在 于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%， Al<5.5%;鐵精礦或 鐵礦粉的成分按重量百分比為含1^>65%， FeO<10.0%， SiO2<8.0%。
7、 一種基于液態(tài)鋁熱還原制備高品質(zhì)高鈦鐵合金的裝置，其特征在于該裝置包括加 料裝置和冶煉裝置，加料裝置包括加料漏斗和加料管；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(nèi)襯；其中耐熱鋼管內(nèi)壁噴涂鎂砂內(nèi)襯，并固定在電阻爐內(nèi)，耐熱 鋼管和電阻爐內(nèi)壁之間設有耐火材料，電阻爐內(nèi)底部設有鎂砂底窩，加料漏斗底部連接加料 管，加料管的另一端插入耐熱鋼管內(nèi)部；在鎂砂底窩處、耐熱鋼管側(cè)壁或者加料管內(nèi)設有噴吹管。
8、根據(jù)權利要求7所述的一種基于液態(tài)鋁熱還原制備高品質(zhì)高鈦鐵合金的裝置，其特 征在于所述的耐熱鋼管能夠從電阻爐內(nèi)取出。
全文摘要
基于鋁熱還原制備高品質(zhì)高鈦鐵合金的方法及裝置，屬于冶金技術領域，方法包括以下步驟(1)將鋁熱還原劑預熱到液態(tài)；將含鈦物質(zhì)、含鐵物質(zhì)和造渣劑經(jīng)過球磨、焙燒后連續(xù)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(jīng)過冷卻，起錠，去除雜質(zhì)，獲得高品質(zhì)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斗和加料管；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(nèi)襯。本發(fā)明的方法具有流程短、生產(chǎn)成本低、能耗低，產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點，裝置結(jié)構(gòu)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(yōu)先權日2008年12月26日
發(fā)明者燕 劉, 張廷安, 牛麗萍, 豆志河, 赫冀成 申請人:東北大學