利用金红石制备高钛铁的研究

论文摘要

高钛铁是含钛量为65%-75%的钛铁合金,是一种用途较为广泛的特种铁合金。目前生产优质高钛铁的主要方法为重熔法,但该方法主要以废钛材为原料,生产成本较高,限制了其广泛应用。本文针对传统铝热还原法制备高钛铁存在氧、铝含量高,杂质多等问题提出了一种新工艺。利用金红石通过铝热法制备出粗钛铁,然后通过预熔渣系对粗钛铁进行重熔精炼,得到铝、氧含量较低,杂质含量少的优质高钛铁。首先,计算以Al、Mg、Ca分别为还原剂的主要反应的绝热温度和单位热效应,结果表明,氧化还原反应产生的热量不足以维持整个体系热量平衡,需要配加发热剂氯酸钠提高反应体系的单位热效应。通过对反应标准吉布斯自由能的计算,表明需要加入碱性更强的CaO来抑制TiO生成,才能使热还原反应进行的更彻底,使钛的回收率提高。同时,CaO能起到造渣的作用,使渣金更容易分离。其次,通过对以金红石和铁鳞为原料、以铝为主要还原剂制备高钛铁的方法进行研究,考察了单位热效应、石灰配比、萤石配比、炉径尺寸、配铝量和复合还原剂对高钛铁制备结果的影响。实验结果表明,单位热效应为3000kJ·kg-1、石灰和萤石配比分别为配铝量的20%～25%和10%～14%、炉径尺寸为30cm时,钛的回收率最高,高钛铁中的铝和氧的含量仍然较高；配铝量和复合还原剂实验表明,配铝量增大,钛的回收率提高,高钛铁中铝含量也增大,用部分Mg、Ca代替A1可以减少高钛铁中的铝含量。对制备的高钛铁进行化学成分和XRD分析,除了铝和氧含量较高外,其他成分达到要求；高钛铁中的Al和O主要以A1203的形式存在。最后,对铝热法制备的高钛铁进行重熔精炼。选择熔点低、流动性好的预熔渣系进行配渣熔炼,把预熔渣与粗钛铁在感应炉中进行重熔精炼。结果表明：CaO-SiO2-CaF2预熔渣可以将高钛铁中铝和氧含量分别降低到1.04%和0.88%;CaO-SiO2-MgO-CaF2预熔渣可以将其中的铝和氧含量分别降到1.38%和1.41%；CaO-SiO2-Li2O-CaF2预熔渣精炼的最好结果为铝含量1.28%,氧含量为0.79%。XRD分析的结果表明,精炼钛铁中的物相主要为TiFe和Fe2Ti相,只有少量的杂质相,起到了脱氧除铝的目的。本文对其它一些预熔渣系进行了实验,精炼结果不理想,渣金没有分离。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 钛及钛合金
• 1.1.1 钛的概述
• 1.1.2 钛的性质
• 1.1.3 钛合金及其性质
• 1.2 钛铁
• 1.2.1 概述
• 1.2.2 钛铁的用途
• 1.3 高钛铁的制备方法
• 1.3.1 重熔法
• 1.3.2 铝热还原法
• 1.3.3 电-铝热法
• 1.3.4 碳热还原法
• 1.4 国内外高钛铁的研究现状
• 1.4.1 高钛铁的研究现状
• 1.4.2 高钛铁应用中面临的问题
• 1.5 研究的背景、意义及内容
• 1.5.1 本文研究的背景及意义
• 1.5.2 本文研究内容
• 第2章 热力学研究
• 2.1 绝热温度的计算
• 2.2 单位质量反应热
• 2.3 热力学分析
• 2.3.1 金属还原的热力学分析
• 2.3.2 熔渣的热力学分析
• 2.4 小结
• 第3章 铝热法制备高钛铁
• 3.1 实验原理
• 3.2 实验内容
• 3.2.1 原料分析
• 3.2.2 实验设备
• 3.2.3 实验步骤
• 3.2.4 实验配料计算
• 3.2.5 条件实验
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 单位热效应对实验结果的影响
• 3.3.2 石灰配比对实验结果的影响
• 3.3.3 萤石配比对实验结果的影响
• 3.3.4 炉径尺寸对实验结果的影响
• 3.3.5 配铝量对实验结果的影响
• 3.3.6 复合还原剂对实验结果的影响
• 3.4 高钛铁的分析
• 3.4.1 化学成分分析
• 3.4.2 XRD分析
• 3.5 小结
• 第4章 高钛铁的精炼
• 4.1 实验原理
• 4.2 实验内容
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 实验设备
• 4.2.3 实验步骤
• 4.3 结果与讨论
• 2-CaF₂预熔渣对实验结果的影响'>4.3.1 CaO-SiO₂-CaF₂预熔渣对实验结果的影响
• 2-MgO-CaF₂预熔渣系对实验结果的影响'>4.3.2 CaO-SiO₂-MgO-CaF₂预熔渣系对实验结果的影响
• 2-Li₂O-CaF₂预熔渣系对实验结果的影响'>4.3.3 CaO-SiO₂-Li₂O-CaF₂预熔渣系对实验结果的影响
• 4.3.4 其它渣系对实验结果的影响
• 4.4 小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢