CN105603293B

CN105603293B - 以攀西钛原料电炉重熔法生产钛铁合金

Info

Publication number: CN105603293B
Application number: CN201610189939.6A
Authority: CN
Inventors: 何金勇; 宋国菊; 蒲芝明; 何源; 何海军
Original assignee: PANZHIHUA YINJIANG JINYONG INDUSTRY AND TRADE Co Ltd
Current assignee: PANZHIHUA YINJIANG JINYONG INDUSTRY AND TRADE Co Ltd
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2016-03-30
Publication date: 2017-08-25
Anticipated expiration: 2036-03-30
Also published as: CN105603293A

Abstract

本发明属于钛铁合金冶炼领域，具体涉及以攀西钛原料电炉重熔法生产钛铁合金。包括以下步骤：以100Kg由攀西地区富钛料、钢铁料组成的原料为重量基准，按重量配比向原料中加入辅助材料后，采用电炉重熔法冶炼，获得杂质总含量低于5%的优质钛铁合金产品；所述原料组成的重量百分比为：攀西地区富钛料30～90%、钢铁料10～70%；所述辅助材料的加入量为：铝质还原剂0.25～1.0Kg、辅助还原剂0.3～1.0Kg、钙质冶金辅料1.0～1.5Kg。本发明原料来源确定，生产工艺安全可靠，电能耗低，钛铁品位高，杂质含量低，形成质量稳定的钛铁合金产品，生产成本降低，并实现了钛铁合金重熔法生产的工业化，满足了用户对优质高品位钛铁的需求。

Description

以攀西钛原料电炉重熔法生产钛铁合金

技术领域

本发明属于钛铁合金冶炼领域，具体涉及以攀西钛原料电炉重熔法生产钛铁合金。

背景技术

钛的密度4.5g/cm³，熔化温度1660℃，与硫、氧、氮具有强烈相互作用。为了得到弥散分布的细小TiN颗粒，连铸是必要的条件。在不锈钢、硼处理钢和IF钢中，钛作为稳定剂，与碳和氮形成析出物。在热轧钢中加入钛，可起到析出强化和控制硫化物形态的作用。连铸钢中加入少的钛，可改善铸坯的表面质量。薄板钢、微合金化锻造钢和高强低合金钢的焊接热影响区域中，弥散分布的稳定的含钛颗粒，有利于细化晶粒，在热处理配合下，微量钛能显著提高低合金钢的强度和韧性。由于钛在钢中具有阻止晶粒长大，阻止形成奥氏体再结晶，以及产生显著的沉淀强化效果等作用，因此，低合金高强钢、工具钢、不锈钢及结构钢等广泛使用钛铁合金化。

随着钢材质量提高和品种增加，对钛铁质量及品种要求也越来越高。美国、西欧、日本、加拿大等国主要应用高品位钛铁，我国则主要使用低品位钛铁。目前，利用丰富的钛铁矿资源，国内通常采用金属还原法直接还原生产w(Ti)=25%～75%的普通钛铁及高钛铁，但产品中的铝、氧、氮含量很高，很难控制，氧含量过高，无法满足用户对高品质钛铁的需求。如公开号为CN101484201A的中国专利申请公开了“以钛原料冶炼制备系列钛铁合金的方法”、公开号为CN102509957A的中国专利申请公开了“以钛渣与钛精矿为钛、铁原料生产高钛铁合金的方法”、以及公开号为CN104152694A的中国专利申请公开了“铝镁钙法生产高钛铁合金”，其钛铁合金的氧含量均在6%以上。重熔法制备高钛铁则可有效控制合金的氧含量，因此国外多采用重熔法生产w(Ti)=65～75%、w(Al)≤4%的高品质钛铁，而我国因原料来源有限，重熔法生产高钛铁的价格是还原法生产高品位钛铁价格的两倍，冶炼成本极高，而且目前我国优质高品位钛铁主要从国外进口，成本费用高，从而严重制约了该钛铁品种的发展。

申请人于2009年6月10日公布了“以钛原料冶炼制备系列钛铁合金的方法（公开号CN101484201A）”的专利申请，该方法采用铝热还原法，解决了用含磷、硫高的攀西地区钒钛磁铁矿冶炼制备钛铁合金的技术问题。为弥补金属还原法制备钛铁合金方法的不足，并针对攀西地区钒钛磁铁矿原料杂质含量高的特点，申请人探索了重熔法生产FeTi30～FeTi90各种牌号钛铁的可行性，进行了中频感应炉冶炼钛铁试验，通过多炉试验，取得良好冶金效果，重熔法生产钛铁工艺技术上可行，系列钛铁产品全部符合国标要求，品质上乘，且该工业化生产方法在国内外均未见报道。

发明内容

本发明针对重熔法生产高品质钛铁，原料来源有限，冶炼成本很高，而现有原料含杂质高的钒钛磁铁矿重熔法生产钛铁又难于实现的上述问题，提供一种以攀西钛为原料电炉重熔法生产钛铁合金的方法。该方法原料来源确定，生产工艺安全可靠，电能耗低，钛铁品位高，杂质含量低，形成质量稳定的钛铁合金产品，生产成本降低，并实现了钛铁合金重熔法生产的工业化。

实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

以攀西钛原料电炉重熔法生产钛铁合金，其特征在于包括以下步骤：

以100Kg由攀西地区富钛料、钢铁料组成的原料为重量基准，按重量配比向原料中加入辅助材料后，采用电炉重熔法冶炼，获得杂质总含量低于5%的优质钛铁合金产品；

所述原料组成的重量百分比为：攀西地区富钛料30～90%、钢铁料10～70%；

所述辅助材料的加入量为：铝质还原剂0.25～1.0Kg、辅助还原剂0.3～1.0 Kg、钙质冶金辅料1.0～1.5Kg；

所述的攀西地区富钛料为钛含量≥95%的富钛料；

所述的钢铁料为TFe含量≥99%的废钢；

所述的铝质还原剂为Al≥95%的金属铝；

所述的辅助还原剂为Si含量≥70%的硅铁合金；

所述的钙质冶金辅料为CaO含量≥85%的生石灰。

所述的以攀西钛原料电炉重熔法生产钛铁合金的具体工艺步骤如下：

将钢铁料加入中频炉中，于1560℃以上的温度下熔化后，依次加入铝质还原剂、钙质冶金辅料及辅助还原剂，扒渣后，再以惰性物封炉口，然后将攀西地区富钛料缓慢加入金属液中，边加边搅拌，金属完全熔化后，将钛铁金属液倒入冷却罐内，冷却24～36h后获得钛铁合金产品。

所述的惰性物为Ar含量≥98%的氩气。

所述冷却罐的罐壁温度不低于200℃。

上述含量的百分比均为质量百分比。

下面对本发明技术方案的可行性依据说明如下：

重熔法生产钛铁是(Ti)_(s)＝[Ti]_(l)的简易熔化过程。熔化温度高低和熔化热大小决定了该工艺的技术可行性和经济适用性。

根据铁钛(图1)和铁钛铝(图2)相图，铁与钛的互溶性优良，在任何区域不会产生液相分层。相对应于FeTi30～FeTi90的钛铁，液相线温度为1085～1530℃；FeTi30Al10～FeTi90Al10的钛铁，液相线温度为1200～1500℃，因此，在该温度区域可完全实现。同时，钛在铁中熔化热只有376J/g，因而熔化时并不需要太多的能量，电耗应不会太高。可见，重熔法生产钛铁技术上能实现，经济上也适宜。而且经过400～500公斤级的实验证明，得到了含钛达30～90%、杂质总含量低于5%的优质钛铁系列产品。

本发明的有益技术效果在于：

1、以攀西地区富钛料作为原料，原料来源稳定，即避免了含杂质高的钒钛磁铁的浪费，又降低了生产成本。同时，与申请人早先公开的“以钛原料冶炼制备系列钛铁合金的方法（铝热法）”的专利申请相比，由该方法制得的钛铁合金产品，仅铝、氧、氮的杂质含量即大于6%，而采用本发明重熔法生产钛铁合金，合金中的杂质总含量即可降低到低于5%，不但杂质含量大大降低，且工艺上易于控制，可获得品位更高的符合国家标准的FeTi30、FeTi40、FeTi50、FeTi60、FeTi70、FeTi80 及国内目前尚无标准的FeTi90新产品。

2、由于冶炼过程有大量的Al₂O₃产生，而Al₂O₃可与CaO结合形成CaO·Al₂O₃，因此，通过加入生石灰，既可调整渣的酸碱平衡度，同时又能增加炉渣的硫容和磷容，从而起到提高硫磷脱除能力，抑制逆反应发生的作用，有效降低了S、P水平。CaO加入量高于此比例，影响炉渣熔点，不利于P和S的传质，部分CaO原料还会带入少量P和S。

3、所使用的铝量相对铝热法更低，从而减少了铝在钛铁合金中的残留量。

4、采用攀西地区富钛原料、钢铁料、铝质还原剂、辅助还原剂、钙质冶金辅料、惰性物作为原料并进行合理搭配，达到了金属钛与铁合金相的形成，并反应生成钛铁合金。该生产工艺安全可靠，电能耗低，形成质量稳定的优质钛铁合金产品，经济上适宜，适合于实际工业应用。满足了国内对高品质钛铁的需求。

附图说明

图1为本发明Fe-Ti相图。

图2为本发明Fe-Ti-Al相图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式对本发明作进一步说明，但本发明保护的技术方案并不限于下例实施例。

本发明原料组成的重量百分比为：攀西地区富钛料30～90%、钢铁料10～70%；

按400Kg原料计的辅助材料的加入量为：铝质还原剂1.0～4.0Kg、辅助还原剂1.2～4.0Kg、钙质冶金辅料4.0～6.0Kg；

本发明所采用的原料、辅助材料、惰性物的化学成分（wt%）见下表所示：

原料和辅助材料

Ti

TFe

Al

CaO

Si+Ca

Ar

攀西地区富钛料

≥95

钢铁料（废钢）

≥99

铝质还原剂（金属铝）

≥99

钙质冶金辅料（生石灰）

≥85

辅助还原剂（硅钙合金）

≥50

惰性物（氩）

≥98

以攀西钛原料电炉重熔法生产优质钛铁合金，包括以下步骤：

将钢铁料加入中频炉中，于1560℃以上温度下熔化后，依次加入铝质还原剂、钙质冶金辅料及辅助还原剂，扒渣后，再以惰性物封炉口，然后将攀西地区富钛料缓慢加入金属液中，边加边搅拌，金属完全熔化后，将钛铁金属液倒入冷却罐（罐壁温度不低于200℃）内，冷却24～36h后获得杂质总含量低于5%的优质钛铁合金产品。

实施例1

按400公斤级原料生产FeTi30，原料和辅助材料包括：

攀西地区富钛料120Kg，废钢280kg，金属铝1Kg，生石灰4Kg，辅助还原剂1.2Kg；

具体工艺步骤如下：

将钢铁料加入中频炉中，于1560℃以上的温度下熔化后，依次加入铝质还原剂、钙质冶金辅料及辅助还原剂，扒渣后，再以氩封炉口，然后将攀西地区富钛料缓慢加入金属液中，边加边搅拌，金属完全熔化后，将钛铁金属液倒入罐壁温度不低于200℃的冷却罐内，冷却24～36h后获得钛铁合金产品。

经检测，该FeTi30产品的化学成分及含量（wt%）如下：

Ti：28.26 Si：<1.0 Al：<0.30 P： 0.025

S：0.032 C：0.024 Cu：<0.10 Mn：<0.50

V：<0.01

杂质总含量小于1.8%。

实施例2

按400公斤级原料生产FeTi40，原料和辅助材料包括：

攀西地区富钛料160Kg，废钢240kg，金属铝1.5Kg，生石灰4Kg，辅助还原剂2Kg；

具体工艺步骤如下：

将钢铁料加入中频炉中，于1560℃以上温度下熔化后，依次加入铝质还原剂、钙质冶金辅料及辅助还原剂，扒渣后，再以氩封炉口，然后将攀西地区富钛料缓慢加入金属液中，边加边搅拌，金属完全熔化后，将钛铁金属液倒入罐壁温度不低于200℃的冷却罐内，冷却24～36h后获得钛铁合金产品。

经检测，该FeTi40产品的化学成分及含量（wt%）如下：

Ti：41.00 Si：<1.0 Al：<0.30 P： 0.013

S：0.027 　C：0.043 Cu：<0.01 　Mn：<0.24

V：<0.01

杂质总含量小于1.8%。

实施例3

按400公斤级原料生产FeTi50，原料和辅助材料包括：

攀西地区富钛料200Kg，废钢200kg，金属铝2Kg，生石灰4.5Kg，辅助还原剂3Kg；

经检测，该FeTi50产品的化学成分及含量（wt%）如下：

Ti：50.52 Si：<1.0 Al：<0.30 P：0.020 N：0.062

S：0.020 C：0.022 Cu：<0.01 Mn：<0.50 O：1.30

V：<0.01

杂质总含量小于1.8%。

实施例4

按400公斤级原料生产FeTi60，原料和辅助材料包括：

攀西地区富钛料240Kg，废钢160kg，金属铝3Kg，生石灰5Kg，辅助还原剂3Kg；

具体工艺步骤如下：

将钢铁料加入中频炉中，于1560℃以上温度下熔化后，依次加入铝质还原剂、钙质冶金辅料及辅助还原剂，扒渣后，再以氩封炉口，然后将攀西地区富钛料缓慢加入金属液中，边加边搅拌，金属完全熔化后，将钛铁金属液倒入冷却罐（罐壁温度不低于200℃）内，冷却24～36h后获得钛铁合金产品。

该FeTi60产品的化学成分及含量（wt%）如下：

Ti：56.91 Si：<1.0 Al：<0.30 P：0.019 　 N：0.079

S：0.017 C：0.020 Cu：<0.013 Mn：0.374 O：1.17

V：<0.01

杂质总含量小于1.8%。

实施例5

按400公斤级原料生产FeTi70，原料和辅助材料包括：

攀西地区富钛料280Kg，废钢120kg，金属铝3Kg，生石灰5Kg，辅助还原剂4Kg；

具体工艺步骤如下：

该FeTi70产品的化学成分及含量（wt%）如下：

Ti：71.67 Si：<1.0 Al：<0.30 P：0.010 　 N：0.12

S：0.010 C：0.036 Cu：<0.10 Mn：0.161 　O：0.76

V：<0.01

杂质总含量小于1.8%。

实施例6

按400公斤级原料生产FeTi80，原料和辅助材料包括：

攀西地区富钛料320Kg，废钢80kg，金属铝4Kg，生石灰6Kg，辅助还原剂2Kg；

具体工艺步骤如下：

将钢铁料加入中频炉中，于1560℃以上温度下熔化后，依次加入铝质还原剂、钙质冶金辅料及辅助还原剂，扒渣后，再以氩炉口，然后将攀西地区富钛料缓慢加入金属液中，边加边搅拌，金属完全熔化后，将钛铁金属液倒入冷却罐（罐壁温度不低于200℃）内，冷却24～36h后获得钛铁合金产品。

该FeTi80产品的化学成分及含量（wt%）如下：

Ti：78.34 　 Si：<1.0 Al：<0.30 P： 0.011 　 N：0.32

S：0.006 C：0.023 Cu：<0.10 Mn：<0.50 　 O：0.80

V：<0.01

杂质总含量小于1.8%。

从上述生产高钛铁的实施例3～6可看出，本发明重熔法生产的钛铁合金的氧含量最高为1.3%，最低仅为0.76%，且钛含量最高可达78.34%，同时杂质总含量低于1.8%，即使扩大原料的生产级别（增加生产量），杂质总含量也不会超过5%。由此说明以攀西钛原料电炉重熔法生产钛铁合金，技术稳定可靠，满足了用户对优质高品位钛铁的需求。

Claims

1.以攀西钛原料电炉重熔法生产钛铁合金的方法，其特征在于包括以下步骤：

所述的攀西地区富钛料为钛含量≥95%的富钛料；

所述的钢铁料为TFe含量≥99%的废钢；

所述的铝质还原剂为Al≥95%的金属铝；

所述的辅助还原剂为Si含量≥70%的硅铁合金；

所述的钙质冶金辅料为CaO含量≥85%的生石灰。

2.根据权利要求1所述的以攀西钛原料电炉重熔法生产钛铁合金的方法，其特征在于：具体工艺步骤如下：

3.根据权利要求2所述的以攀西钛原料电炉重熔法生产钛铁合金的方法，其特征在于：所述的惰性物为Ar含量≥98%的氩气。

4.根据权利要求2所述的以攀西钛原料电炉重熔法生产钛铁合金的方法，其特征在于：所述冷却罐的罐壁温度不低于200℃。

5.根据权利要求1或2所述的以攀西钛原料电炉重熔法生产钛铁合金的方法，其特征在于：按400公斤级原料生产FeTi30，原料和辅助材料包括：攀西地区富钛料120Kg，废钢280kg，金属铝1Kg，生石灰4Kg，辅助还原剂1.2Kg。

6.根据权利要求1或2所述的以攀西钛原料电炉重熔法生产钛铁合金的方法，其特征在于：按400公斤级原料生产FeTi40，原料和辅助材料包括：攀西地区富钛料160Kg，废钢240kg，金属铝1.5Kg，生石灰4Kg，辅助还原剂2Kg。

7.根据权利要求1或2所述的以攀西钛原料电炉重熔法生产钛铁合金的方法，其特征在于：按400公斤级原料生产FeTi50，原料和辅助材料包括：攀西地区富钛料200Kg，废钢200kg，金属铝2Kg，生石灰4.5Kg，辅助还原剂3Kg。

8.根据权利要求1或2所述的以攀西钛原料电炉重熔法生产钛铁合金的方法，其特征在于：按400公斤级原料生产FeTi60，原料和辅助材料包括：攀西地区富钛料240Kg，废钢160kg，金属铝3Kg，生石灰5Kg，辅助还原剂3Kg。

9.根据权利要求1或2所述的以攀西钛原料电炉重熔法生产钛铁合金的方法，其特征在于：按400公斤级原料生产FeTi70，原料和辅助材料包括：攀西地区富钛料280Kg，废钢120kg，金属铝3Kg，生石灰5Kg，辅助还原剂4Kg。

10.根据权利要求1或2所述的以攀西钛原料电炉重熔法生产钛铁合金的方法，其特征在于：按400公斤级原料生产FeTi80，原料和辅助材料包括：攀西地区富钛料320Kg，废钢80kg，金属铝4Kg，生石灰6Kg，辅助还原剂2Kg。