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CN109266843A - 一步生产铝硅钛合金的方法 - Google Patents

一步生产铝硅钛合金的方法 Download PDF

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CN109266843A CN201811338486.4A CN201811338486A CN109266843A CN 109266843 A CN109266843 A CN 109266843A CN 201811338486 A CN201811338486 A CN 201811338486A CN 109266843 A CN109266843 A CN 109266843A
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张溅波
赵青娥
刘亚东
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Abstract

本发明属于合金冶炼技术领域，具体涉及一种一步生产铝硅钛合金的方法。针对现有生产铝硅钛合金的方法操作复杂、流程长的问题，本发明提供一种一步生产铝硅钛合金的方法，包括以下步骤：a、将高钛型高炉渣、还原剂粉碎后，与粉煤灰、粘结剂和水按比例混合均匀，压制成球团；所述还原剂为焦炭粉或石油焦；b、将步骤a所得球团干燥后，在1800～1950℃下反应2～3h，再在1600～1700℃下反应2～3h，转入精炼炉中，在1400～1700℃下，加入精炼剂精炼0.8～1.3h，过滤、铸锭，得到铝硅钛合金。本发明仅采用一步反应就得到铝硅钛合金；显著缩短了生产铝硅钛合金的时间，缩短了0.5～1.5h，生产流程更短，效率高，适宜推广使用。

Description

一步生产铝硅钛合金的方法
技术领域
本发明属于合金冶炼技术领域，具体涉及一种一步生产铝硅钛合金的方法。
背景技术
钛是有色金属和某些合金钢、铸钢的组成元素，其具有细化合金组织的能力。向合金中加入0.1～0.6％的钛，不仅可以脱氧、净化，而且能改善合金在常温、高温时的机械强度。如在硅铝合金中含有钛时，其结晶组织细化，耐磨性、耐腐蚀性及耐高温强度都增强。因此，开发铝硅钛合金或向铝硅合金添加钛被视为热门技术，备受青睐。
高钛型高炉渣主要是钒钛磁铁矿经高炉炼铁后产生的废渣，其中有益元素钛的含量高达20～24％。粉煤灰是燃煤电厂产生的主要固体废弃物其含量约占燃煤总量的5～20％，其中包含15～40％的Al2O3，34～65％的SiO2以及部分未燃尽的残炭。现有技术公开了一种由高钛型高炉渣和粉煤灰制备铝硅钛合金的方法。
专利CN103266232A公开了一种铝硅钛合金的生产方法，该方法将按重量计55～75份的粉煤灰、15～35份的碳质还原剂、5～7份的粘结剂和4～6份的水混合均匀后，压制成球团并烘干；将烘干后的球团加入矿热电弧炉中进行冶炼，炉内温度控制为1800～1950℃；待反应完全后，向矿热电弧炉内装入冷态高钛型高炉渣粉料进行冶炼，炉内温度控制为1600～1700℃；反应完全后，出炉并在精炼炉中进行精炼；过滤除渣，浇铸得到铝硅钛合金。
该方法能够采用高钛型高炉渣和粉煤灰制备得到铝硅钛合金，但该方法需要先将球团冶炼后，再加入高钛型高炉渣冶炼，反应分为两步，操作过程复杂，流程长。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：现有生产铝硅钛合金的方法操作复杂、流程长的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案为：提供一种一步生产铝硅钛合金的方法。该方法包括以下步骤：
a、将高钛型高炉渣、还原剂粉碎后，与粉煤灰、粘结剂和水按比例混合均匀，压制成球团；所述还原剂为焦炭粉或石油焦；
b、将步骤a所得球团干燥后，在1800～1950℃下反应2～3h，再在1600～1700℃下反应2～3h，转入精炼炉中，在1400～1700℃下，加入精炼剂精炼0.8～1.3h，过滤、铸锭，得到铝硅钛合金。
其中，上述一步生产铝硅钛合金的方法中，步骤a所述高钛型高炉渣为TiO2含量20～24％的高炉渣。
其中，上述一步生产铝硅钛合金的方法中，步骤a所述高钛型高炉渣粉碎后粒度为0.075～0.425mm。
其中，上述一步生产铝硅钛合金的方法中，步骤a所述还原剂为固定碳含量≥80％的还原剂，粉碎后粒度为≤2mm。
其中，上述一步生产铝硅钛合金的方法中，步骤a所述粉煤灰为Al2O3含量15～40％，SiO2含量34～65％的粉煤灰。
其中，上述一步生产铝硅钛合金的方法中，步骤a所述粘结剂为膨润土。
其中，上述一步生产铝硅钛合金的方法中，步骤a所述混合时的比例为：按重量百分比计，高钛型高炉渣40～55％，粉煤灰20～30％，焦炭粉或石油焦15～25％，粘结剂2～3％，水4～6％。
其中，上述一步生产铝硅钛合金的方法中，步骤b所述干燥温度为100～150℃，干燥后的球团要求水分≤1％，强度要求≥1500N。
其中，上述一步生产铝硅钛合金的方法中，步骤b所述的铝硅钛合金组成为：按重量百分比：铝10～17％，硅30～42％，钛35～43％，余量为铁和其他杂质。
本发明的有益效果为：
本发明提供了一种一步生产铝硅钛合金的方法，利用高钛型高炉渣和粉煤灰为主要原料，粉煤灰中同时含有Al2O3和SiO2，并且成分稳定，易于配制，可以仅采用一步反应就得到铝硅钛合金；本发明显著缩短了生产铝硅钛合金的时间，缩短了0.5～1.5h，生产流程更短，效率高，并且原料都为废弃物，来源广泛，成本低廉，具有极高的应用价值。
具体实施方式
本发明提供了一种一步生产铝硅钛合金的方法，包括以下步骤：
a、将高钛型高炉渣、还原剂粉碎后，与粉煤灰、粘结剂和水按比例混合均匀，压制成球团；所述还原剂为焦炭粉或石油焦；
b、将步骤a所得球团干燥后，在1800～1950℃下反应2～3h，再在1600～1700℃下反应2～3h，转入精炼炉中，在1400～1700℃下，加入精炼剂精炼0.8～1.3h，过滤、铸锭，得到铝硅钛合金。
其中，上述一步生产铝硅钛合金的方法中，为了充分利用高钛型高炉渣中的钛，步骤a所述高钛型高炉渣为TiO2含量20～24％的高炉渣。
其中，上述一步生产铝硅钛合金的方法中，为了使原料混合更为均匀，步骤a所述高钛型高炉渣粉碎后粒度为0.075～0.425mm。
其中，上述一步生产铝硅钛合金的方法中，为了使原料混合更为均匀，步骤a所述还原剂为固定碳含量≥80％的还原剂，粉碎后粒度为≤2mm。
其中，上述一步生产铝硅钛合金的方法中，步骤a所述粉煤灰为Al2O3含量15～40％，SiO2含量34～65％的粉煤灰。
其中，上述一步生产铝硅钛合金的方法中，为了方便制成球团，步骤a所述粘结剂为膨润土。
其中，上述一步生产铝硅钛合金的方法中，为了制备得到特定成分的铝硅钛合金，步骤a所述混合时的比例为：按重量百分比计，高钛型高炉渣40～55％，粉煤灰20～30％，焦炭粉或石油焦15～25％，粘结剂2～3％，水4～6％。
其中，上述一步生产铝硅钛合金的方法中，步骤b所述干燥温度为100～150℃，为了避免球团粉化，干燥后的球团要求水分≤1％，强度要求≥1500N。
其中，上述一步生产铝硅钛合金的方法中，步骤b所述的铝硅钛合金组成为：按重量百分比：铝10～17％，硅30～42％，钛35～43％，余量为铁和其他杂质。
本发明利用高钛型高炉渣和粉煤灰为主要原料生产铝硅钛合金，这两种原料分别是钒钛磁铁矿经高炉炼铁后产生的废渣和燃煤电厂产生的主要固体废弃物，来源广泛，无法用其他方法利用时还会造成堆砌，污染环境。本发明创造性的想到利用两种原料中分别含有的钛、硅、铝来制备铝硅钛合金，相比传统制备铝硅钛合金必须采用两步反应，仅需要一步反应即可得到铝硅钛合金，缩短了流程，简化了工艺。
本发明能够采用高钛型高炉渣和粉煤灰制备得到铝硅钛合金的关键还在于：先对高钛型高炉渣进行了处理，使其粒度在0.075～0.425mm以内，避免了粒度过大不利于造球。同时，又添加了还原剂和粘结剂，预先制备成球团，保证了在反应过程中各组分可充分接触，还原反应动力学条件良好。
本发明将高钛型高炉渣、还原剂、粉煤灰、粘结剂和水一起制备成球团，能够在一步反应中就得到含铝硅钛的合金，相比于单独加入高钛型高炉渣，减少了原料处理步骤，也避免了反应中先得到含铝、硅的合金，再引入钛得到含钛的合金，反应流程短，效率更高。
通过上述各个步骤的共同配合，构成一个有机整体，最终制备得到了铝10～17％，硅30～42％，钛35～43％，余量为铁和其他杂质的铝硅钛合金。本发明方法减轻了环境负担，还实现了资源的可持续发展，经济效益显著。
下面将通过实施例对本发明的具体实施方式做进一步的解释说明，但不表示将本发明的保护范围限制在实施例所述范围内。
实施例1采用本发明方法生产铝硅钛合金
在9000KVA交流矿热电弧炉中用高钛型高炉渣和粉煤灰为原料生产铝硅钛合金。原料配比为：按重量百分比计，高钛型高炉渣40％，粉煤灰32％，焦炭粉或石油焦20％，粘结剂3％，水5％。其中粉煤灰中Al2O3含量为38％，SiO2含量为45％，高钛型高炉渣中TiO2含量为23％；石油焦中固定碳含量为83％。首先对高钛型高炉渣进行磨制，将其粒度控制在0.075～0.425mm，预处理还原剂焦炭粉或石油焦，将其制成粒度≤2mm的粉料，然后与高钛型高炉渣，粉煤灰，粘结剂，水按比例4％混合均匀后辊压成球团；球团进行干燥，干燥温度为110℃，干燥后的球团水分0.95％，强度1550N。球团入9000KVA交流矿热电弧炉冶炼，先期炉内温度控制在1850℃，反应时间2.5h；再将炉内温度调节至1650℃，继续反应2.5h出炉至精炼炉中；温度1600℃，加入精炼剂精炼1h；最后过滤除渣，铸锭即得到铝硅钛合金。
所得铝硅钛合金中铝重量百分比含量为15％，硅重量百分比含量为37％，钛重量百分比含量为41％，余量为其他元素。
实施例2采用本发明方法生产铝硅钛合金
在9000KVA交流矿热电弧炉中用高钛型高炉渣和粉煤灰为原料生产铝硅钛合金。原料配比为：按重量百分比计，高钛型高炉渣40％，粉煤灰32％，焦炭粉或石油焦20％，粘结剂3％，水5％。其中粉煤灰中Al2O3含量为38％，SiO2含量为45％，高钛型高炉渣中TiO2含量为23％；石油焦中固定碳含量为83％。首先对高钛型高炉渣进行磨制，将其粒度控制在0.075～0.425mm，预处理还原剂焦炭粉或石油焦，将其制成粒度≤2mm的粉料，然后与高钛型高炉渣，粉煤灰，粘结剂，水按比例5％混合均匀后辊压成球团；球团进行干燥，干燥温度为105℃，干燥后的球团水分0.9％，强度1600N。球团入9000KVA交流矿热电弧炉冶炼，先期炉内温度控制在1850℃，反应时间2.5h；再将炉内温度调节至1650℃，继续反应2.5h出炉至精炼炉中；温度1600℃，加入精炼剂精炼1h；最后过滤除渣，铸锭即得到铝硅钛合金。
所得铝硅钛合金中铝重量百分比含量为15％，硅重量百分比含量为37％，钛重量百分比含量为41％，余量为其他元素。
实施例3采用本发明方法生产铝硅钛合金
在9000KVA交流矿热电弧炉中用高钛型高炉渣和粉煤灰为原料生产铝硅钛合金。原料配比为：按重量百分比计，高钛型高炉渣40％，粉煤灰32％，焦炭粉或石油焦20％，粘结剂3％，水5％。其中粉煤灰中Al2O3含量为38％，SiO2含量为45％，高钛型高炉渣中TiO2含量为23％；石油焦中固定碳含量为83％。首先对高钛型高炉渣进行磨制，将其粒度控制在0.075～0.425mm，预处理还原剂焦炭粉或石油焦，将其制成粒度≤2mm的粉料，然后与高钛型高炉渣，粉煤灰，粘结剂，水按比例4.5％混合均匀后辊压成球团；球团进行干燥，干燥温度为120℃，干燥后的球团水分0.96％，强度1610N。球团入9000KVA交流矿热电弧炉冶炼，先期炉内温度控制在1850℃，反应时间2.5h；再将炉内温度调节至1650℃，继续反应2.5h出炉至精炼炉中；温度1600℃，加入精炼剂精炼1h；最后过滤除渣，铸锭即得到铝硅钛合金。
所得铝硅钛合金中铝重量百分比含量为15％，硅重量百分比含量为37％，钛重量百分比含量为41％，余量为其他元素。

Claims (9)

1.一步生产铝硅钛合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、将高钛型高炉渣、还原剂粉碎后，与粉煤灰、粘结剂和水按比例混合均匀，压制成球团；所述还原剂为焦炭粉或石油焦；
b、将步骤a所得球团干燥后，在1800～1950℃下反应2～3h，再在1600～1700℃下反应2～3h，转入精炼炉中，在1400～1700℃下，加入精炼剂精炼0.8～1.3h，过滤、铸锭，得到铝硅钛合金。
2.根据权利要求1所述的一步生产铝硅钛合金的方法，其特征在于：步骤a所述高钛型高炉渣为TiO2含量20～24％的高炉渣。
3.根据权利要求1所述的一步生产铝硅钛合金的方法，其特征在于：步骤a所述高钛型高炉渣粉碎后粒度为0.075～0.425mm。
4.根据权利要求1所述的一步生产铝硅钛合金的方法，其特征在于：步骤a所述还原剂为固定碳含量≥80％的还原剂，粉碎后粒度为≤2mm。
5.根据权利要求1所述的一步生产铝硅钛合金的方法，其特征在于：步骤a所述粉煤灰为Al2O3含量15～40％，SiO2含量34～65％的粉煤灰。
6.根据权利要求1所述的一步生产铝硅钛合金的方法，其特征在于：步骤a所述粘结剂为膨润土。
7.根据权利要求1所述的一步生产铝硅钛合金的方法，其特征在于：步骤a所述混合时的比例为：按重量百分比计，高钛型高炉渣40～55％，粉煤灰20～30％，焦炭粉或石油焦15～25％，粘结剂2～3％，水4～6％。
8.根据权利要求1所述的一步生产铝硅钛合金的方法，其特征在于：步骤b所述干燥温度为100～150℃，干燥后的球团要求水分≤1％，强度要求≥1500N。
9.根据权利要求1所述的一步生产铝硅钛合金的方法，其特征在于：步骤b所述的铝硅钛合金组成为：按重量百分比：铝10～17％，硅30～42％，钛35～43％，余量为铁和其他杂质。
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