铝热法高钛铁制备及其对钢液脱氧性能的影响

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，是冶炼特种钢、结构钢和特种合金钢的重要原材料，主要用作脱氧剂、脱气剂、合金元素添加剂和孕育剂。课题组采用铝热新工艺制备出了低氧高钛铁，但合金铝含量偏高，为此本课题制备出不同铝含量的低氧高钛铁，研究其在钢液脱氧过程的钛和铝的脱氧行为及对钢组织的影响。本研究主要内容包括：
　　⑴通过对钛氧化物析出的热力学计算，结果表明:在1873K用钛脱氧时，只要将溶解氧含量控制在0.003％以下，将优先析出Ti2O3颗粒，然后是TiO2和Ti3O5，最后析出TiO;实际的体系是Ti与Al共同脱氧，在1873K温度范围内，aTi/aAl＞8时钢液中的氧受钛控制，脱氧产物为Ti2O3;实际上Al2O3和Ti2O3能形成固溶体，需要控制钢液中aTi/aAl＞10，脱氧产物中a(Al2O3)才能很小，才能保证脱氧产物主要是Ti2O3。
　　⑵以金红石和钛铁矿为原料，考察不同的钛铁矿和金红石的用量比、配铝系数及不同重量的物料对钛铁合金质量的影响。采用X射线衍射及化学分析等技术对产品进行表征。结果表明:当钛铁矿/金红石为1∶2时，合金中钛和铝的含量最优，回收率最优;配料中过量的铝是导致合金中铝含量过高的直接原因，因此要合理的控制配铝系数;随着物料重量的增大，铝的含量减小，但钛的回收率有所降低;通过计算每组实验的单位热效应得出最合适的单位发热量为2800～3000kJ/kg。
　　⑶在中频感应炉内进行不同合金脱氧的高温熔炼实验，利用化学分析、金相显微镜、扫描电镜、能谱分析等手段对不同合金脱氧的试样的化学成分、组织、夹杂物进行分析。结果表明:钛铁合金脱氧是一个钛铝共同脱氧的过程，脱氧后，残余铝的含量符合要求。加入合金后，组织得到了细化，产生针状铁素体，这个变化起主要作用是钛元素;从夹杂物上分析可以看出，加入钛铁合金后，夹杂物及其周围的组织均发生了明显的变化，大部分夹杂物都含有Al、Ti两种元素，还含有少量的Mn元素。夹杂物基本上是硅酸盐类夹杂和Al2O3夹杂，而且夹杂物尺寸变小。随着脱氧剂用量的增加，硅酸盐类夹杂物变的越来越少，而夹杂物主要以Ti-Al-Mn的复合夹杂物存在，在这些夹杂物周围出现了放射状或部分放射状的针状铁素体组织。说明该类夹杂物起到了晶内铁索体核心的作用，诱导了晶内针状铁素体的形成，使钢中的夹杂物变害为利，产生了细化组织的效果。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 钛和钛合金

1．1．1 概述

1．1．2 金属钛及钛合金的性能

1．1．3 金属钛及钛合金的应用

1．2 钛铁合金

1．2．1 概述

1．2．2 钛铁的应用

1．3 高钛铁合金的生产方法

1．3．1 重熔法制备高钛铁

1．3．2 金属热还原法制备高钛铁

1．3．3 真空感应熔炼法制备高钛铁

1．4 铝热还原的冶金原理

1．5 高钛铁在炼钢中的应用

1．5．1 炼钢中的氧及控制

1．5．2 炼钢常用的脱氧方式

1．5．3 单元素的脱氧反应及影响因素

1．5．4 Ti的物理化学性质

1．5．5 Ti元素在钢中的作用

1．5．6 国内外研究现状

1．6 课题的提出及研究内容

第2章 钢液脱氧的热力学分析

2．1 钛氧化物析出热力学

2．1．1 TiOx析出的研究现状

2．1．2 Ti-O系TiOx析出

2．2 Ti-Al脱氧热力学

2．2．1 Ti-Al脱氧热力学的研究现状

2．2．2 钛铁合金脱氧热力学的计算

2．3 本章小结

第3章 高钛铁合金的制备

3．1 实验原料和设备

3．2 配料计算

3．3 实验流程

3．4 实验过程

3．5 铝热反应的热力学计算

3．5．1 铝热还原反应体系绝热温度计算

3．5．2 绝热温度下蒸汽压的计算

3．6 结果与分析

3．6．1 钛铁矿与金红石的配比对合金的影响

3．6．2 配铝系数对合金的影响

3．6．3 不同重量的物料对合金的影响

3．6．4 单位热效应对钛的收得率的影响

3．7 本章小结

第4章 钛铁合金在钢液脱氧的实验研究

4．1 实验研究方案

4．1．1 实验设备

4．1．2 实验原料

4．1．3 实验的渣系

4．1．4 实验方案

4．2 实验过程

4．2．1 实验操作步骤

4．2．2 试样的制备

4．3 结果与分析

4．3．1 不同钛铁合金对脱氧效果的影响

4．3．2 钛铁合金加入量对脱氧效果的影响

4．4 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢