利用金红石制备高钛铁的研究

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租钛铁，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Al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Al2O3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。

目录

声明

摘要

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 研究的背景及意义

1．5．2 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

4．3．1 CaO-SiO2-CaF2预熔渣对实验结果的影响

4．3．2 CaO-SiO2-MgO-CaF2预熔渣系对实验结果的影响

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