金属热还原法制备高钛铁及其熔渣物理化学性质的研究

论文摘要

由于不锈钢、汽车用钢等对钛铁质量的要求越来越高,高品位钛铁合金的市场需求越来越大,开发高钛铁生产工艺显得愈加重要。本文研究了冶炼高钛铁所需渣系的物理化学性质,并采用金属热还原法初步制得所需合金。通过初晶温度的测定优选Al（49.9%Al2O3-35.8%CaO-14.3CaF2）、B1（55.3%A12O3-38.4%CaO-6.3%CaF2）、C1（57.4%Al2O3-34.2%CaO-8.4%CaF2）三组母渣,三组母渣的初晶温度均在1400～1500℃,母渣成分组成符合实验预期的设想。其中A1渣的初晶温度最低为1425℃。研究了三组母渣同时添加不同比例MgO（2%、4%、6%、8%）时的初晶温度的变化规律。结果表明,渣中添加适量的MgO具有一定的助熔作用,在添加量为8%MgO时,三组渣系的最低初晶温度分别为1366℃、1414℃、1388℃。测量了上述渣系不同温度下的电导率,结果表明,在相同温度下,初晶温度越低的熔渣电导率越高；不同渣系在不同温度下的电导率主要集中在0.1-0.6Ω-1·cm-1。综合分析对比各渣系的初晶温度和电导率,认为52.8%Al2O3-31.5%CaO-7.7%CaF2-8%MgO的熔渣性质较佳。测定了推荐渣型的黏度温度变化曲线,得到拟合方程：熔渣的黏度随温度的升高而逐渐减小；当温度高于1450℃时,渣样的黏度变化趋于平缓,黏度值小于0.83Pa-s呈现出良好的流动性。进行了金属热还原法制备高钛铁的实验,考察了不同实验条件对钛回收率的影响,并综合实验结果给出了较佳的实验条件。即：以C型渣为配渣基准,实际铝加入量为理论用铝量的95%,单位炉料反应热为2900kJ/kg,复合还原剂的用量为总铝量的1/3。在此条件下,金属钛的含量约为62%～67%,回收率为45%～50%,合金产物中铝含量偏高。扫描电镜分析知,钛铁组织中存在三至四种主要相,分别为含铁钛氧固溶体相、氧化铝夹杂相、Al-Ti-O复杂相以及少量的游离金属钛相;Fe元素存在偏析现象。反应后期,熔池温度下降、熔体流动性差、熔体黏度增加,Al2O3迁移阻力变大渣金层密度差减小、渣层上浮推动力不足,导致反应前期残留下来的TiO2和Al2O3无法与钛铁完全分离,这是高钛铁氧化物夹杂多、氧残留高的根本原因。实验表明,若想获得合格的高钛铁,必须进行二次精炼,降低合金中氧化夹杂物含量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 高钛铁冶炼方法及研究现状
• 1.2.1 高钛铁的冶炼方法
• 1.2.2 铝热还原的冶金原理
• 1.2.3 高钛铁的研究现状
• 1.3 高钛铁熔渣对冶炼过程的影响
• 1.3.1 熔渣在冶炼中的作用
• 1.3.2 制约高钛铁回收率的因素
• 1.4 金属热还原法产生熔渣的性质研究现状
• 1.5 本文研究内容与研究意义
• 第2章 高钛铁熔渣的性质研究
• 2.1 实验原料及装置
• 2.2 高钛铁熔渣初晶温度测定
• 2.2.1 前言
• 2.2.2 实验方法
• 2.2.3 实验结果与讨论
• 2.3 高钛铁熔渣电导率测定
• 2.3.1 前言
• 2.3.2 实验方法
• 2.3.3 实验结果与讨论
• 2.4 本章小结
• 第3章 金属热还原法制备高钛铁合金
• 3.1 前言
• 3.2 实验
• 3.2.1 实验试剂及主要设备
• 3.2.2 实验工艺流程
• 3.2.3 配料计算
• 3.2.4 高钛铁冶炼
• 3.3 实验结果讨论
• 3.3.1 前期预实验结果
• 3.3.2 渣型对实验结果的影响
• 3.3.3 铝加入量对实验结果的影响
• 3.3.4 发热剂加入量对实验结果的影响
• 3.3.5 复合还原剂加入量对实验结果的影响
• 3.3.6 冶炼产物的检测结果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 结论
• 参考文献
• 致谢