[发明专利]基于铝热自蔓延梯度还原与渣洗精炼制备钛铁合金的方法

说明书

本发明提供一种基于铝热自蔓延梯度还原与渣洗精炼制备钛铁合金的方法，包括：(1)铝热自蔓延梯度还原：第一种方式，将原料分成若干批次，将首批次物料投入反应炉中，以镁粉从物料顶部点燃以引发自蔓延反应，陆续加入其它批次物料，直至反应完全；第二种方式，将除铝粉以外的原料混合均匀，以均匀流速加入到连续混料机中，同时将铝粉以梯度递减流速加入到连续混料机中，混匀的原料同时连续引入反应炉中进行铝热自蔓延反应，直至所有物料完全反应；(2)保温熔炼得到上层氧化铝基熔渣和下层合金熔体；(3)在下层合金熔体中喷吹精炼渣进行搅拌渣洗精炼；(4)将精炼后的高温熔体冷却至室温，除去上层熔炼渣后得到钛铁合金。

技术领域

本发明涉及制备钛铁合金的方法，具体涉及一种基于铝热自蔓延梯度还原与渣洗精炼制备钛铁合金的方法。

背景技术

在炼钢过程中加入各种金属和非金属元素，能创造出各种不同性能特殊钢。但是由于钛具有比重低(仅为4.5g/ml)、熔点高(达到1690℃)、易氧化的特点，直接在炼钢过程中添加容易使钛在钢液面上被氧化烧掉大部分，损失极大，并且不易控制，还存在单体金属制取工艺复杂、生产成本高、价格昂贵等一系列问题，因此，钛不适合采用以纯金属状态在炼钢时直接加入钢液中。为此，冶金工作者们研究制出了钛和铁的合金，使钛元素以合金的形式加入到钢水中，成为炼钢工业中的重要材料。钛铁是目前铁合金用用量最大的二元铁合金之一。

钛铁具有熔点低(1070～1130℃)等特性，因此可作为特种钢的添加剂。它还在制造高档钢、特种合金、储氢合金材料及电焊条涂料中得到广泛的应用。目前制备钛铁合金的方法主要有重熔法和金属热还原法(主要为炉外铝热法)。重熔法是以废钛料为主要原料，配料时加入铁，在中频电炉或中频感应炉中重熔，浇铸，除渣，制备出钛铁合金铸锭。重熔法制备钛铁具有合金中氧含量低及综合性能优良等优点，但受废钛原料来源的限制，这种方法的生产成本极高，难以满足市场需求。金属热还原法是以金红石或高钛渣为主要原料，铝粉为主要还原剂，配料中还添加CaO、CaF₂等为造渣剂，KClO₃为发热剂来制备钛铁。该方法具有原料来源广泛，价格便宜，能耗低，生产成本低等优点，但制备的钛铁氧含量过高(大于12.0％)，也无法满足市场需求。中国专利“一种分步金属热还原制备钛铁的方法(201010514572.3)”提出了在一步铝热还原冶炼阶段的还原剂铝按照理论用量的85％～90％，实际是处于不足量的状态，这样有利于降低合金中的铝残留量，在结合两步还原精炼脱氧进而制备出了低铝低氧的钛铁合金。中国专利“一种基于液态铝热还原制备高品质钛铁的方法(200810230203.4)”和“基于铝热还原-真空感应熔炼制备高品质钛铁的方法(ZL200710011614.X)”分别提出了采用液态铝热强化还原和真空精炼等手段脱氧，取得了比较好的强化还原效果，氧含量控制在2.0％～1.0％以下。中国专利“一种基于铝热自蔓延-喷吹深度还原制备钛铁合金的方法(CN 104131128 A)”提出了先在还原剂铝不足时，采用铝热自蔓延得到低铝的高温熔体；然后喷吹高温钙或镁高温蒸汽进行深度还原脱氧，制备出了低氧低铝的钛铁合金。但这些专利存在TiO₂还原不彻底、钛回收率较低等问题，基于这些问题，本发明提出了以金红石或高钛渣为原料，铝热还原-渣洗精炼制备钛铁合金的新方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于铝热自蔓延梯度还原与渣洗精炼制备钛铁合金的方法，以金红石或高钛渣、铝粉等为起始原料，采用梯度加料的方式进行铝热自蔓延反应得到高温熔体，再通过向高温熔体中加入高碱度精炼渣来调整渣的碱度和熔点，进行渣洗精炼，冷却后除去上部的熔炼渣得到低氧低铝的钛铁合金。本发明的技术方案为：

一种基于铝热自蔓延梯度还原与渣洗精炼制备钛铁合金的方法，包括以下步骤：

(1)铝热自蔓延梯度还原，采用以下两种方式之一：