專利名稱：高鈦低硅的鈦硅鐵合金及其制備方法
技術領域：
本發明屬于鐵合金冶煉技術領域，具體涉及一種高鈦低硅的鈦硅鐵合金及其制備方法。
背景技術：
釩鈦磁鐵礦經高爐冶煉，原礦中的約50%的TW2進入了高爐渣中，形成高鈦型高爐■，主要化學成分為 TiA 15 24 22 25%;A1203 13 14% ； MgO 8 10%;狗203 1 3%;Mn0 <1%。渣中鈦分散在鈣鈦礦、富鈦透輝石、攀鈦透輝石、 尖晶石和碳氮化鈦等礦物中。用高鈦型高爐渣制取鈦硅鐵合金是提取高鈦型高爐渣中的鈦元素和高爐渣綜合利用的有效途徑之一。但是現有技術中提出的各種用高爐渣制取含鈦合金的方法及圍繞該方法展開的各項技術研究中，都由于最終產品回收率低、雜質成分高等原因使得無法推廣應用。《用高爐鈦渣冶煉復合鐵合金》(徐楚韶等.礦冶工程.1988,11(2))記載了上世紀六十年代，重慶大學開發了用高爐鈦渣冶煉復合鐵合金技術，并在重慶鐵合金廠650kVA電爐上獲得19 23wt% Ti、42 Mwt % SiJe < 20.硅鈦鐵合金。1977年，重慶鐵合金廠直接采用含TiO2 24. 18wt%的攀鋼高爐渣進行試驗，獲得含27. 08wt% Ti,31. 05wt% Si、20. 20wt% Fe的硅鈦鐵合金。《用高爐鈦礦渣冶煉鈦硅合金的研究》(李祖樹等.《重慶大學學報》，1996年第19 卷第4期)報道了用直流電硅鋁熱法冶煉硅鈦合金的方法。所得合金中Ti為30 35wt %、 Si為25 35wt %，殘渣中TiR含量為5 IOwt %。《鈦硅鐵合金生產中金屬元素與渣氧化物的反應和平衡》(楊保祥.《鋼鐵釩鈦》 1995,16(2))報道了在200kVA的直流電爐上以TiO2含量為23.的高爐渣為原料得到的鈦硅鐵合金中Ti為15. 6 25. 7wt%, Si為43. 1 54. 5wt%，殘渣中TiR含量為 5. 47 9. 41wt%。專利號為ZL 200510019664. 3的中國專利《利用含鈦爐渣制備鈦及鈦合金的方法》報道了利用TW2為10 90wt%的含鈦爐渣制備鈦或鈦合金的方法。該發明公布了還原劑的組成以及在掃描電子顯微鏡下的觀察結果，證實了有金屬鈦相或鋁硅鈦相生成。除此之外，該發明還描述了原料混合方法將所有原料混合均勻后，再從冷態加熱至熔融狀態進行還原的過程。由上可知，使用現有技術方法獲得的鈦硅鐵合金中鈦含量低，一般在30wt %以下， 硅含量高，一般在40wt %左右，鈦含量與硅含量的比值較較小。由于大部分鈦合金鋼種對鋼中金屬硅含量都有限制，采用這種低鈦高硅的鈦硅鐵合金作合金劑時不可避免要帶入大量金屬硅，因此，這種合金在實際生產中一直得不到應用。近幾年來，我國高技術鋼材得到極大的發展。微合金鋼就是這些“高技術鋼材”中用量最大的一種。所謂微合金鋼，就是在鋼中加入微量的元素鈮、鈦、釩等強碳氮化物形成元素，起到使鋼基體的晶粒細化和沉淀硬化作用。與V和Nb相比，鈦合金微合金鋼具有性能優越，價格低廉的優點。而作為鈦微合金鋼的主要原料鈦鐵則隨著鈦鐵礦價格不斷走高， 資源越來越稀缺，鈦鐵生產成本越來越高。攀枝花擁有大量的高鈦型高爐渣，利用高鈦型高爐渣開發新的鈦硅鐵合金取代鈦鐵用作鈦合金劑具有重大意義。通過適當措施，升鈦降硅使合金中Ti達到40wt%以上是實現鈦硅鐵合金廣泛應用的必要條件。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種含鈦量高于40wt%的鈦硅鐵合金及其制備方法。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是高鈦低硅的鈦硅鐵合金，按重量配比含40 70%的Ti、8 40%的Si、3 15%的!^e以及不可避免的雜質。其中，上述鈦硅鐵合金中按重量配比含50 58 %的Ti、31 40 %的Si、3 11 % 的1 以及不可避免的雜質。其中，上述鈦硅鐵合金中雜質的重量不超過鈦硅鐵合金總重量的10%。進一步的，上述鈦硅鐵合金的密度為4. 2 4. 4g/cm3。其中，上述鈦硅鐵合金是通過向高鈦型高爐渣中加入外加劑進行熔融熱還原反應制備得到；其中，高鈦型高爐渣與外加劑的重量配比為高鈦型高爐渣外加劑=1 0. 4 0. 8 ；所述外加劑組成按重量配比為還原劑40 80%、高鈦物料0 30%、冷態高鈦型高爐渣0 30%、渣鐵0 20%、調渣劑0 5% ；外加劑中，高鈦物料、冷態高鈦型高爐渣和渣鐵的含量不同時為零；所述還原劑組成按重量配比為金屬鋁75 100%、硅0 20%、碳0 5% ；所述調渣劑是指氧化鈣含量按重量百分比大于40%的含鈣物料。其中，所述高鈦型高爐渣是指熔融態高鈦型高爐渣。其中，優選所述外加劑組成按重量配比為金屬鋁60 70%、高鈦物料10 15%、冷態高鈦型高爐渣10 15%、渣鐵5 10%、調渣劑3 5%。 其中，所述高鈦物料是指鈦黃粉、高鈦渣或金屬鈦廢料中的至少一種。其中，上述方法中將高鈦型高爐渣置于電爐內加熱到1500°C以上，再加入外加劑進行熔融熱還原反應。進一步的，熔融熱還原反應包括粗煉過程和精煉過程，粗煉過程通過向高鈦型高爐渣中加入外加劑產生的反應熱維持反應體系溫度在1550 1700°C之間，外加劑加入完畢且完全熔清后進入精煉過程。再進一步的，精煉過程中對反應體系加熱并控制反應體系溫度在1650 1800°C 之間，當反應殘渣中TiO2含量按重量百分比< 2%時，精煉結束；精煉結束后將反應體系保溫，促進渣金分離，之后冷卻得到高鈦低硅的鈦硅鐵合金。本發明還提供高鈦低硅的鈦硅鐵合金的制備方法，向高鈦型高爐渣中加入外加劑進行熔融熱還原反應制得高鈦低硅的鈦硅鐵合金；其中，高鈦型高爐渣與外加劑的重量配比為高鈦型高爐渣外加劑=1 0. 4 0. 8 ；
所述外加劑組成按重量配比為還原劑40 80%、高鈦物料0 30%、冷態高鈦型高爐渣0 30%、渣鐵0 20%、調渣劑0 5% ；外加劑中，高鈦物料、冷態高鈦型高爐渣和渣鐵的含量不同時為零；所述還原劑組成按重量配比為金屬鋁75 100%、硅0 20%、碳0 5% ；所述調渣劑是指氧化鈣含量按重量百分比大于40%的含鈣物料。所述調渣劑是氧化鈣含量按重量百分比大于40%的鋼渣、螢石或石灰中的至少一種。所述鋼S的成分按重量配比含Ca(X35 50%、Si& 10 15%、A1203 2 5%、MgO 9 14%, Fe 氧化物 20 35%, V2O5O. 5 3%禾口 P2O5O. 5 3%。所述渣鐵是指高爐渣經破碎磁選后獲得的金屬鐵含量按重量百分比大于50%的礦渣。渣鐵除含金屬鐵外，其余成分與高鈦型高爐渣相同。其中，上述方法所述高鈦型高爐渣是指熔融態高鈦型高爐渣。其中，上述方法中所述外加劑組成按重量配比為金屬鋁60 70%、高鈦物料 10 15%、冷態高鈦型高爐渣10 15%、渣鐵5 10%、調渣劑3 5%。其中，上述方法中所述高鈦物料是指鈦黃粉、高鈦渣或金屬鈦廢料中的至少一種。鈦黃粉是鈦白粉生產過程中的鐵、硫含量超標的TiO2含量按重量百分比大于80% 的廢棄物。高鈦渣是TiO2含量按重量百分比大于70%的鈦白原料，其氧化鈣和氧化鎂的總含量不超過15%。金屬鈦廢料是指金屬鈦含量按重量百分比大于80%的廢棄物，例如，海綿鈦生產過程中產生的金屬鈦廢料。其中，上述方法中將高鈦型高爐渣置于電爐內加熱到1500°C以上，再加入外加劑進行熔融熱還原反應。所述電爐為礦熱爐、直流電弧爐、交流電弧爐、電阻爐或感應爐。進一步的，熔融熱還原反應包括粗煉過程和精煉過程，粗煉過程通過向高鈦型高爐渣中加入外加劑產生的反應熱維持反應體系溫度在1550 1700°C之間，外加劑加入完畢且完全熔清后進入精煉過程。再進一步的，精煉過程中對反應體系加熱并控制反應體系溫度在1650 1800°C 之間，當反應殘渣中TiO2含量按重量百分比< 2%時，精煉結束；精煉結束后將反應體系保溫，促進渣金分離，之后冷卻得到高鈦低硅的鈦硅鐵合金。本發明的有益效果是發明人經過大量創造性的研究發現，現有技術采用硅熱還原法不能得到高鈦低硅的鈦硅鐵合金主要原因在于標準狀態下用金屬硅還原二氧化鈦生成金屬鈦的反應理論上是不能發生的。盡管實踐中得到一定成分的鈦硅鐵合金，但國內外對金屬硅還原T^2的反應能夠進行的研究和解釋甚少，一般認為是形成TiSi2等化合物的原因。同時，用作還原劑的金屬硅一部分進入合金中，進而增加了合金的硅含量。由于大部分鈦合金鋼種對鋼中金屬硅含量都有限制，采用低鈦高硅的鈦硅合金作合金劑時不可避免要帶入大量金屬硅。因此，現有技術中的含鈦量相對低、含硅量相對高的鈦硅鐵合金在實際生產中一直得不到應用。本發明通過還原能力更強的鋁熱反應體系，使在標準條件下TiO2 還原成Ti反應成為可能，并加入工藝調節劑高鈦物料、高鈦型高爐渣或渣鐵，使動力學條件更為充分，添加高鈦物料、高鈦型高爐渣或渣鐵，特別是三者同時添加時，能夠進一步能夠調整TW2的貧化過程，活躍反應熔池，抑制中間物質Tio生成，促進TW2 — Tio — Ti反應充分的向右進行，提高合金收得率。而且，通過熔渣物理顯熱利用和輔助加熱，進一步提高了單位熱效率，使高爐渣中T^2的還原率大幅度提高，進而使合金收得率有顯著提高。進一步的也提高了合金中鈦含量，鈦含量按重量百分比計達到40 70%，而硅的含量保持在相對比較低的水平，并使合金中鈦含量/硅含量在一個比較高的水平，使得本發明的鈦硅鐵合金能夠替代鈦鐵作為鈦合金劑，從而解決鈦鐵資源不足，鈦鐵價格不斷上漲導致的利用鈦鐵作為鈦合金劑成本高的問題，有利于本發明的鈦硅鐵合金推廣應用，避免了用現有技術方法生產的鈦硅鐵合金得不到應用的缺陷。并且，本發明為高鈦型高爐渣資源的綜合利用開辟了一種新的途徑。另外，本發明方法用到的物料大多都是化工、冶金企業的生產廢棄物，因此對于環境的整治、節能減排、以及資源的綜合利用都能起到重要的作用。
具體實施例方式本發明具體實施方式
如下高鈦低硅的鈦硅鐵合金，含40 70wt%的Ti、8 ^wt^mSidNlSwt^Wi^以及不可避免的雜質(Wt%是指重量百分比，下同)。由于大部分鈦合金鋼種對鋼中金屬硅含量都有限制，采用低鈦高硅的鈦硅合金作合金劑時不可避免要帶入大量金屬硅。因此，本發明提供一種鈦硅鐵合金，其鈦含量達到 40 70wt%，而硅的含量保持在相對比較低的水平，使得本發明的鈦硅鐵合金能夠替代鈦鐵作為鈦合金劑，從而解決鈦鐵資源不足，鈦鐵價格不斷上漲導致的利用鈦鐵作為鈦合金劑成本高的問題。優選的，上述鈦硅鐵合金中含50 Ti、31 Si、3 llwt% 的狗以及不可避免的雜質。本發明的鈦硅鐵合金在上述配比范圍內能夠減少對制備鈦硅鐵合金過程中的調節和控制，使生產成本更低，另外，含50 55wt%的Ti、33 40wt%的 Si,3 8wt%的!^e以及不可避免的雜質的鈦硅鐵合金產品應用范圍最廣。優選的，本發明鈦硅鐵合金中雜質的重量不超過鈦硅鐵合金總重量的10%。從而使得本發明鈦硅鐵合金質量更好，加入鋼水中冶煉時更容易控制，避免不需要的元素超標。進一步的，上述鈦硅鐵合金的密度為4. 2 4. 4g/cm3。本發明鈦硅鐵合金的密度在4. 2 4. 4g/cm3之間，說明本發明硅鐵合金結構致密，與鈦鐵密度相差不大，能夠替代鈦鐵直接添加到鋼水中進行冶煉。本發明還提供了一種高鈦低硅的鈦硅鐵合金的制備方法，即向高鈦型高爐渣中加入外加劑進行熔融熱還原反應制得高鈦低硅的鈦硅鐵合金；其中，高鈦型高爐渣與外加劑的重量配比為高鈦型高爐渣外加劑=1 0. 4 0. 8 ；所述外加劑組成為還原劑40 80wt%、高鈦物料0 30wt %、冷態高鈦型高爐渣0 30wt%、渣鐵0 20wt%、調渣劑0 5wt% ；外加劑中，高鈦物料、冷態高鈦型高爐渣和渣鐵的含量不同時為零；所述還原劑組成為金屬鋁75 IOOwt%、硅0 20wt%、碳0 5wt% ；所述調渣劑是指氧化鈣含量大于40wt%的含鈣物料。優選的，所述高鈦型高爐渣是指熔融態高鈦型高爐渣。本領域技術人員可以理解的是，本發明方法可以將煉鐵廠生產過程中排出的熔融態高鈦型高爐渣直接使用生產鈦硅鐵合金，當然也可以使用經過冷卻的冷態高鈦型高爐渣，使用冷態高鈦型高爐渣需要重新加熱使高爐渣熔融。本發明使用熔融態高鈦型高爐渣的目的是為了節約生產成本，一方面是煉鐵廠減少了將高鈦型高爐渣冷卻的過程，另一方面是鈦硅鐵合金生產企業減少了將冷態高鈦型高爐渣再加熱到熔融態的過程，從而大幅的節約了生產成本。再者，本發明使用上述的外加劑除了能夠保證生產出鈦含量達到40 70wt%鈦硅鐵合金外，其中添加的高鈦物料、高鈦型高爐渣或渣鐵還能夠調節最終鈦硅鐵合金中鈦、 硅和鐵的含量，可以根據需要的不同生產出適宜的鈦硅鐵合金。更重要的在于，添加高鈦物料、高鈦型高爐渣或渣鐵，特別是三者同時添加時，能夠進一步能夠調整TiO2的貧化過程， 活躍反應熔池，抑制中間物質TiO生成，促進TiA — TiO — Ti反應充分的向右進行，提高合金收得率。本發明添加的調渣劑能夠降低渣的粘度，同樣抑制中間物質TiO生成，促進 TiO2 — TiO — Ti反應充分的向右進行，有利于提高合金收得率。所述調渣劑是氧化鈣含量大于40wt%的鋼渣、螢石或石灰中的至少一種。優選的，為了能夠更好的調整TiO2的貧化過程，活躍反應熔池，使生產出的鈦硅鐵合金質量更好，調節渣的粘度在一個適宜的范圍、提高合金收得率，上述方法中所述外加劑組成為金屬鋁60 70wt%、高鈦物料10 15wt%、冷態高鈦型高爐渣10 15wt%、渣鐵5 IOwt%、調渣劑3 5wt%。優選的，上述方法中所述高鈦物料是指鈦黃粉、高鈦渣或金屬鈦廢料中的至少一種。優選的，上述方法中將高鈦型高爐渣置于電爐內加熱到1500°C以上，再加入外加劑進行熔融熱還原反應。本領域技術人員可以理解的是，可以先將高鈦型高爐渣與外加劑混合后再進行加熱，也可以先將高鈦型高爐渣加熱后再加入外加劑，而本發明優選先加熱到1500°C以上，再加入外加劑，從而能夠充分利用高爐渣與外加劑反應的反應熱。其中，所述電爐為礦熱爐、直流電弧爐、交流電弧爐、電阻爐或感應爐。優選的，熔融熱還原反應包括粗煉過程和精煉過程，粗煉過程通過向高鈦型高爐渣中加入外加劑產生的反應熱維持反應體系溫度在1550 1700°C之間，外加劑加入完畢且完全熔清后進入精煉過程。本發明的粗煉過程在為渣中Ti02、SiO2, Fe2O3等物質的還原提供必要條件的基礎上，還能夠節約在熔融熱還原反應過程中的加熱所需的能量。進一步的，當粗煉結束后，有大量尚未沉淀的合金粒留在渣中，通過精煉過程可以進一步貧化渣中TiO2，促進渣金分離，提高合金的回收率。因此，精煉過程中對反應體系加熱并控制反應體系溫度在1650 1800°C之間，當反應殘渣中TiA含量< 時，精煉結束；精煉結束后將反應體系保溫，促進渣金分離，之后冷卻得到高鈦低硅的鈦硅鐵合金。下面通過實施例對本發明做進一步說明。實施例一將渣罐從煉鐵廠運送到高爐渣提鈦生產線后，用傾翻機將11. 4噸熔融態高爐渣倒入9000KVA電爐內，測溫，熔渣溫度為1250°C。用石墨電極將熔池溫度提升至1500°C以上。然后打開加料閥，先加入15%的外加劑，外加劑總量為4. 56噸，組成為80wt%還原劑， 20wt%的冷態高鈦型高爐渣。降下電極起弧，點燃反應后再分5次將剩余外加劑加入爐內進行粗煉。其中，熔融態高鈦型高爐渣成分=TiO2含量為15. Hwt%，SiO2SM. 28wt%,TFe 為0.5Wt%。高爐渣與外加劑比例為1 0.40。還原劑的組成為金屬鋁90wt%、金屬硅IOwt%。粗煉過程通過分批多次的向熔融態高鈦型高爐渣中加入外加劑產生的反應熱維持熔池溫度在1600 1700°C之間，2. 5小時后，外加劑加入完畢熔池熔清，進行精煉，精煉過程中對反應體系加熱并控制反應體系溫度在1650 1800°C之間；精煉時間為60min，測溫取樣，反應殘渣中TiO2含量1. lwt%，精煉結束。打開爐口，采用渣金混合出爐方式，將合金和渣一起流入保溫罐中，隨爐冷卻到500°C以下。翻罐，破碎分選，即可得鈦硅鐵合金。鈦硅鐵合金主要成分為Ti :53wt%;Si :40wt%,Fe :3. 6wt%。合金密度4. Mg/cm3。合金收得率為78%。尾渣中TiO2含量為1. lwt%。實施例二將渣罐從煉鐵廠運送到高爐渣提鈦生產線后，用傾翻機將熔融態高爐渣14. 3噸倒入9000KVA電爐內，測溫，溫度為1360°C。用石墨電極加熱至1500°C以上。然后打開加料閥，先加入20wt%外加劑。外加劑總量為7. 15噸，組成為還原劑70Wt%、高鈦渣 20wt%、冷態高鈦型高爐渣8wt%、調渣劑調渣劑為攀鋼鋼渣。高鈦渣中TiO2含量為 74. 87wt%。還原劑為IOOwt %金屬鋁。降下電極，起弧，點燃反應，后再分7次將剩余外加劑加入爐內進行粗煉。其中，熔融態高鈦型高爐渣TW2含量為20. 87wt%, SiO2為25. 28wt%, IFe為0.5wt%。高爐渣與外加劑比例為1 0.5。粗煉過程通過分批多次向熔融態高鈦型高爐渣中加入外加劑產生的反應熱維持熔池溫度在1550 1700°C之間。每隔20min測溫一次(如果溫度低于控制的范圍，可以采取電加熱的方式升高溫度)，粗煉時間3小時，待熔池熔清后進行精煉，精煉過程中對反應體系加熱并控制反應體系溫度在1650 1800°C 之間，精煉時間為80min，測得反應殘渣中TiO2含量0. 83wt%,精煉結束。打開爐口，合金和渣一起流入保溫罐中，隨爐冷卻到500°C以下。翻罐，破碎分選，即可得鈦硅鐵合金。鈦硅鐵合金主要成分為Ti :66wt%;Si :27wt%,Fe :4. 5wt%。合金外觀呈淺灰色帶明顯金屬光澤，密度4. 25g/cm3。合金收得率為73wt%。尾渣中TiO2含量為0. 83wt%。實施例三煉鐵廠出來的渣罐運送到高爐渣提鈦生產線后，用傾翻機將熔融態高爐渣倒入 9000KVA電爐內，熔渣裝入量為8.2噸。測溫。熔渣溫度為1380°C。用石墨電極加熱至 1500°C以上，先加入12%外加劑，外加劑總量為4. 92噸，組成為還原劑65wt%、廢鈦料 12wt%、冷態高鈦型高爐渣13wt%、渣鐵7wt%、調渣劑3wt% ；調渣劑為螢石。降下電極起弧，點燃反應，后再分5次將剩余外加劑加入爐內。其中，熔融態高鈦型高爐渣Ti02含量為 21. 14wt%，Si02為24. 80wt%，TFe為1. 2wt%。高爐渣與外加劑比例為1 0.6。廢鈦料中Ti含量為78wt%。還原劑為100wt%金屬鋁。粗煉過程通過分批多次向熔融態高鈦型高爐渣中加入外加劑產生的反應熱維持熔池溫度在1550 1700°C之間。每隔20min測溫一次(避免爐溫低于1550°C時，如果低于需要輔助5min的電加熱)。粗煉時間1. 6小時。 熔池熔清后進行精煉，精煉過程中對反應體系加熱并控制反應體系溫度在1650 1800°C 之間，精煉時間為60min，測溫取樣，測得反應殘渣中TiO2含量0. 46wt%,精煉結束。打開爐口，合金和渣一起流入保溫罐中，隨爐冷卻到500°C以下。翻罐，破碎分選，即可得鈦硅鐵合金。鈦硅鐵合金主要成分為Ti :56wt%;Si :33wt%,Fe :7wt%。合金外觀呈淺灰色帶明顯金屬光澤，密度4. 32g/cm3。合金收得率為80. Iwt %。尾渣中Ti02含量為0. 46wt%。實施例四在630KVA的直流電弧爐內，用石墨電極將2噸冷態高鈦型高爐渣升溫至1600°C，模擬形成熔融態高爐渣熔池。此時熔融態高鈦型高爐渣TW2含量為25. 53wt%, SiO2為 23. 80wt%，IFe為2. 5wt%。高爐渣與外加劑比例為1 0.7。外加劑總量為1. 4噸，組成為還原劑55wt%、鈦黃粉25wt%、冷態高鈦型高爐渣10wt%、渣鐵10wt%。鈦黃粉中TW2 含量為87wt%。還原劑組成為金屬鋁80wt%、硅17wt%、碳3wt%。先加入15%外加劑， 降下電極起弧，點燃反應，再分8次將剩余外加劑加入爐內進行粗煉。粗煉過程通過分批多次向熔融態高鈦型高爐渣中加入外加劑產生的反應熱維持熔池溫度控制在1600 1700°C 之間。50min后，待熔池熔清后進行精煉，精煉過程中對反應體系加熱并控制反應體系溫度在1650 1800°C之間，精煉時間為40min。測溫取樣，測得殘渣中TiO2含量為1. 2wt%，冶煉結束。將合金和部分殘渣留在爐內保溫，冷卻后人工鑿出，破碎分選，即可得鈦硅鐵合金。 鈦硅鐵合金主要成分為Ti :45wt% ；Si :40wt%,Fe :llwt%。合金外觀略帶深藍色淺金屬光澤，密度4. 37g/cm3。合金收得率為86. Iwt %。尾渣中TiO2含量為1.2wt%。實施例五在630KVA的直流電弧爐內，用石墨電極將2噸冷態高鈦型高爐渣升溫至1600°C， 模擬形成熔融態高爐渣熔池。此時熔融態高鈦型高爐渣TW2含量為25. 53wt%, SiO2為 23. 80wt %，IFe為2. 5wt %。高爐渣與外加劑比例為1 0.8。外加劑總量為1.6噸， 組成為還原劑43wt%、高鈦渣12wt%、鈦黃粉10wt%、冷態高鈦型高爐渣25wt%、渣鐵 10wt%。還原劑組成為金屬鋁95wt%、碳5wt%。高鈦渣中TiO2含量為74.87wt%。鈦黃粉中TW2含量為87wt%。先加入IOwt %外加劑，降下電極起弧，點燃反應，再分8次將剩余外加劑加入爐內進行粗煉。粗煉過程通過分批多次向熔融態高鈦型高爐渣中加入外加劑產生的反應熱維持熔池溫度控制在1550 1700°C之間，50min后，待熔池熔清后進行精煉，精煉過程中對反應體系加熱并控制反應體系溫度在1650 1800°C之間，精煉時間為40min。 測溫取樣，測得殘渣中TiO2含量為1.8Wt%，冶煉結束。打開爐口，合金和渣一起流入保溫罐中，隨爐冷卻到500°C以下，翻罐，破碎分選，即可得鈦硅鐵合金。鈦硅鐵合金主要成分為 Ti :42wt% ；Si :40wt%, Fe :13wt%。合金外觀略帶深藍色淺金屬光澤，密度4. 38g/cm3。 合金收得率為Mwt %。尾渣中TiO2含量為1.8wt%。通過實施例可知，本發明通過還原能力更強的鋁熱反應體系，使在標準條件下 TiO2還原成Ti反應成為可能，并加入工藝調節劑高鈦物料、高鈦型高爐渣或渣鐵，使動力學條件更為充分，添加高鈦物料、高鈦型高爐渣或渣鐵，特別是三者同時添加時，能夠進一步能夠調整TiA的貧化過程，活躍反應熔池，抑制中間物質TiO生成，促進TiA — TiO — Ti 反應充分的向右進行，提高合金收得率。而且，通過熔渣物理顯熱利用和輔助加熱，進一步提高了單位熱效率，使高爐渣中T^2的還原率大幅度提高，進而使合金收得率有顯著提高。 進一步的也提高了合金中鈦含量，鈦含量按重量百分比計達到40 70%，而硅的含量保持在相對比較低的水平，并使合金中鈦含量/硅含量在一個比較高的水平，使得本發明的鈦硅鐵合金能夠替代鈦鐵作為鈦合金劑，從而解決鈦鐵資源不足，鈦鐵價格不斷上漲導致的利用鈦鐵作為鈦微合金劑成本高的問題，有利于鈦硅鐵合金推廣應用。本發明方法可以生產出含40 70wt %的Ti、8 40wt %的Si、3 15wt %的！^的鈦硅鐵合金，合金收得率都達到70wt%以上，其中，合金收得率是指根據某一原料配比實際生產出的鈦硅鐵合金的重量與根據該原料配比理論生產鈦硅鐵合金的重量之比。本發明方法用到的物料大多都是化工冶金企業的生產廢棄物，有利于改善環境衛生，提高資源利用率。并且，本發明為高鈦型高爐渣資源的綜合利用開辟了一種新的途徑。
權利要求
1.高鈦低硅的鈦硅鐵合金，其特征在于按重量配比含40 70%的Ti、8 40%的Si、 3 15%的狗以及不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的高鈦低硅的鈦硅鐵合金，其特征在于按重量配比含50 58%的Ti、31 40%的Si、3 11%的!^e以及不可避免的雜質。
3.根據權利要求1或2所述的高鈦低硅的鈦硅鐵合金，其特征在于雜質的重量不超過鈦硅鐵合金總重量的10%。
4.根據權利要求3所述的高鈦低硅的鈦硅鐵合金，其特征在于鈦硅鐵合金的密度為 4. 2 ~ 4. 4g/cm3。
5.高鈦低硅的鈦硅鐵合金的制備方法，其特征在于向高鈦型高爐渣中加入外加劑進行熔融熱還原反應制得高鈦低硅的鈦硅鐵合金；其中，高鈦型高爐渣與外加劑的重量配比為高鈦型高爐渣外加劑=1 0.4 0. 8 ；所述外加劑組成按重量配比為還原劑40 80%、高鈦物料0 30%、冷態高鈦型高爐渣0 30%、渣鐵0 20%、調渣劑0 5% ；外加劑中，高鈦物料、冷態高鈦型高爐渣和渣鐵的含量不同時為零；所述還原劑組成按重量配比為金屬鋁75 100%、硅0-20^3^0-5% ；所述調渣劑是指氧化鈣含量按重量百分比大于40%的含鈣物料。
6.根據權利要求5所述的高鈦低硅的鈦硅鐵合金的制備方法，其特征在于所述高鈦型高爐渣是指熔融態高鈦型高爐渣。
7.根據權利要求5所述的高鈦低硅的鈦硅鐵合金的制備方法，其特征在于所述外加劑組成按重量配比為金屬鋁60 70%、高鈦物料10 15%、冷態高鈦型高爐渣10 15%、渣鐵5 10%、調渣劑3 5%。
8.根據權利要求5所述的高鈦低硅的鈦硅鐵合金的制備方法，其特征在于所述高鈦物料是指鈦黃粉、高鈦渣或金屬鈦廢料中的至少一種。
9.根據權利要求5所述的高鈦低硅的鈦硅鐵合金的制備方法，其特征在于將高鈦型高爐渣置于電爐內加熱到1500°C以上，再加入外加劑進行熔融熱還原反應。
10.根據權利要求9所述的高鈦低硅的鈦硅鐵合金的制備方法，其特征在于熔融熱還原反應包括粗煉過程和精煉過程，粗煉過程通過向高鈦型高爐渣中加入外加劑產生的反應熱維持反應體系溫度在1550 1700°C之間，外加劑加入完畢且完全熔清后進入精煉過程。
11.根據權利要求10所述的高鈦低硅的鈦硅鐵合金的制備方法，其特征在于精煉過程中對反應體系加熱并控制反應體系溫度在1650 1800°C之間，當反應殘渣中TW2含量按重量百分比< 2%時，精煉結束；精煉結束后將反應體系保溫，促進渣金分離，之后冷卻得到高鈦低硅的鈦硅鐵合金。
全文摘要
本發明公開了一種高鈦低硅的鈦硅鐵合金及其制備方法，屬于釩鈦資源綜合利用以及鐵合金冶煉技術領域。該鈦硅鐵合金具有含鈦量高于40wt％的特點，按重量配比含40～70％的Ti、8～40％的Si、3～15％的Fe以及不可避免的雜質。該鈦硅鐵合金的制備方法是向高鈦型高爐渣中加入外加劑進行熔融熱還原反應制得高鈦低硅的鈦硅鐵合金；高鈦型高爐渣與外加劑的重量配比為高爐渣∶外加劑＝1∶0.4～0.8；所述外加劑按重量比包括40～80％的還原劑；所述還原劑主要成分為金屬鋁。本發明的鈦硅鐵合金能夠替代鈦鐵作為鈦合金劑，能夠推動鈦硅鐵合金的推廣應用，本發明方法有利于改善環境，提高資源利用率。
文檔編號C22C1/06GK102517472SQ20121000304
公開日2012年6月27日 申請日期2012年1月6日 優先權日2012年1月6日
發明者何奇, 余韻, 吳斌, 張建磊, 敖進清, 李堅, 楊志遠 申請人:攀枝花鋼城集團有限公司