專利名稱：低硅鈦鐵及其制備方法
技術領域：
本發明屬于鐵合金生產技術領域，特別涉及以鈦精礦和鈦材廢料一起作為原料，采用鋁熱法和重熔法相結合的熔煉方法，且以顆粒狀鋁粒還原、重熔制備的低硅鈦鐵及其制備方法。本發明制備的低硅鈦鐵適宜于深沖薄鋼板，尤其適宜于汽車用IF鋼冶煉用的低硅鈦鐵。
隨著對煉鋼技術特別是對精煉技術的研究，使鋼中有害元素的控制已能達到相當滿意的程度，如近年來發展起來的各種鐵水預脫硫技術、轉爐復吹技術、真空精煉技術等等，為冶煉超純凈無間隙鋼提供了較為完善的工藝手段。
由于煉鋼技術的不斷發展，鋼鐵行業對煉鋼所用的鐵合金也提出了高純度化的要求，希望投入鋼水中的鐵合金所含雜質元素盡可能低，特別是對在煉鋼精煉期投入的鐵合金所含雜質元素必須嚴加控制，以免對鋼水造成二次污染。
眾所周知，高延伸率的深沖薄板鋼是以鈦作為鋼材的合金化劑的，一般采用向鋼水精煉爐內投加鈦鐵的方法進行。因此，它希望鈦鐵中所含Si、C等雜質元素要盡可能低，因為Si、C等元素盡管在一定程度上能增加鋼材的強度，但會使延伸率和深沖性都受到影響。
但是，目前國內生產的常規FeTi30，其含鈦量為30％左右，含硅量為4％左右，含碳量在0.08％～0.1％之間，無法滿足該鋼種的要求。
向鋼水中投加金屬鈦，無疑能滿足雜質含量低的要求，但金屬鈦熔點高(≈1670℃)、密度小(4.5g/cm3)，投入鋼水后由于其密度較小而易于浮在表面，且由于其熔點較高而不易熔化，這樣就容易造成鈦元素收得率的波動，致使鋼中含鈦量不穩定，影響鋼材質量。
向鋼水中投加高鈦鐵(FeTi70)也是一種方法。高鈦鐵熔點低(≈1100℃)，投入鋼水后能很快熔化，雜質含量也較低，能滿足高質量鋼種的要求。但高鈦鐵是以金屬鈦作原料加鐵重熔而成，因受到金屬鈦資源的影響而難以大規模生產，很難滿足煉鋼行業如此大量的需要。因此，該方法要普及推廣，目前還存在較大難度。
為了充分滿足鋼鐵行業生產日益增長的需要，制備低硅鈦鐵就顯得格外緊迫。特別是隨著加工業、裝飾業、民用制品業等行業的迅猛發展，鈦材廢料量(如板材邊角料、車創屑等)也將會隨之增加，因此，如何采用廢鈦料作為原料，同時直接采用鈦精礦來制備低硅鈦鐵，以期廢料再生，降低成本，且滿足鋼材質量向純凈化發展的需要，就顯得尤要重要。人們都在為之而努力。如中國專利公開的專利號為95113728，各稱為鈦鐵合金的制備方法；和專利號為96117080，名稱為一種高鈦鐵的制備方法等，都是提供了以廢鈦材為原料加鐵重熔制備鈦鐵的方法，且據其公開的資料稱，其Si、C等元素的含量都達到了相當低少的水平。但是前者在真空感應爐的坩堝中熔煉，而后者則是在敞開式電加熱爐中熔煉。誠然后者與前者相比，具有投資較少，操作簡便可靠、生產成本較低等實質性的進步，但是綜觀以上兩個技術方案，仍然存在著投資較大，電力能耗高，生產成本較高，且受到鈦材廢料資源的制約等不足。
本發明的目的在于提供一種以鈦材廢料和鈦精礦一起作為原料，采用鋁熱法和重熔法相結合的熔煉方法，制備低硅鈦鐵的方法及低硅鈦鐵，以克服現有技術的不足，同時降低其成品的雜質含量。
實現本發明之目的所采取的技術方案如下本發明的制備方法，是以鈦材廢料和鈦精礦一起作為原料，采取鋁熱法和重熔法相結合的熔煉方法，用鋁粒還原鈦精礦和重熔鈦材廢料。此乃是本發明的總體構思特征。
為了使反應充分，加快工序節拍，縮短熔煉周期，本發明的改進點還在于所說的鋁粒之粒度為0.4-0.125mm；所說的鈦材廢料之粒/塊度≤150mm，或塊重＜3Kg。
本發明的制備方法依次按照以下步驟進行按要求選料、烘烤；按重量配比分別配混主料、精煉料和點火劑；將一定量之配混好的主料與點火劑所組成的底料投入熔煉爐；用“紅火”激發點火劑；待底料反應形成熔浴后投加主料；投加鈦材廢料；投加精煉料；投加渣面緩凝劑石灰粉；排渣；自然冷卻后撥棄熔爐爐筒后將鈦鐵錠投入水箱內通水冷卻；精整篩分。
優選的投加鈦材廢料的時間＜10分鐘。
優選的投加精煉料的時間＜4分鐘。
優選的主料由鈦精礦、鋁粒、鐵鱗、石灰粉和氯酸鉀所組成，而其重量百分含量(％)為鈦精礦57，鋁粒31，鐵鱗2.5，石灰粉7.5，氯酸鉀2。
采用本發明之制備方法所制備的低硅鈦鐵的化學成分(％)為Ti Si Al CS p Fe35-45 ≤2.5 ≤12 ≤0.05 ≤0.02≤0.02余量本發明是采用鋁粒還原鈦精礦與重熔金屬鈦材廢料同時進行的冶煉方法。在鋁粒還原鈦精礦的同時，不間斷地向還原反應爐內投加小塊狀金屬鈦，利用鋁熱法反應的熱量將金屬鈦熔化，并使反應產物均勻地混合，使反應產物的含鈦量提升到預期的品位；同時在配方中投入過量的鋁，使之在反應中主要形成鋁鈦化合物，以抑制合金中硅鈦化合物的形成，而將反應產物中的含硅量控制到預期要求。
綜上所述，本發明之制備方法，是將鋁熱法和重熔法結合起來，以鋁粒還原鈦精礦與重熔鈦材廢料兩者同時進行，具有制備方法簡便可靠，投資相對較少，成本相對較低，其產成品(低硅鈦鐵)雜質含量低，鈦元素含量范圍波動小，含有較高含量的鋁，能提高煉鋼生產中鈦元素的收得率和脫氧能力等特點，為鈦鐵合金向高純度方向發展開辟了一條新的制備途徑，以滿足鋼材質量向純凈化發展的需要。
以下將結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
本發明的一種優選的實施例如下(請參閱附
圖1--工藝流程圖)1、設備主要的有8m2反射(單膛)爐，1.2m3配料桶、存料桶，3m3轉鼓式混料機，5m3中間料倉，冶煉爐(爐筒中徑1460mm，高度1250mm)，冷卻水箱。
2、原料(1)鈦精礦TiO2≥48％SiO2≤1.5％ ΣFe≤35％ C、S、P均≤0.02％(2)鋁粒Al≥99％ Si≤0.5％粒度0.45～0.125mm(40～120目)(3)金屬鈦(即鈦材廢料)
Ti≥95％ Al≤5％ Si≤0.15％粒度≤150mm或塊重小于3Kg(4)鐵磷ΣFe≥65％ SiO2≤1.5％粒度≤0.9mm (20目)(5)石灰CaO≥90％C≤0.4％粒度≤2mm (10目)(6)氯酸鉀KClO3≥99.5％粒度≤2mm(10目)3、原料配比(1)主料(Kg/批)鈦精礦950/4，鋁粒518/批，鐵鱗40/4，石灰粉120/4，氯酸鉀30/4。(按以上重量分4批稱重配料)(2)精煉料(Kg)鋁粒131，鐵鱗342，石灰粉50，氯酸鉀48。
(3)點火劑(Kg)鋁粒5，鐵鱗6，硝酸鈉4。
(4)鈦材廢料660Kg。
4、操作步驟。
(1)原料準備A、金屬鈦(即鈦材廢料)因金屬鈦邊角料大小不一，在使用前需對金屬鈦進行分類加工處理。
a、厚度≤15mm的經Q11-15×2500剪板機剪切，其尺寸不大150×150×15mmb、厚度＞15mm的經氧炔焰切割，其單塊重量不大于3Kg。
c、車刨屑，經T58L-100絲桿打包機成塊處理，其密度為4.0～4.5g/cm3，體積不大于250×250×100mm。
B、鈦精礦、鐵鱗的烘烤將鈦精礦、鐵鱗分區域投入8m2單膛反射爐內烘烤，溫度由偶測量顯示進行控制。溫度控制范圍為700～900℃。鈦精礦是以每批950Kg投入爐內進行烘烤預熱，每批鈦精礦烘烤時間為30～40分鐘，在烘烤期間每5～8分鐘翻動一次鈦精礦，以防表層燒結。鈦精礦出爐溫度控制在400～450℃。鐵鱗是一次性投入爐內烘烤的，使用時分層扒出，出爐溫度為200～250℃。
C、石灰石灰采購回廠后，需進行分揀處理，去除石灰中的生灰、死灰及焦炭等雜質，隨后貯存在密封箱中，使用時先用1.2mm(16目)的篩網過篩，去除粉化石灰，隨后經過φ900×1800干式球磨機球磨后，經2mm(10目)的篩網篩分，粒度小于2mm(10目)的石灰粉送配料處待用。
(2)配料操作配料操作是按規定的配料比將各種原料配制成混合爐料。
每一爐熔煉鈦鐵的料批是由四批主料、一批精煉料和點火劑組成，配料時先配主料，再配精煉料，最后配點火劑。
首先配制主料。配料應以鋁粒--氯酸鉀--石灰--鐵鱗--鈦精礦為序，精確計量后依將料倒入配料桶內，以防止紅熱的鈦精礦、鐵鱗直接與鋁粒、氯酸鉀接觸，避免爐料結球或發生火災爆炸事故。
每批主料配好后，將其投加入轉鼓式混料機內進行混料。混料時間不少于10分鐘。混料結束后，混好的料全部倒入混料機底部的存料桶中，由行車吊運并將混合料放入中間料倉內。
四批主料配制好后，再開始配制精煉料。配料應以鋁粒--氯酸鉀--石灰--鐵鱗的順序進行，配好后進行混料。混料時間不少于10分鐘，混好的料裝在存料桶內以備冶煉。
點火劑(鋁粒5 Kg，鐵鱗6Kg，硝酸鈉4Kg)配好后人工攪拌混勻即可。
(3)熔煉操作熔煉是在熔煉爐(中徑1460mm，高1250mm)內進行。熔煉爐的爐筒是由四片鑄鐵片組合而成，呈上口小、下口大的圓錐形，鑄鐵片之間由M36×250的螺栓連接。
兩片鑄鐵片聯接處有一凹槽，凹槽內要用補爐料填塞嚴實。補爐料是由鎂砂、耐火泥和氯化鎂溶液混合而成。補好后將爐筒座落在鎂砂基上，在爐內做成鍋底形的鎂砂窩，砂窩應做得密實，同時砂窩表層的鎂砂粒度要小于1.2mm。
在四片鑄鐵片中有一片在700mm高度處設有一出渣口，出渣口用補爐料塞緊。
熔煉采用下部點火法。首先向砂窩中放入100Kg左右的主料做為“底料”以及點火劑。用“紅火”激發點火劑引起底料的反應，當底料反應形成熔池后即開始加入主料，最初應慢加料并且使料輕而均勻地撒在熔池上，隨著熔池的擴大，加料量(加料速度)逐漸增加，并且要根據爐內的反應狀況隨時調整加料角度和加料量。
當主料加完且反應正常后，即可向熔煉爐內投加鈦材廢料，所有的鈦材廢料應在10分鐘之內投加完畢。
以上熔煉時間應控制在15～16分鐘之間。
待上述熔煉反應完畢后隨即加入精煉料，精煉料要加得及時、均勻且集中，全部精煉料應在2～4分鐘內加入爐內。
當精煉料反應完畢后，即向熔煉爐內加入100Kg石灰粉，目的是使渣面緩凝，以利于爐內殘存的氣體順利排除和鈦鐵珠的充分沉降，待10～12分鐘后，捅開放渣口排渣。
至此熔煉結束。
(4)冷卻精整留在爐內的渣和鈦鐵錠經十六個小時自然冷卻后，拔去爐筒，并將鈦鐵錠吊運至冷卻水箱內通水冷卻。冷卻后的鈦鐵錠送到精整區進行精整、篩分、包裝。
(5)成品(1)取以上爐料采用本發明的制備方法冶煉，可得成品實物重3350Kg。
(2)成品的化學成份經化驗其結果是Ti SiAl C S P Fe39.97 1.35 11.16 0.027 0.013 0.018 余量本發明的化學反應式如下(釋熱)(釋熱)(釋熱)
CaO·Al2O3(鋁酸鈣)能有效降低渣液的熔點，提高渣液的流動性和金屬鋁的反應活性。
實踐證明，本發明具有制備方法簡便可靠，投資少，成品雜質含量低，成分穩定，能節省金屬鈦資源和煉鋼應用效果好等特點。
本發明也可以用高鈦鐵(FeTi70)代替鈦材廢料并與鈦精礦一起作為原料制備低硅鈦鐵；也可以用鈦材廢料和高鈦鐵按一定量的配比，來替代鈦材廢料，并與鈦精礦一起作為原料而制備低硅鈦鐵。
權利要求
1.一種以鋁粒作為還原劑和重熔發熱劑的低硅鈦鐵的制備方法，其特征在于，它以鈦精礦和鈦材廢料兩者為原料，采取鋁熱法和重熔法兩者相結合的熔煉方法。
2.如權利要求1所述的低硅鈦鐵的制備方法，其特征在于，所說的鋁粒之粒度為0.45mm～0.125mm。
3.如權利要求1所述的低硅鈦鐵的制備方法，其特征在于，所說的鈦材廢料之粒/塊度≤150mm，或塊重＜3Kg。
4.如權利要求1所述的低硅鈦鐵的制備方法，其特征在于，依次按照以下步驟進行按要求選料、烘烤；按重量配比分別配混主料、精煉料和點火劑；將一定量之主料和點火劑所組成的底料投入熔煉爐；用“紅火”激發點火劑；待底料反應形成熔池后向熔爐內投加主料；投加鈦材廢料；投加精煉料；投加渣面緩凝劑石灰粉；排渣；冷卻；精整篩分。
5.如權利要求4所述的低硅鈦鐵的制備方法，其特征在于，投加鈦材廢料的時間＜10分鐘。
6.如權利要求4所述的低硅鈦鐵的制備方法，其特征在于，投加精煉料的時間＜4分鐘。
7.如權利要求4所述的低硅鈦鐵的制備方法，所說的主料是由鈦精礦、鋁粒、鐵鱗、石灰粉和氯酸鉀所組成，其特征在于，其重量百分含量(％)為鈦精礦57，鋁粒31、鐵鱗2.5、石灰粉7.5、氯酸鉀2。
8.如權利要求1所述的低硅鈦鐵的制備方法所制備的低硅鈦鐵，其特征在于，它的化學成分(％)為Ti35-45Si≤2.5Al≤12C≤0.05S≤0.02P≤0.02Fe余量
全文摘要
本發明提供了一種適宜于深沖薄鋼板冶煉用的低硅鈦鐵及其制備方法。它以鈦精礦和鈦材廢料為原料,采用鋁熱法和重熔法相結合的熔煉方法,且所用的鋁之粒度為0.45mm～0.125mm,以鋁粒還原鈦精礦與重熔鈦材廢料同時進行。本發明具有投資少,制備方法簡便可靠,生產成本相對較低,且其成品的雜質含量低,鈦的含量波動范圍小,含有較高含量的鋁,能提高煉鋼生產中鈦的收得率等特點。本發明為鋼材質量向純凈化發展創造了有利的外部條件。
文檔編號C22C14/00GK1183481SQ9710713
公開日1998年6月3日 申請日期1997年9月26日 優先權日1997年9月26日
發明者章兼培, 徐建民 申請人:江蘇江南鐵合金廠