強化金屬熱還原制備低氧高鈦鐵的研究.pdf

1、高鈦鐵是含鈦量為65％-75％的鈦鐵合金，是一種用途較為廣泛的特種鐵合金。目前制備優(yōu)質高鈦鐵的主要方法為重熔法，但該方法采用廢鈦材為原料，生產成本較高，限制了其廣泛應用。傳統(tǒng)鋁熱還原法制備的高鈦鐵存在氧含量高，雜質多等缺點。針對傳統(tǒng)鋁熱法的缺點，本文提出了采用復合還原劑強化金屬熱還原制備低氧優(yōu)質高鈦鐵的新工藝，同時采用流動性的復配渣系強化金渣分離效果，達到除夾雜和輔助降氧的目的。
　　首先，計算了Al、Mg、 Ca不同還原劑還原T

2、iO2和FeO·TiO2的絕熱溫度和單位熱效應，以及CaO和KClO3等添加組元對絕熱溫度和單位熱效應的影響，同時計算了各反應在不同溫度下的吉布斯自由能變，結果表明:標態(tài)下和實際狀態(tài)下各反應的吉布斯自由能變都很負，熱還原過程具有充分的熱力學條件。
　　其次，采用差熱分析技術研究了Al-TiO2、Mg-TiO2和Al-鈦鐵礦反應體系的動力學，確定了相關的反應動力學常數(shù)。結果表明:Al與TiO2的還原反應在1011℃開始進行，反應的表

3、觀活化能為Ea=164.497kJ·mol-1，反應級數(shù)n=0.414。Mg與TiO2的還原反應在506℃開始進行，反應的表觀活化能為Ea=292.77kJ·mol-1，反應級數(shù)n=0.591。Al與鈦鐵礦的還原反應在672℃開始進行，反應的表觀活化能為Ea=383.235kJ·mol-1，反應級數(shù)n=0.149。以上結果表明:以上反應很容易發(fā)生，即采用Al、Mg金屬熱還原法制備高鈦鐵是可行的。
　　然后，為了闡明熔煉渣對還原熔煉

4、過程和金渣分離效果的影響，系統(tǒng)研究了Al2O3-CaO-TiO2-SiO2-MgO五元渣系的黏度、密度和堿度等性能，并計算了熔渣中TiO2的作用濃度，為熔煉渣系調控提供了理論依據(jù)。結果表明:渣系的黏度隨CaO含量的增大而減小，而MgO在一定堿度范圍內能起到降低并穩(wěn)定熔渣黏度的作用。渣系的密度在2.6g·cm-3左右，堿度為1.17-1.27，很好地滿足實際冶煉的需求。
　　最后，以金紅石和鈦鐵礦為原料，采用Al、Al-Mg、 Al

5、-Ca不同種類還原劑制備高鈦鐵，并考察了CaO、CaF2以及MgO等造渣組元對金屬熱還原過程及高鈦鐵質量的影響。采用X射線衍射、掃描電鏡、能譜分析及化學分析等技術對高鈦鐵產品進行表征。結果表明:用鋁還原制備高鈦鐵，產品中O含量較高;采用鋁鈣復合還原劑還原時，能夠有效降低產品中O含量至1％以下;同時改善熔煉渣的流動性，促進了金渣分離過程，對控制合金中的氧化物夾雜是有利的;鋁鎂還原時反應緩慢，金渣不能分離，未得到產品;配料中加入適量的CaO