Способ получения ферротитановых сплавов

Способ получения ферротитановых сплавов

Реферат

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению ферротитановых сплавов.

Известен электропечной способ (RU 2196843 С2, 30.11.2000) получения ферротитана из оксидов, в котором применяется печь электрошлакового переплава. Используется шихта, содержащая оксиды титана (шлак огневого реза титана, окалина после термообработки титана, рудные концентраты - рутила, ильменита) 45.8, ферроалюминий 35.0, отсевы титановой и стальной стружки 8.2, а также флюс - плавиковый шпат 11.0 мас.%. Способ позволяет получить ферротитан с повышенным содержанием титана (до 60 мас.%). Недостатком способа является использование электропечного оборудования и большой расход электроэнергии для выплавки ферротитана. Кроме того, использование в качестве восстановителя ферроалюминия требует больших дополнительных затрат на его приготовление, которое также производится с помощью электропечного способа.

Известны экзотермические смеси для легирования титаном чугуна (SU 443915 А, 1975.) и железоуглеродистых сплавов (RU 2098491 С1, 10.12.1997), содержащие железоалюминиевый термит и ферротитан, различающиеся введением в состав шихты плавикового шпата. Применение этих смесей предусматривает введение шихты непосредственно в ковш с расплавленным железоуглеродистым сплавом, который является непосредственным тепловым источником, обеспечивающим инициирование и прохождение соответствующих процессов в шихте. Такой тепловой источник является крайне специфичным. Недостатком экзотермических смесей является применение дорогого исходного сырья - ферротитана.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения ферротитановых сплавов из оксидного сырья, включающий приготовление шихты, состоящей из оксидов железа, титана и порошка алюминия, перемешивание и восстановление. Шихта состоит из основной, рудной и железотермической частей. В основную часть входят следующие компоненты (мас.%): ильменитовый концентрат 61.5-39.7, железная руда 0.0-9.9, порошок вторичного алюминия 34.7-39.8, ферросилиций 0.0-4.0, известь 3.8-6.6. В рудную часть входят: ильменитовый концентрат 83.0-87.0 и известь 17.0-13.0. В железотермическую часть входят: железная руда 60.6-69.0, порошок вторичного алюминия 24.1-24.2, известь 6.9-15.2. Недостатком является низкое содержание титана в полученном этим способом ферротитане (менее 34 мас.%). Кроме того, для осуществления этого способа требуется электропечь и соответственно нужны очень большие затраты электроэнергии. (Н.П.Лякишев и др. Алюминотермия. М.: Металлургия. 1978. с.327).

Техническим результатом изобретения является упрощение и удешевление технологии получения ферротитановых сплавов.

Этот результат достигается тем, что способ получения ферротитановых сплавов из оксидного сырья включает приготовление шихты, состоящей из оксидов железа, титана и порошка алюминия, перемешивание и восстановление, при этом шихту готовят при следующем соотношении компонентов, мас.%:

оксид железа	32,0-40,0
оксид титана	32,0-39,3
порошок алюминия	28,0-29,0,

а перед восстановлением ее уплотняют в металлическом цилиндре и восстанавливают на воздухе локальным инициированием горения шихты. Кроме того, в шихту может быть добавлено до 8 мас.% плавикового шпата.

Сущность изобретения состоит в следующем. В способе приготовления титансодержащего сплава из оксидного сырья используют одновременное протекание двух сопряженных реакций:

Известно, что реакция (2) термодинамически допустима, но практически из-за дефицита тепла восстановление диоксида титана идет только до монооксида. Для более глубокого восстановления титана по реакции (2) либо увеличивают термичность шихты за счет введения «подогревающих» добавок (KClO₃, CaO₂ и др.) либо вводят в систему избыток алюминия, который связывает образующийся титан в виде титаноалюминиевых сплавов (Н.Н.Мурач, В.Т.Мусиенко. Алюминотермия титана. М.: Металлургиздат, 1958), и тем самым сдвигает реакцию (2) вправо. Ведущей в рассматриваемом тандеме является реакция (1), генерирующая значительное количество тепла, которое способствует запуску и поддержанию реакции (2). Кроме того, в продуктах реакций (1) и (2) образуются железотитановые сплавы, что усиливает эффективность протекания второй реакции.

Способ включает приготовление композиционной термитной шихты по реакциям (1) и (2) из дешевого оксидного сырья - TiO₂ и Fe₂O₃ (в том числе могут быть использованы отходы титанового передела и обогащенные рудные формы) и порошка алюминия. Для увеличения жидкотекучести шлака в шихту может быть добавлен плавиковый шпат. Инициирование самораспространяющегося горения производится на воздухе с помощью нагретой спирали или искродугового разряда без какого-либо промежуточного «зажигающего» состава. Определенные соотношения между исходными компонентами реакций (1) и (2) в составе шихты обеспечивают самопроизвольное фазоразделение в естественном гравитационном поле продуктов горения на металлический слиток и оксидный шлак. При этом никакого специального оборудования не требуется, т.к. процесс осуществляется в любом тонкостенном стальном цилиндре.

Сущность изобретения подтверждается примерами.

Пример. Берут 40 мас.% оксида железа Fe₂O₃ (в данном примере по ТУ 6-09-563-70), 32 мас.% оксида титана (ГОСТ 9808-75), 28 мас.% порошка алюминия (ТУ 48-5-226-87). Для приготовления шихты используют обычную шаровую мельницу. Шары занимают примерно 1/6 часть объема барабана, а шихта - примерно 1/3. Смешивание производят в течение 1 часа. Готовую шихту помещают в стальной цилиндр (в трубчатую обечайку) и уплотняют. Для инициирования горения используют искродуговой генератор ГИД-01. Поджиг непосредственно шихты осуществляют сверху. Шихта быстро, полностью и без выбросов сгорает с фронтальной скоростью 5-6 мм/с. При извлечении из цилиндра слиток интерметаллида легко отделяется от шлаковой корочки.

Другие примеры представлены в таблице, при этом примеры 1 и 5 на запредельное соотношение компонентов.

В примерах в суммарном мольном составе шихты из исходных компонентов реакций (1) и (2): М=M₍₁₎+М₍₂₎=1 изменяются значения мольной доли М₍₂₎ реакции (2). Конкретные массовые составы показаны в таблице. Внешний вид продуктов горения зависит от исходного состава шихты, как это видно из данных табл. Для составов с M₍₂₎<0.38 горение сопровождается сильным диспергированием горящей массы с вылетом горящих частиц в окружающее пространство. Для состава с M₍₂₎=0.4 диспергирование практически отсутствует, наблюдается стационарное горение и имеет место фазоразделение продуктов горения на слиток и шлак в поле естественной гравитации, как это показано в примере 3. Шлак практически не сцеплен со слитком и легко удаляется. Для составов с M₍₂₎>0.42 (пример 5) также наблюдается стационарное горение, диспергирование отсутствует, но отсутствует и фазоразделение. Температура горения таких составов недостаточно высока, и соответствующая высокая вязкость продуктов горения препятствует их разделению на слиток и шлак. При этом в случае составов с M₍₂₎≥0.5 продукты сохраняют форму исходной заготовки. Оптимальный состав шихты соответствует мольной доле реакции (2), равной M₍₂₎=0.38-0,42.

Таким образом реализуется возможность внепечного получения ферротитанового сплава непосредственно из оксидного сырья, фактически без затрат электроэнергии и без специального оборудования.

Таблица
Исходные компоненты	Мольная доля компонентов реакции (2) и их количество в мас.% по примерам
	0,35	0,38	0,40	0,42	0,45
Примеры	1	2	3	4	5
Fe2O3	44	40	32	32,1	28,4
TiO2	28,3	32	39	39,3	42,5
Al	27,7	28	29	28,6	29,1
Характер горения	Диспергирование горящей массы	Стационарное горение	Стационарное горение	Стационарное горение	Стационарное горение
Видпродукта	Разделение на слиток и шлак	Разделение на слиток и шлак	Разделение на слиток и шлак	Разделение на слиток и шлак	Без фазоразделения

1. Способ получения ферротитановых сплавов из оксидного сырья, включающий приготовление шихты, состоящей из оксидов железа, титана и порошка алюминия, перемешивание и восстановление, отличающийся тем, что шихту готовят при следующем соотношении компонентов, мас.%:

оксид железа	32,0-40,0
оксид титана	32,0-39,3
порошок алюминия	28,0-29,0

перед восстановлением ее уплотняют в металлическом цилиндре и восстанавливают на воздухе локальным инициированием горения шихты.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при приготовлении шихты в нее добавляют до 8 мас.% плавикового шпата.