鈦鐵

鈦鐵

主成分為鈦和鐵的鐵合金。還含有鋁、矽、碳、硫、磷、錳等雜質。用作煉鋼脫氧劑、脫硫劑、除氣劑和合金劑。在煉鋼過程中作為合金元素加入鋼中,起到細化組織晶粒、固定間隙元素(C、N)、提高鋼材強度等作用。

基本介紹

  • 中文名:鈦鐵
  • 外文名:Ferrotitanium
  • 領域:冶金
  • 主要成分:鈦和鐵
  • 發現人:格雷戈爾
  • 作用:脫氧劑、除氣劑和碳硫穩定劑
物質介紹,性質與用途,現狀,生產工藝,重熔法,電矽熱法,電碳熱法,冶煉影響因素分析,

物質介紹

主成分為鈦和鐵的鐵合金。還含有鋁、矽、碳、硫、磷、錳等雜質。用作煉鋼脫氧劑、脫硫劑、除氣劑和合金劑。按含鈦量的不同主要有3個品種:FeTi30(含Ti25.0%~35.0%、Al<8.5%、Si<5.0%),FeTi40(含Ti35.0%~45.0%,Al<9.5%,Si<4.0%)和FeTi70(含Ti65%~75%,A10.5%~5%,Si<0.5%)。此外,還有多種含鈦複合合金如Ti-Si-Fe,Ti-B-Al-V,Ti-B-Al-Cr,Ti-Al,Ni-Ti-Al,Ti-B-Al,Ti-Cr-Al等,用作鈦添加劑。
鈦是1791年格雷戈爾(W. Gregor)發現的,但當時未命名,直到1795年克拉普羅特(M. H. Klaproth)發現鈦後,才命名為“Titans”()。羅西(A. Rossi)於1901年提出電鋁熱法冶煉鈦鐵的專利,1937年蘇聯研究鋁熱法冶煉鈦鐵的工藝。從50年代中期起,因廢鈦金屬料的增加,開始生產70%Ti的鈦鐵。中國於1959年在錦州鐵合金廠開始用鋁熱法工業規模生產鈦鐵。

性質與用途

鈦的原子量為47.90。外層電子結構為3d4s。熔點1667℃。沸點3285℃。密度(20℃)4.5g/cm3。鈦的化學性質較活潑,能與氧、氮、硫、碳生成穩定的化合物。
鈦鐵在煉鋼中用作脫氧劑、除氣劑和碳硫穩定劑。生產鎮靜鋼用鈦脫氧,可以減少鋼錠上部的偏析,改善鋼的質量和提高鋼錠的成材率。鈦與溶解在鋼液中的氮可結合成穩定的氮化鈦,能消除氮對鋼性能的不良影響。鈦與鋼液中的硫生成硫化鈦,可以消除導致熱脆的硫化鐵生成。鈦與碳生成極穩定的碳化鈦,碳化鈦的微粒可阻止鋼晶粒長大,細化鋼的組織,使鋼的強度提高。鈦與碳間的化學親和力大於鉻與碳,在不鏽鋼中添加鈦鐵以固定碳,可消除鉻在不鏽鋼晶界的貧化現象,提高不鏽鋼的抗腐蝕能力。近年來鈦已作為微合金化元素生產高強度低合金鋼。鑄鐵中加入鈦,有助於細晶石墨的生成,還起脫氣、孕育、淨化與細化鑄件組織的作用,提高鑄件耐磨性。耐熱鑄鐵添加鈦可以提高鑄鐵件的耐熱性。此外,超合金與鋁合金生產用含鈦複合合金作添加劑。電焊條用鈦鐵作塗料組分,可以提高焊接質量。
鈦鐵是一種用途較為廣泛的特種合金,在煉鋼過程中作為合金元素加入鋼中,起到細化組織晶粒、固定間隙元素(C、N)、提高鋼材強度等作用。在冶煉不鏽鋼和耐熱鋼時,鈦與碳結合成穩定的化合物,能防止碳化鉻生成,從而減少晶間腐蝕,提高鉻鎳不鏽鋼的焊接性能。用鈦脫氧的產物易於上浮,鎮靜鋼用鈦脫氧可以減少鋼錠上部的偏析,從而改善鋼錠質量,提高鋼錠的收得率。鈦與溶解在鋼水中的氮結合生成一種穩定的不溶於鋼水的氮化鈦。高鈦鐵又是冶煉鐵基高溫合金和優質不鏽鋼等不可缺少的合金材料。隨著鋼質量的提高,品種的增加,對鈦鐵質量及品種的要求越來越高。國際市場對含鈦高的高鈦鐵的需求量較大,但我國目前的鐵合金廠一般只生產普通中、低鈦鐵。對於 w(Ti) = 65%~75%、w(Al) ≤4%的高鈦鐵,很少有廠家正式生產。

現狀

目前國際市場上供應的高鈦鐵主要是 w(Ti)68­72%、w (Al)<4.0%、w (Si)<0.5%、w (N)<0.4%、w (C)<0.1%、w (S)<0.015%、w (P)<0.02%、w (TO)<1.0%的優質高鈦鐵,這種高鈦鐵採用鈦屑重熔法生產。國內也有採用這種方法來生產高鈦鐵,但成本很高。
為了降低煉鋼成本,國內鋼鐵企業採購高鈦鐵時適當放低了要,W 廠生產IF 鋼使用的高鈦鐵要求:w(Ti)>65%、w (Al)<4.5%、w (Si)<0.5%、w (TO)65%、w (Al)<4.0%、w (Si)<0.5%、w (TO)<5.0%。

生產工藝

工業生產鈦鐵的原料有鈦鐵精礦(Fe-TiO3)、金紅石(TiO2)、鈦白粉(TiO2)及廢鈦金屬料(Ti,Ti-V-Al等),其中除廢鈦金屬料外,都要用還原劑還原才能得到鈦鐵和鈦合金。TiO2是比較難還原的氧化物。用碳還原TiO2只有在高溫下才能實現,並且生成TiC而不是Ti。得到高碳鈦鐵。用矽還原TiO2是不能實現的,但添加CaO作熔劑,則可以促使矽還原反應發生。鈦與矽生成穩定的矽化物,對矽還原反應有利,但生產的鈦鐵含矽高。用鋁還原TiO2生成Ti是可能的。但如配鋁低於化學計算值,則生成大量TiO。TiO比TiO2更穩定,用鋁也不能將它還原。它是強鹼性氧化物,能與Al2O3或SiO2組成爐渣。所以要添加CaO來阻止TiO的成渣反應,而且對TiO2的還原也有利。比較圖 2的反應,用鋁還原鈦鐵礦(FeTiO3)比還原TiO2容易,添加CaO也有同樣效果。所以用鋁還原鈦精礦是生產鈦鐵的主要方法。得到的產品含碳低,但鋁、矽較高。綜合上述分析,生產鈦鐵的主要方法有鋁熱法,電矽熱法和電碳熱法,還有廢鈦金屬料重熔法。

重熔法

用鈦廢料和廢鋼作原料,在感應爐內重熔,生產約70%Ti(Fe-Ti系在約68%Ti有低共熔點)的鈦鐵。為了減少鈦在重熔過程中的燒損,把鈦廢料裝在鋼筒中後壓緊。並添加氯化鋇和氯化鈉的混合物,或冰晶石,或類似的低熔點混合物作熔劑,覆蓋在鈦鐵熔體上面。重熔法還可生產各種鈦複合合金。

電矽熱法

在電爐內用矽鐵還原TiO2-FeO-CaO-CaF2熔體。可以生產出Fe-Ti-Si,Si-Ca-Ti等複合合金。如增加其他氧化物或添加其他鐵合金後,則可製成多元的鈦複合合金。

電碳熱法

在小型電爐內用焦炭作還原劑,石灰作熔劑,可以生產含i20%~25%,C5%~8%,Sil%~2%,Al1%~2%,餘量為鐵的高碳鈦鐵。要得到含碳較低的鈦鐵,可在爐料中添加矽石。如爐料組成為:47%鈦鐵礦(TiO251.5%),28.5%矽石,24.5%焦屑,可煉出Ti29%~30%,Si17%~20%,C1.8%~2%的中碳鈦鐵。提高爐料內矽石的配比,可煉出Si約30%與C0.1%~0.3%的低碳高矽鈦鐵。如爐料中增加鋁礬土,可煉出Ti-Al-Si-Fe複合合金。

冶煉影響因素分析

鈦鐵冶煉中的不正常現象
1)濕爐料摻雜爐料中,發生沸騰現象,爐氣逸出不均勻,噴出大量爐料;鎂砂含有水分作砂窩也有噴料現象。
2)爐料混合不均勻,冶煉進行得也不均勻。
3)單位配熱量低,反應緩慢,冶煉時間長。原因是還原劑不夠,發熱量低,或爐料預熱溫度低,形成冶煉的冷行程,鐵錠底部粘渣較多,渣中鐵粒較多或鐵錠熔合不好,較為鬆散或夾渣。
4)單位配熱量高或預熱溫度高,反應劇烈,爐渣攪動,造成噴渣,鐵錠堅硬不易破碎,鐵錠含鋁量高,產量降低。
影響高鈦鐵冶煉鈦回收率的因素
1)隨著單位配熱的提高,鈦回收率提高。但當配熱達3250kj/kg 以後鈦回收率反而下降。
2)在單位配熱一定的情況下,隨著石灰的配入量增加,鈦的回收率提高,但過多的配入石灰,渣熔點降低,反應溫度降低,鈦回收率降低。
3)上部點火,鈦回收率可達到73%以上。
4)鋁粒的粒度越細,鈦的回收率越高,粒度大的鋁粒除回收率降低外,合金含鋁量也有所提高。

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