本發(fā)明為鐵合金冶煉技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及碳熱法冶煉鈦鐵的方法。

背景技術(shù)：

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(xì)化組織晶粒、固定間隙元素（C、N）、提高鋼材強(qiáng)度等作用。在冶煉不銹鋼和耐熱鋼時(shí)， 鈦與碳結(jié)合成穩(wěn)定的化合物，能防止碳化鉻生成，從而減少晶間腐蝕，提高鉻鎳不銹鋼的焊接性能。鈦鐵還常被用作脫氧劑，鈦脫氧的產(chǎn)物易于上浮，鎮(zhèn)靜鋼用鈦脫氧可以減少鋼錠上部的偏析，從而改善鋼錠質(zhì)量，提高鋼錠的收得率。

目前鈦鐵的生產(chǎn)方法以金屬熱還原為主，最多的是鋁熱法。金屬熱還原冶煉鈦鐵可以煉出高品位鈦鐵合金，但是成本高，能耗高，合金中有色金屬含量高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種降低鈦鐵冶煉成本，減少合金中有色金屬含量，操作簡單、方便的一種碳熱還原冶煉鈦鐵合金的方法。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

使用的原料為普通鈦精礦，或者鈦精礦經(jīng)過配加還原劑及其它輔料后，進(jìn)行固態(tài)選擇性還原，還原出鈦精礦中部分鐵氧化物后得到的還原鈦精礦，或者其它富鈦料。

采用廉價(jià)的半焦、煤粉或焦粉等碳質(zhì)還原劑，在一爐的冶煉過程中，分兩次配碳，即兩個階段，第一次配碳是初還原階段，按照FeO全部還原為[Fe]進(jìn)行配碳；第二次配碳是分批深還原階段，按照TiO₂全部還原為[Ti]進(jìn)行配碳，在加入碳質(zhì)還原劑的過程中加入適量的沉淀劑，有助于得到鈦鐵合金以及提高鈦收率；詳細(xì)步驟如下：

一種碳熱還原冶煉鈦鐵合金的方法，具體步驟如下：

1）所用原料

為普通鈦精礦，或者鈦精礦配加還原劑及其它輔料經(jīng)過固態(tài)選擇性還原后產(chǎn)出的還原鈦精礦，或者其它富鈦料；其中，上述幾種原料中主要成分的百分比含量為：TiO₂：30～95wt%， FeO：5～60wt%，SiO₂：0.1～30wt%，CaO：0.1～30wt%；

2）第一次配碳

按照FeO全部還原為[Fe]所需碳量的1.0～2.0倍配加碳質(zhì)還原劑；

3）造渣劑

造渣劑使用生石灰，按照堿度CaO-1.47F₂/SiO₂=1.0～2.0配加生石灰；

4）第二次配碳

按照TiO₂全部還原為[Ti]所需碳量的1.0～2.5倍配加碳質(zhì)還原劑，并將碳質(zhì)還原劑按比例分為3～5批次，該比例為：

0.2～0.5:0.2～0.5:0.1～0.3:0.0～0.3:0.0～0.2；

5）沉淀劑

沉淀劑采用廢鋼或者鐵屑，配加沉淀劑的量為TiO₂質(zhì)量的0.1～3.0倍，并將稱量好的沉淀劑按比例分為3～5批，該比例為0.2～0.5:0.2～0.5:0.1～0.3:0.0～0.3:0.0～0.2；

6）初還原

按照步驟2的比例稱取原料為鈦精礦或者粒度<20mm的還原鈦精礦或者其它富鈦料與碳質(zhì)還原劑，以及步驟3中的造渣劑生石灰混合均勻，加入碳質(zhì)或鎂質(zhì)爐襯的電爐內(nèi)熔化、升溫，進(jìn)行初還原，分離渣、鐵，得到鐵液和熔融富鈦渣，溫度1450～1600℃，時(shí)間10～60min；

7）分批深還原

a. 將步驟6熔池溫度提升至1600℃～2000℃；

b. 向爐內(nèi)加入步驟4“第二次配碳”中的第一批碳質(zhì)還原劑，保溫1～20min后向爐內(nèi)加入第一批沉淀劑，保溫5～30min后向爐內(nèi)加入第二批碳質(zhì)還原劑，保溫1～20min后向爐內(nèi)加入第二批沉淀劑，按照此操作直至加完第五批碳質(zhì)還原劑和沉淀劑；

c. 加完所有的料后，保溫5～30min；

d. 出爐（出爐溫度控制在1750℃～2000℃）。

本發(fā)明的有益效果是，以電爐為冶煉設(shè)備，采用碳熱法冶煉鈦鐵，大幅降低鈦鐵生產(chǎn)成本和鈦鐵冶煉能耗，為普通鋼材的冶煉提供價(jià)格低廉且能滿足要求的鈦鐵合金。

附圖說明

圖1是碳熱還原冶煉鈦鐵合金的工藝流程圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的冶煉工藝已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了擴(kuò)大化試驗(yàn)，試驗(yàn)具體實(shí)施方式如下：

1）本發(fā)明實(shí)施所用原料：

還原鈦精礦：采用承德鈦精礦和其經(jīng)過配加焦粉進(jìn)行固態(tài)選擇性還原后得到的還原鈦精礦，其中鈦精礦成分，F(xiàn)eO含量32.5wt%，TFe含量25.4wt%，TiO₂含量40.64wt%，SiO₂含量4.66wt%，CaO含量1.12wt%，F(xiàn)含量0.035wt%。還原鈦精礦成分，F(xiàn)eO含量19.66wt%，TFe含量31.94wt%，TiO₂含量42.3wt%，SiO₂含量6.65wt%，CaO含量0.46wt%，F(xiàn)含量0.041wt%；

還原劑：采用焦粉，固定碳含量84.96wt%，灰分6.73wt%，揮發(fā)分8.76wt%；

生石灰：CaO含量89.7wt%，SiO₂含量3.54wt%，MgO含量4.10wt%；

沉淀劑：采用廢鋼，碳含量一般小于2.0％，硫含量、磷含量均不大于0.050％。粒度<20mm；

2）本發(fā)明配料計(jì)算所用到的化學(xué)式及公式：FeO+C=Fe+CO，TiO₂+2C=Ti+2CO，堿度計(jì)算CaO-1.47F₂/SiO₂=1.0～2.0。

實(shí)施例1

1） 配料

a．使用鈦精礦，稱取鈦精礦20kg；

b．配碳1，按照FeO全部還原為[Fe]所需碳量的1.5倍配焦粉，稱取焦粉2.0kg；

c．按照堿度CaO-1.47F₂/SiO₂=1.2配加生石灰，稱取生石灰1.0kg；

d．配碳2，按照TiO₂全部還原為[Ti]所需碳量的1.8倍配焦粉，稱取焦粉5.2kg，按比例分為5批：1.8kg、1.5kg、0.9kg、0.6kg、0.4kg；

e．按照TiO₂質(zhì)量的0.6倍配加廢鋼，稱取廢鋼4.9kg，按比例分為5批：1.7kg、1.4kg、0.8kg、0.6kg、0.4kg。

2）初還原

將稱量好的鈦精礦、焦粉與生石灰混合均勻，加入內(nèi)襯石墨坩堝的直流電爐內(nèi)升溫、熔化，進(jìn)行初還原，溫度1550±20℃，時(shí)間20min。

3）分批深還原

a. 將熔池溫度提升至1610℃，向爐內(nèi)加入“配碳2”的第一批焦粉1.8kg，保溫5min后向爐內(nèi)加入第一批廢鋼1.7kg，保溫10min后向爐內(nèi)加入第二批焦粉1.5kg，保溫5min后向爐內(nèi)加入第二批廢鋼1.4kg，保溫10min后向爐內(nèi)加入第三批焦粉0.9kg，保溫5min后向爐內(nèi)加入第三批廢鋼0.8kg，保溫5min后向爐內(nèi)加入第四批焦粉0.6kg，保溫3min后向爐內(nèi)加入第四批廢鋼0.6kg，保溫5min后向爐內(nèi)加入第五批焦粉0.4kg，保溫3min后向爐內(nèi)加入第五批廢鋼0.4kg；

b．加完所有的料后，保溫20min；

c．溫度提升至1780℃出爐，得到鈦鐵合金11.5kg，成分Ti含量21.96wt%，C含量4.30wt%，Al含量0.52wt%，Cu含量0.034wt%，Mn含量0.20wt%，Si含量2.05wt%。

實(shí)施例2

1）配料

a．使用還原鈦精礦，將還原鈦精礦破碎至20mm以下，稱取還原鈦精礦20kg；

b．配碳1，按照FeO全部還原為[Fe]所需碳量的1.5倍配焦粉，稱取焦粉1.2kg；

c．按照堿度CaO-1.47F₂/SiO₂=1.2配加生石灰，稱取生石灰1.5kg；

d．配碳2，按照TiO₂全部還原為[Ti]所需碳量的1.5倍配焦粉，稱取焦粉4.5kg，按比例分為3批：2.2kg、1.5kg、0.8kg；

e．按照TiO₂質(zhì)量的0.4倍配加廢鋼，稱取廢鋼3.4kg，按比例分為3批：1.7kg、1.1kg、0.6kg。

2）初還原

將稱量好的還原鈦精礦、焦粉與生石灰混合均勻，加入內(nèi)襯石墨坩堝的直流電爐內(nèi)升溫、熔化，進(jìn)行初還原，溫度1530±20℃，時(shí)間20min。

3）分批深還原

a．將熔池溫度提升至1730℃，向爐內(nèi)加入“配碳2”的第一批焦粉2.2kg，保溫5min后向爐內(nèi)加入第一批廢鋼1.7kg，保溫10min后向爐內(nèi)加入第二批焦粉1.5kg，保溫5min后向爐內(nèi)加入第二批廢鋼1.1kg，保溫10min后向爐內(nèi)加入第三批焦粉0.8kg，保溫5min后向爐內(nèi)加入第三批廢鋼0.6kg；

b．加完所有的料后，保溫20min；

c．溫度提升至1820℃出爐，得到鈦鐵合金12.6kg，成分Ti含量28.68wt%，C含量2.34wt%，Al含量0.36wt%，Cu含量0.025wt%，Mn含量0.13wt%，Si含量2.11wt%。

實(shí)施例3

1） 配料

a．使用還原鈦精礦，將還原鈦精礦破碎至20mm以下，稱取還原鈦精礦20kg；

b．配碳1，按照FeO全部還原為[Fe]所需碳量的1.5倍配焦粉，稱取焦粉1.2kg；

c．按照堿度CaO-1.47F₂/SiO₂=1.0配加生石灰，稱取生石灰1.4kg；

d．配碳2，按照TiO₂全部還原為[Ti]所需碳量的2.0倍配焦粉，稱取焦粉6.0kg，按比例分為5批：2.5kg、1.5kg、0.8kg、0.6kg、0.6kg。

e．按照TiO₂質(zhì)量的1.0倍配加的廢鋼，稱取廢鋼8.5kg，按比例分為5批，即2.6kg、2.2kg、1.6kg、1.2kg、0.9kg。

2）初還原

將稱量好的還原鈦精礦、焦粉與生石灰混合均勻，加入內(nèi)襯石墨坩堝的直流電爐內(nèi)升溫、熔化，進(jìn)行初還原，溫度1570±20℃，時(shí)間20min。

3）分批深還原

a．將熔池溫度提升至1680℃，向爐內(nèi)加入“配碳2”的第一批焦粉2.5kg，保溫3min后向爐內(nèi)加入第一批廢鋼2.6kg，保溫10min后向爐內(nèi)加入第二批焦粉1.5kg，保溫3min后向爐內(nèi)加入第二批廢鋼2.2kg，保溫10min后向爐內(nèi)加入第三批焦粉0.8kg，保溫3min后向爐內(nèi)加入第三批廢鋼1.6kg，保溫5min后向爐內(nèi)加入第四批焦粉0.6kg，保溫3min后向爐內(nèi)加入第四批廢鋼1.2kg，保溫5min后向爐內(nèi)加入第五批焦粉0.6kg，保溫3min后向爐內(nèi)加入第五批廢鋼0.9kg；

b．加完所有的料后，保溫20min；

c．溫度提升至1780℃出爐，得到鈦鐵合金16.3kg，成分Ti含量17.4wt%，C含量4.85wt%，Al含量0.31wt%，Cu含量0.026wt%，Mn含量0.17wt%，Si含量2.06wt%。