Шихта для получения ферротитана
Изобретение относится к области металлургии, в частности технологии производства лигатур, и может быть использовано для получения ферротитана алюминотермическим способом. Шихта дополнительно содержит рутил, бертолетову соль, перекись кальция и флюорит, а компоненты шихты взяты в следующем соотношении: ильменитовый концентрат 0,38-0,43, рутил 0,11-0,13, алюминиевый порошок 0,22-0,25, известь 0,035-0,05, перекись кальция 0,025-0,065, бертолетова соль 0,055-0,065, флюорит 0,08-0,011, ферросилиций 0,01-0,015, окись железа 0,05-0,06. Изобретение позволяет получать 20-70% ферротитана из рудных концентратов.
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к технологии производства лигатур, и может быть использовано для получения ферротитана алюминотермическим способом.
Ферротитан представляет собой основную форму титана, в которой он добавляется в сталь при ее производстве. В настоящее время получило распространение два вида этой товарной продукции:
а) низкопроцентный ферротитан с содержанием титана до 35%, который получают внепечным алюминотермическим способом из ильменитового концентрата и титановых отходов, температура плавления этого ферротитана 1350-1430°С;
б) высокопроцентный ферротитан с содержанием титана более 60%, получаемый сплавлением в электрической печи железных и титановых отходов с более низкой температурой плавления 1085°С.
Второй легче растворяется при введении в сталь для ее легирования и усваивается с меньшими потерями. Однако цена его значительно выше.
Стандарты на качественный ферротитан в России и за рубежом ограничивают содержание алюминия в лигатуре от 0,1 до 5% (в зависимости от сорта).
Известен способ электрошлаковой выплавки ферротитана (патент РФ №2039101, опубл. 1995 г.). Способ включает подвод тока к шлаковой ванне и постепенное сплавление в шлаке шихты в составе титановой и стальной стружки. Преимущество этого способа в том, что стружка плавится в слое шлака. Это исключает ее потери за счет сгорания на воздухе и обеспечивает большую приведенную поверхность взаимодействия. В результате обеспечивается получение 70% ферротитана с содержанием углерода 0,05-0,1% при высоких технико-экономических показателях процесса. Однако количество лома титановых сплавов крайне ограничено, и они применяются, в основном, для вторичного переплава.
Недостатком способа является невозможность получения ферротитана непосредственно из рудных концентратов титана - рутила или ильменита, являющихся несравненно более доступным и дешевым сырьем. Кроме того, указанная технология требует наличия дорогостоящего технологического оборудования.
Известна технология производства из ильменитового концентрата ферротитана (Тарасов А.В., Уткин П.И. Общая металлургия. М.: Металлургия, 1997, с.592. стр.584-585; Еднерал Ф.П. Электрометаллургия стали и ферросплавов. М.: Металлургиздат, 1963, стр.605-618), пригодного для раскисления и легирования стали, в том числе кислотостойкой, коррозионно-стойкой и жаропрочной. Ферротитан получают при алюминотермическом внепечном восстановлении оксидов шихты, включающей ильменитовый концентрат, порошок алюминия, железную руду, ферросилиций и мелкую известь. Алюминотермический процесс производства ферротитана не требует подвода тепла извне и проводится не в электропечи, а в специальном запальном горне.
Недостаток - небольшая производительность и, если процесс производства ферротитана по какой-либо причине затягивается, то это ведет к низкому извлечению титана и к потере сплава в виде корольков, которые запутываются в шлаке. Производится по сути дела титаносодержащая лигатура с содержанием титана 25-28% и с высоким содержанием алюминия (не менее 7%), имеющая пониженную товарную ценность.
Известна шихта (Лякишев Н.П. и др., Алюминотермия, М., Металлургия, 1978, стр.326) для выплавки ферротитана алюминотермическим способом, основными компонентами которой являются, вес.%:
| Ильменитовый концентрат (42% TiO2) | 52,44 |
| Алюминиевый порошок | 24,14 |
| Железная руда | 11,32 |
| Известь | 6,26 |
| Ферросилиций | 1,37 |
| Титановые отходы | 4,47 |
Недостатки шихты: высокое содержание в полученном ферротитане алюминия >5%, технологический процесс нестабилен и малопроизводителен.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является получение непосредственно из окислов титана, в частности из его рудных концентратов - рутила или ильменита, алюминотермией (внепечным способом) 20-70% ферротитана с содержанием алюминия в сплаве не более 5%.
Поставленная задача решается тем, что шихта для получения ферротитана, включающая ильменитовый концентрат, алюминиевый порошок, известь, ферросилиций, окись железа, дополнительно содержит рутил, бертолетову соль, перекись кальция и флюорит, а компоненты шихты взяты в следующих соотношениях:
| Ильменитовый концентрат | 0,38-0,43 |
| Рутил | 0,11-0,13 |
| Алюминиевый порошок | 0,22-0,25 |
| Известь | 0,035-0,05 |
| Перекись кальция | 0,025-0,065 |
| Бертолетова соль | 0,055-0,065 |
| Флюорит | 0,08-0,011 |
| Ферросилиций | 0,01-0,015 |
| Окись железа | 0,05-0,06 |
Варьируя пропорции содержания ильменитового концентрата (FeTiO3) и рутила (TiO2) в шихте, т.е. в конечном счете, соотношение титана и железа, можно регулировать количество титана в получаемом продукте - ферротитане. Это позволяет получать ферротитан с содержанием от 20 до 70% титана в сплаве.
Для повышения удельной теплоты величин процесса в шихту добавляют бертолетову соль в количестве от 5,5 до 6,5%. При превышении содержания этого компонента свыше 6,5% технологический процесс интенсифицируется и часть восстановителя (алюминия) переходит в сплав, не участвуя в процессе восстановления. С уменьшением количества бертолетовой соли ниже 5,5% процесс, особенно при больших объемах, становится нестабильным.
При разложении перекиси кальция высвободившийся кислород связывает избытки алюминия в расплаве, которые не участвуют в восстановлении окиси титана и железа, тем самым снижает его количество, растворяемое в ферротитане. Интервал содержания перекиси кальция 2,5-6,5% позволяет стабилизировать процесс и разрешает поддерживать оптимальное соотношение алюминия, участвующего в реакции восстановлении окислов металлов, в то же время ограничивает его растворение в растворе ферротитана.
Наличие флюорита в количестве 0,8-1,1% придает достаточную жидкотекучесть образовавшемуся шлаку.
Пример конкретного выполнения изобретения
Была проведена серия плавок с одинаковым составом шихты.
Шихта состава, кг:
| Ильменитовый концентрат | 102,8 |
| Рутил | 33,0 |
| Алюминий | 62,2 |
| Окись кальция | 12,7 |
| Перекись кальция | 8,0 |
| Бертолетова соль | 16,0 |
| Флюорит | 2,6 |
| Ферросилиций (75%) | 3,4 |
| Окись железа (окалина) | 15,0 |
Методом внепечного алюминотермического восстановления получен сплав (ферротитан) следующего состава, %.
| Титан | 55-57 |
| Алюминий | 4,3-4,9 |
| Железо | 31-33 |
| Фосфор | 0,068-0,07 |
| Сера | 0,035 |
| Азот | 0,03 |
| Кислород | 0,45-0,6 |
| Кремний | 3,5-3,8 |
| Углерод | 0,03-0,035 |
| Олово | 0,01 |
| Медь | 0,05 |
| Марганец | 0,015 |
| Ванадий | 0,3 |
Вес слитка в среднем составил 75 кг, максимальный вес составил 86 кг.
Горение шихты продолжалось в среднем около 40 секунд.
Предложенная шихта позволяет получить из рудных концентратов титана ферротитан, в т.ч. высокопроцентный.
Шихта для получения ферротитана алюминотермическим способом, содержащая ильменитовый концентрат, алюминиевый порошок, известь, ферросилиций, окись железа, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит рутил, бертолетову соль, перекись кальция и флюорит, а компоненты шихты взяты в следующем соотношении:
| Ильменитовый концентрат | 0,38-0,43 |
| Рутил | 0,11-0,13 |
| Алюминиевый порошок | 0,22-0,25 |
| Известь | 0,035-0,05 |
| Перекись кальция | 0,025-0,065 |
| Бертолетова соль | 0,055-0,065 |
| Флюорит | 0,08-0,011 |
| Ферросилиций | 0,01-0,015 |
| Окись железа | 0,05-0,06 |
