鋁熱還原精煉制備高鈦鐵的基礎(chǔ)研究.pdf

1、高鈦鐵是指含鈦量為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(zhì)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(chǎn)成本較高,限制了其廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的鋁熱還原法制備的高鈦鐵存在氧含量高,雜質(zhì)多等缺點(diǎn)。我國受廢鈦材原料的限制,主要采用鋁熱還原法制備鈦鐵。針對鋁熱法制備鈦鐵的技術(shù)難點(diǎn),為了提高鋁熱法制備鈦鐵的質(zhì)量,本論文提出了基于鋁熱還原-真空精煉法制備低氧優(yōu)質(zhì)高鈦鐵的新工藝,即將鋁熱還原得到的粗高鈦鐵進(jìn)行真空精

2、煉以達(dá)到脫氧去夾雜的目的。
　　 通過對鋁熱反應(yīng)絕熱溫度以及單位熱效應(yīng)的計(jì)算,結(jié)果表明反應(yīng)過程中單靠鋁熱反應(yīng)放出的熱量來維持體系的能量平衡是不夠的,這也是造成鋁熱法高鈦鐵質(zhì)量差的主要因?yàn)?因此需要通過外界對體系提供熱量來維持反應(yīng)的正常進(jìn)行。鋁及鎂還原TiO2體系的熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果表明:Al-TiO2反應(yīng)體系TiO2生成Ti2O3最容易反應(yīng),TiO2生成TiO2反應(yīng)次之,TiO2成Ti在熱力學(xué)上最為困難,添加CaO能明顯降低吉布斯自

3、由能,使其反應(yīng)更容易發(fā)生。Mg-TiO2反應(yīng)體系與Al-TiO2反應(yīng)體系類似,但是一些反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的溫度更低。
　　 采用DTA技術(shù)研究了以Al、Mg為還原劑的還原反應(yīng)動力學(xué)過程,利用Freeman-Carroll法對動力學(xué)過程進(jìn)行了分析探討,計(jì)算了反應(yīng)的表觀活化能和反應(yīng)級數(shù)。Al還原TiO2的反應(yīng)表觀活化能為164.497 kJ·mol-1,反應(yīng)級數(shù)為0.4144。Al還原TiO2體系中添加CaO后會導(dǎo)致反應(yīng)滯后,反應(yīng)125

4、2℃左右進(jìn)行,反應(yīng)表觀活化能為93.676 kJ·mol-1,反應(yīng)級數(shù)為0.00789。Mg還原TiO2反應(yīng)表觀活化能為383.235 kJ·mol-1,反應(yīng)級數(shù)為0.591。Al-Mg還原TiO2在573℃出現(xiàn)的放熱峰為Mg還原TiO2,表觀活化能為404.01 kJ·mol-1,反應(yīng)級數(shù)為0.5838,而在1244℃左右的放熱峰為Al還原反應(yīng),表觀活化能為208.083kJ·mol-1,反應(yīng)級數(shù)為0.1655。
　　 研究了

5、精煉鈦鐵基本渣系的物化性能,CaO-Al2O3-TiO2中低含量的TiO2能降低熔渣的黏度,增強(qiáng)其流動性,當(dāng)TiO2超過一定量導(dǎo)致渣系初晶溫度的提高以及熔渣過熱度的降低,熔渣的黏度增大。添加適量的MgO能夠有效改善CaO-Al2O3-TiO2三元渣的流動性。通過計(jì)算得出熔渣高溫段的黏流活化能,其變化趨勢與渣系黏度測量值變化趨勢相吻合。
　　 根據(jù)爐渣結(jié)構(gòu)的共存理論與CaO-Al2O3-TiO2三元渣系在不同溫度和TiO2成分下黏

6、度的文獻(xiàn)值,建立了三元渣系的作用濃度和黏度計(jì)算模型,結(jié)果表明隨著TiO2含量的增加,TiO2作用濃度增加,低含量的TiO2能夠降低熔渣的黏度,但是隨著TiO2含量的繼續(xù)增加,液態(tài)渣的黏度增加,惡化熔渣流動性,計(jì)算值與文獻(xiàn)值、實(shí)測值吻合。并利用該模型計(jì)算了不同CaO/Al2O3比值下渣系的低熔點(diǎn)相和高熔點(diǎn)相的濃度,與文獻(xiàn)吻合,佐證了共存理論模型對該渣系的適用性,具有很好的理論價(jià)值和實(shí)際意義。
　　 通過對精煉高鈦鐵產(chǎn)品微觀結(jié)構(gòu)與化