鋁熱還原制備鈦鐵的熱力學(xué)研究.pdf

1、鈦及鈦合金具有密度低、強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)異的綜合性能。目前，制備優(yōu)質(zhì)高鈦鐵的主要方法為重熔法，但該方法以廢鈦材為原料，生產(chǎn)成本較高，很難在我國(guó)推廣應(yīng)用。近年來(lái)，鋁熱還原法制備高鈦鐵工藝在我國(guó)得到廣泛的發(fā)展，但制備的高鈦鐵存在氧含量高，雜質(zhì)多，原料還原不完全等缺點(diǎn)，嚴(yán)重限制了我國(guó)鋁熱法鈦鐵產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。本論文針對(duì)傳統(tǒng)鋁熱法生產(chǎn)的鈦鐵產(chǎn)品O含量高、Al-O間平衡難以判斷等缺點(diǎn)，基于共存理論和自蔓延冶金技術(shù)對(duì)鋁熱還原過(guò)程進(jìn)行了系統(tǒng)的

2、熱力學(xué)分析及實(shí)驗(yàn)研究，具體內(nèi)容有：
　　首先，基于熔渣離子分子共存理論，建立了CaO-Al2O3-TiO2渣系作用濃度計(jì)算模型，可以利用該模型計(jì)算不同溫度、不同組分下熔渣各結(jié)構(gòu)單元的作用濃度，并利用不同溫度下熔渣的作用濃度，基于文獻(xiàn)值中的實(shí)測(cè)粘度及Arrhenius方程建立了CaO-Al2O3-TiO2渣系粘度計(jì)算模型，模型使用范圍:溫度1723-1773K，各物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù):CaO30％-40％，Al2O338.4％-51.2％，

3、TiO29.6％-12.8％，MgO3％-9％，SiO23％。計(jì)算出了不同溫度及組分下熔渣的粘度，并與實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值吻合度較好，尤其是在低粘度(粘度小于1Pa·s)區(qū)域，吻合度極高，說(shuō)明共存理論可以反映熔渣的實(shí)際結(jié)構(gòu)。
　　其次，基于金屬熔體共存理論，建立了Ti-O熔體、Ti-Al-O熔體、Ti-Fe-O熔體及Ti-Al-O-Fe熔體的作用濃度計(jì)算模型，對(duì)于熔體的性質(zhì)及鋁熱還原過(guò)程進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，結(jié)果

4、表明，鋁熱還原反應(yīng)是分步進(jìn)行的，限制性步驟是TiO向Ti3O或Ti的轉(zhuǎn)化反應(yīng)。Ti-O體系中Al熱還原過(guò)程中Al脫氧的極限O含量約為12％，在熔體中有Al的情況下，熔體中Al-O平衡的平衡組成逐漸前移，Al含量從5％-25％時(shí)，脫氧反應(yīng)的極限值從7％降低至4％。在熔體中有Fe的情況下，也可提高Al的脫氧能力，F(xiàn)e含量為10％，反應(yīng)平衡時(shí)O含量大約為9％。在Ti-Al-O-Fe復(fù)合熔體中，在含F(xiàn)e25％的熔體中，1％Al的情況下，反應(yīng)平衡

5、時(shí)的O含量為7％，在Al含量為25％時(shí)，可將氧含量降低至1％以下。
　　最后，根據(jù)熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果，采用金紅石、氧化鐵以及其他一些添加劑為原料，進(jìn)行了自蔓延反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，發(fā)熱劑可以加強(qiáng)渣金分離效果，發(fā)熱劑用量增加會(huì)使產(chǎn)品含Al量增加。在配Al量高于熱力學(xué)計(jì)算值時(shí)，合金中Al含量從8％提升至10％，說(shuō)明Al在此時(shí)更多表現(xiàn)出其金屬性，而在計(jì)算值以下時(shí)更多表現(xiàn)出還原性。所得合金產(chǎn)品的氧含量低于0.25％，與熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果相符。造渣劑