鋁熱還原精煉制備高鈦鐵的基礎研究.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,生產成本較高,限制了其廣泛應用。傳統(tǒng)的鋁熱還原法制備的高鈦鐵存在氧含量高,雜質多等缺點。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難點,為了提高鋁熱法制備鈦鐵的質量,本論文提出了基于鋁熱還原-真空精煉法制備低氧優(yōu)質高鈦鐵的新工藝,即將鋁熱還原得到的粗高鈦鐵進行真空精

2、煉以達到脫氧去夾雜的目的。
　　 通過對鋁熱反應絕熱溫度以及單位熱效應的計算,結果表明反應過程中單靠鋁熱反應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量差的主要因為,因此需要通過外界對體系提供熱量來維持反應的正常進行。鋁及鎂還原TiO2體系的熱力學計算結果表明:Al-TiO2反應體系TiO2生成Ti2O3最容易反應,TiO2生成TiO2反應次之,TiO2成Ti在熱力學上最為困難,添加CaO能明顯降低吉布斯自

3、由能,使其反應更容易發(fā)生。Mg-TiO2反應體系與Al-TiO2反應體系類似,但是一些反應達到平衡時的溫度更低。
　　 采用DTA技術研究了以Al、Mg為還原劑的還原反應動力學過程,利用Freeman-Carroll法對動力學過程進行了分析探討,計算了反應的表觀活化能和反應級數。Al還原TiO2的反應表觀活化能為164.497 kJ·mol-1,反應級數為0.4144。Al還原TiO2體系中添加CaO后會導致反應滯后,反應125

4、2℃左右進行,反應表觀活化能為93.676 kJ·mol-1,反應級數為0.00789。Mg還原TiO2反應表觀活化能為383.235 kJ·mol-1,反應級數為0.591。Al-Mg還原TiO2在573℃出現的放熱峰為Mg還原TiO2,表觀活化能為404.01 kJ·mol-1,反應級數為0.5838,而在1244℃左右的放熱峰為Al還原反應,表觀活化能為208.083kJ·mol-1,反應級數為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,增強其流動性,當TiO2超過一定量導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。
　　 根據爐渣結構的共存理論與CaO-Al2O3-TiO2三元渣系在不同溫度和TiO2成分下黏

6、度的文獻值,建立了三元渣系的作用濃度和黏度計算模型,結果表明隨著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,計算值與文獻值、實測值吻合。并利用該模型計算了不同CaO/Al2O3比值下渣系的低熔點相和高熔點相的濃度,與文獻吻合,佐證了共存理論模型對該渣系的適用性,具有很好的理論價值和實際意義。
　　 通過對精煉高鈦鐵產品微觀結構與化