ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ФЕРРОТИТАНА Российский патент 2008 года по МПК C22C33/04 

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)52,44Алюминиевый порошок24,14Железная руда11,32Известь6,26Ферросилиций1,37Титановые отходы4,47

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 концентрат0,38-0,43Рутил0,11-0,13Алюминиевый порошок0,22-0,25Известь0,035-0,05Перекись кальция0,025-0,065Бертолетова соль0,055-0,065Флюорит0,08-0,011Ферросилиций0,01-0,015Окись железа0,05-0,06

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 концентрат102,8Рутил33,0Алюминий62,2Окись кальция12,7Перекись кальция8,0Бертолетова соль16,0Флюорит2,6Ферросилиций (75%)3,4Окись железа (окалина)15,0

Методом внепечного алюминотермического восстановления получен сплав (ферротитан) следующего состава, %.

Титан55-57Алюминий4,3-4,9Железо31-33Фосфор0,068-0,07Сера0,035Азот0,03Кислород0,45-0,6Кремний3,5-3,8Углерод0,03-0,035Олово0,01Медь0,05Марганец0,015Ванадий0,3

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.

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.

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 концентрат0,38-0,43Рутил0,11-0,13Алюминиевый порошок0,22-0,25Известь0,035-0,05Перекись кальция0,025-0,065Бертолетова соль0,055-0,065Флюорит0,08-0,011Ферросилиций0,01-0,015Окись железа0,05-0,06