шихта для получения ферротитана

Формула изобретения

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

Описание изобретения к патенту

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% TiO 2)	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 (FeTiO ₃) 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.