專利名稱：一種鈦鐵合金脫氧精煉方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鐵合金領(lǐng)域，涉及一種鈦鐵合金脫氧精煉的方法，利用自制的反應(yīng)器，采用熔鹽電解技術(shù)，達(dá)到脫除鈦鐵合金中殘留氧的目的，提高鈦鐵合金在煉鋼過程中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
鈦鐵合金在鋼鐵工業(yè)中被廣泛用作脫氧劑、脫氣劑和合金元素添加劑。鈦被稱為“第三金屬”。鈦可以改善鋼的組織結(jié)構(gòu)，提高鋼的性能，增加鋼的耐磨性和抗拉強(qiáng)度。鈦鐵合金是生產(chǎn)鏈條鋼、錨鏈綱、造船用鋼、不銹鋼、電焊條以及電子、軍工產(chǎn)品等的重要原料。在生產(chǎn)不銹鋼和耐熱鋼過程中，鈦與碳化合生成碳化鈦，從而改善熔焊性和耐腐蝕性能。迄今為止，國(guó)內(nèi)外普遍采用鋁熱法和重熔法生產(chǎn)該種鐵合金。重熔法生產(chǎn)的鈦鐵合金質(zhì)量較好，但過高的生產(chǎn)成本使其未能被廣泛使用。鋁熱法制造的鈦鐵合金分為低鈦、中鈦、高鈦3種。據(jù)實(shí)驗(yàn)分析，鋁熱法生產(chǎn)的鈦鐵合金中鈦含量越高，鈦的收得率越低，因?yàn)橹挥型ㄟ^添加鈦精礦或金紅石增加礦石中的含量，才能增加鈦鐵中的含鈦量，但是在鈦鐵含鋁量保持6-7%不變的情況下，含鈦量上升，鈦的收得率則下降。其余的鈦便以鈦氧化物的形式存在于鈦鐵合金中，造成了鋁熱法生產(chǎn)的高鈦鐵合金中鈦含量越高氧含量也越高的質(zhì)量問題。高鈦鐵合金中較高的氧含量不僅使得鈦鐵合金在煉鋼工藝中的脫氧能力下降，而且鈦鐵合金中氧化物的加入會(huì)對(duì)鋼水造成二次污染，影響鋼水質(zhì)量。因此，對(duì)鋁熱法生產(chǎn)低氧含量的高鈦鐵合金，目前鐵合金行業(yè)尚未有具體高效的解決辦法。為了降低鈦鐵合金中的氧含量，各國(guó)工作者都在多方位尋求解決辦法，目前主要是通過在鈦鐵合金生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，從而導(dǎo)致生產(chǎn)的產(chǎn)品鈦品位較低(通常小于40%)，而對(duì)高鈦鐵合金尚未有有效的控制辦法。在這方面，目前部分研究者采用電解方法進(jìn)行了一定的研究(儲(chǔ)少軍，唐越哲，王緹等.高鈦鐵合金電解還原法脫氧的實(shí)驗(yàn)研究.鐵合金，2010 (3):14-18)。研究的基礎(chǔ)工藝是采用本世紀(jì)初，劍橋大學(xué)提出的FFC工藝，該工藝主要是用于生產(chǎn)電解鈦及某些高熔點(diǎn)高穩(wěn)定性金屬或合金，其用于電解脫氧過程中主要存在以下問題
(1)采用氧溶解能力較高的CaCl2融鹽體系使得生成的鈦鐵合金氧含量達(dá)不到煉鋼精煉工序的要求，要降低氧含量必須進(jìn)行過量電解，這又造成了電流效率極低；
(2)原料陰極準(zhǔn)備不方便，必須具有較高的孔隙率，采用固體鈦鐵合金脫氧效果不明顯，故需要用鈦鐵合金粉末為原料，并將其壓制成具有一定幾何形狀的塊狀物作為陰極，才能具有脫氧效果；
(3)氧離子固相擴(kuò)散速率太慢造成極化使陰極的電流密度很低，并且隨著電解的進(jìn)行電極面積逐漸變化，在工業(yè)生產(chǎn)上很難實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電解，并且在電解過程中存在嚴(yán)重的短路問題，電流效率低。因此，要獲得低氧鈦鐵合金采用FFC工藝是很難實(shí)現(xiàn)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要依據(jù)電解精煉的冶金原理，研究鋁熱法生產(chǎn)高鈦鐵合金產(chǎn)品的脫氧問題。
—種鈦鐵合金脫氧精煉的方法，即采用熔鹽電解的方式，以粗鈦鐵合金為可溶陽(yáng)極，以堿金屬的氯化物和含鈦氟鹽或氯鹽為電解質(zhì)，在600-850°C溫度下電解，鈦以低價(jià)鈦離子的形式進(jìn)入熔鹽后，在陰極析出，從而脫除粗鈦鐵合金中的氧，達(dá)到精煉效果。電解完成后，陰極產(chǎn)物常溫取出，用去離子水和濃度1%稀鹽酸洗滌數(shù)次，充分清洗凈產(chǎn)物沾附的電解質(zhì)。具體工藝過程如下
1.選擇以堿金屬的氯化物和含鈦氟鹽或氯鹽為電解質(zhì)，可供選擇的堿金屬氯化物主要有NaCl、KCl等，含鈦氟鹽或氯鹽主要有TiF4、K2TiF4、TiCl2等；
2.以粗鈦鐵合金為陽(yáng)極，選擇一種陰極材料，優(yōu)先鈦、碳鋼、鎳為陰極；
3.以步驟1選擇的電解質(zhì)和步驟2選擇的陰陽(yáng)極組成電解體系，在600-850°C溫度下電解；
4.電解時(shí)，陰極電流密度控制在0.5-1. 5A/cm2 ；
5.電解結(jié)束后，陰極產(chǎn)物常溫除下，用去離子水和濃度1%稀鹽酸洗滌數(shù)次，充分清洗凈產(chǎn)物沾附的電解質(zhì)。本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)在于，在較低的溫度下(600-850°C)，將鈦鐵合金中超過5%的氧，采用熔鹽電解工藝降至IOOppm以下，過程能耗較低，具有實(shí)際意義。


圖1為本發(fā)明的電解反應(yīng)器上部簡(jiǎn)1-進(jìn)水口 ；2-出水口 ；3-陰陽(yáng)極孔；4-進(jìn)氣孔；5-出氣孔；6-測(cè)溫孔；7-備用孔圖2為本發(fā)明的電解反應(yīng)器下部簡(jiǎn)圖。8-密封槽；9-螺栓孔；10-反應(yīng)器壁。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:陽(yáng)極高鈦鐵化學(xué)成分如下
權(quán)利要求
1. 一種鈦鐵合金脫氧精煉的方法，其特征在于具體工藝步驟如下1).選擇以堿金屬的氯化物和含鈦氟鹽或氯鹽為電解質(zhì)，可供選擇的堿金屬氯化物主要有NaCl或KCl，含鈦氟鹽或氯鹽主要有TiF4、K2TiF4, TiCl2 ；2).以粗鈦鐵合金為陽(yáng)極，選擇鈦、碳鋼或鎳為陰極；3).以步驟1)選擇的電解質(zhì)和步驟2)選擇的陰陽(yáng)極組成電解體系，在600-850°C溫度下電解；4).電解時(shí)，陰極電流密度控制在0.5-1. 5A/cm2 ；5).電解結(jié)束后，陰極產(chǎn)物常溫取出，用去離子水和濃度1%稀鹽酸洗滌數(shù)次，充分清洗凈產(chǎn)物沾附的電解質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明屬于鐵合金領(lǐng)域，涉及一種鈦鐵合金脫氧精煉的方法，利用自制的反應(yīng)器，采用熔鹽電解的方式，以粗鈦鐵合金為可溶陽(yáng)極，以堿金屬的氯化物和含鈦氟鹽或氯鹽為電解質(zhì)，在600-850℃溫度下電解，鈦以低價(jià)鈦離子的形式進(jìn)入熔鹽后，在陰極析出，從而脫除粗鈦鐵合金中的氧，達(dá)到精煉效果。電解完成后陰極產(chǎn)物常溫除下，用去離子水和濃度1%稀鹽酸洗滌數(shù)次，充分清洗凈產(chǎn)物沾附的電解質(zhì)。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于，在較低的溫度下(600-850℃)，將鈦鐵合金中超過5%的氧，采用熔鹽電解工藝降至100ppm以下，過程能耗較低。
文檔編號(hào)C25C3/36GK102277595SQ20111026299
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月7日
發(fā)明者任山, 劉偉劍, 張建良, 曹明明, 焦克新, 王春龍, 蘇步新, 邢相棟 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)