焊接材料用钛系原料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种焊接材料用钛系原料，钛系原料按重量百分比计包括以下组分：TiO2≥70％、C≤0.03％、S≤0.03％、P≤0.01％；含钛物相为金红石型。本发明专利技术还提供了上述焊接材料用钛系原料的制备方法，利用攀枝花出产的TiO2≥45％的钛精矿来制备焊接材料用钛系原料，在高温中利用还原剂将钛精矿中的FeO还原成金属Fe，使TiO2富积在渣中，渣、铁分离得到TiO2含量高的酸溶性钛渣，再对钛渣进行冷却、破碎、筛分，选取粒度符合要求的钛渣经过高温焙烧，将钛渣中的含钛物相由锐钛型转变为金红石型，大幅度降低了钛渣中有害杂质元素的含量，得到的钛系原料杂质含量低、产品质量稳定，且生产工艺简单、生产效率高、生产成本低、推广前景好。

Titanium materials used in welding materials and their preparation methods

The invention provides a titanium material welding material, titanium raw materials according to the weight percentage comprises the following components: TiO2 = 70%, C = 0.03%, S = 0.03%, P = 0.01%; titanium containing phase to rutile. The invention also provides the use of titanium raw material welding material preparation method, using Panzhihua produced TiO2 = 45% of titanium concentrate to prepare welding material for titanium material in high temperature by reducing agent in titanium concentrate reduction of FeO to metal Fe, TiO2 enrichment in the slag, slag and iron isolated TiO2 with high content of acid soluble titanium slag and titanium slag for cooling, crushing, screening, selection of particle size to meet the requirements of the titanium slag after calcination, the titanium containing material in titanium slag phase transformation from anatase to rutile, greatly reduces the content of harmful impurities in titanium slag Department of materials, titanium impurities get low, stable product quality, simple production process, high production efficiency, low production cost and good popularization prospect.

【技术实现步骤摘要】
焊接材料用钛系原料及其制备方法
本专利技术涉及冶金工程领域，尤其是一种焊接材料用钛系原料及其制备方法。
技术介绍
焊接材料由焊芯和药皮组成，焊芯在焊接过程中熔融后与母材结合起到连接作用，药皮由多种矿物、合金以及化工产品细颗粒混合而成，主要包括稳弧剂、造渣剂、造气剂、增塑剂和稀释剂；焊接时药皮形成焊接熔渣，焊接熔渣会与金属液体发生一系列的物理化学反应，在很大程度上决定了焊缝的质量和性能，对碳、硫、磷等杂质元素有较高要求。碳对焊缝是有害元素，碳的含量越高，焊缝出现气孔和裂缝的倾向越大。碳含量过高可能引起碳的严重偏析，并易产生结晶焊缝，使焊缝的冲击韧性和塑性急剧下降，同时碳氧化后会产生大量一氧化碳，容易引起飞溅或留在焊缝中形成气孔，因此在一般焊接材料中，碳的含量越低越好。硫在钢中一般以MnS和FeS这两种化合物的形态存在，既能熔解于熔渣，也能熔于钢液中。FeS的熔点为1193℃，而FeS和Fe形成共晶的熔点只有958℃，Fe、FeS、FeO形成的共晶熔点更低，是促使焊缝产生热裂缝和热脆性的主要原因之一。硫化物夹杂易降低焊缝的机械性能，特别是对塑性和韧性不利。硫还会使焊缝产生气孔，使焊缝的抗腐蚀性能降低。此外，硫极易产生偏析，焊缝中加强硫偏析的元素含量越高，硫对焊缝的危害越大。磷在钢中主要以FeP的形式存在，也能与Fe形成共晶。磷的偏析作用很强，会引起焊缝内金属不均匀，并且碳的含量越高，磷的分布不均匀性就越大。磷的主要危害是产生脆化作用，使钢的韧性显著降低，尤其在低温时更为明显。因此，低碳钢焊缝金属中含磷量应限制在w(P)0.045％以下，合金钢焊缝金属中含磷量应限制在w(P)0.035％以下。在焊接材料中，钛系原料对提高焊接材料的引弧性能、稳定电弧、造渣和改善焊缝形成等综合性能有显著的促进作用，在焊接过程中形成熔渣后可保护熔滴金属和焊接熔池，改善熔渣的流动性和焊缝的成型性能。因此，合理选择焊接材料的钛系原料是提高焊缝金属的质量、减小焊缝中有害杂质的含量、减小有益合金元素的烧损、使焊缝金属得到合适的化学成分的关键步骤。目前，焊接材料中所使用的钛系原料主要有天然金红石、人造金红石和还原钛铁矿三类，而天然金红石价格高、资源匮乏；人造金红石生产工艺复杂、价格高、产品质量稳定性差；还原钛铁矿中TiO2含量低、含钛物相呈锐钛型，碳、硫、磷等对焊接材料有害的杂质元素含量过高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种利用攀枝花钛精矿制得的焊接材料用钛系原料，碳、硫、磷等有害杂质元素含量低、原料来源充足、生产成本低。为解决上述技术问题本专利技术所采用的技术方案是：焊接材料用钛系原料，所述钛系原料按重量百分比计包括以下组分：TiO2≥70％、C≤0.03％、S≤0.03％、P≤0.01％；含钛物相为金红石型。进一步的是：所述钛系原料中各组分的粒度在0.075mm～0.425mm范围内的比例＞90％。本专利技术还提供了制备上述焊接材料用钛系原料的方法，包括以下步骤：a、电炉冶炼将还原剂和TiO2≥45％的钛精矿加入冶炼电炉，经过高温作用得到TiO2≥74％的酸溶性钛渣；b、破碎筛分将酸溶性钛渣经过快速冷却、破碎、筛分，对钛渣进行粒度优选；c、高温焙烧将经过筛分的酸溶性钛渣经过高温焙烧处理，使酸溶性钛渣中的含钛物相结构由锐钛型转变为金红石型。进一步的是：所述步骤a中的还原剂为焦炭或无烟煤。进一步的是：所述步骤b中优选出粒度为40目～160目的钛渣。进一步的是：所述步骤c中高温焙烧的温度为850℃～1200℃。进一步的是：所述步骤c中高温焙烧的方式为流态化焙烧、微波加热焙烧、回转窑加热焙烧、倒焰窑加热焙烧、推板窑加热焙烧或馒头窑加热焙烧。本专利技术的有益效果是：利用攀枝花出产的TiO2≥45％的钛精矿来制备焊接材料用钛系原料，在高温中利用还原剂将钛精矿中的FeO还原成金属Fe，使TiO2富积在渣中，渣、铁分离得到TiO2含量高的酸溶性钛渣，再对钛渣进行冷却、破碎、筛分，选取粒度符合要求的钛渣经过高温焙烧，将钛渣中的含钛物相由锐钛型转变为金红石型，有利于焊接材料的引弧、稳定电弧，造渣和改善焊缝成形，能有效提高焊缝质量；大幅度降低了钛渣中有害杂质元素的含量，得到的钛系原料杂质含量低、产品质量稳定，且生产工艺简单、生产效率高、生产成本低、推广前景好。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术进行进一步的说明。本专利技术提供了一种焊接材料用钛系原料，所述钛系原料按重量百分比计包括以下组分：TiO2≥70％、C≤0.03％、S≤0.03％、P≤0.01％；含钛物相为金红石型。本钛系原料中碳、硫、磷此类对焊接有害的杂质元素含量较低，远低于还原钛铁矿中有害杂质元素的含量，满足焊接材料对钛系原料的要求。钛系原料中粒度在0.075mm～0.425mm范围内的组分的比例＞90％，且在制备过程中要进行筛选，粒度可根据焊接材料对钛系原料的要求进行调节。本专利技术选用攀枝花产的钛精矿作为制备的原料，攀枝花的钛精矿产量占全国的90％以上，原料来源充足。本专利技术所述的焊接材料用钛系原料的制备方法包括以下步骤：a、电炉冶炼将还原剂和TiO2≥45％的钛精矿加入冶炼电炉，还原剂为焦炭或无烟煤，经过高温作用，钛精矿中的FeO被C还原成金属Fe，从而可方便的将铁和渣进行分离，而TiO2富积在渣中，将铁和渣分离后得到TiO2≥74％的酸溶性钛渣；b、破碎筛分将酸溶性钛渣经过快速冷却、破碎、筛分，对钛渣进行粒度优选，选取粒度为40目～160目的钛渣进入后续工艺流程，此步骤筛选后剩余的细粒级钛渣可用于硫酸法钛白粉生产，能降低硫酸法钛白粉生产过程中对钛渣的细磨时间，节约生产成本；c、高温焙烧将经过筛分的酸溶性钛渣经过高温焙烧处理，焙烧时温度为850℃～1200℃，主要目的是改变酸溶性钛渣中含钛物相结构，使酸溶性钛渣中的含钛物相结构由锐钛型转变为金红石型，同时会大幅度降低酸溶性钛渣中碳、硫、磷此类有害杂质元素的含量，使其达到焊接材料的要求。高温焙烧的焙烧方式可选用流态化焙烧、微波加热焙烧、回转窑加热焙烧、倒焰窑加热焙烧、推板窑加热焙烧或馒头窑加热焙烧；本专利技术中优流态化焙烧、回转窑加热焙烧和微波加热焙烧。实施例1选取主要化学成分如表1的攀枝花产钛精矿：表1实施例1钛精矿主要化学成分将上述钛精矿和焦炭一起送入12.5MW钛渣电炉中，经过冶炼得到酸溶性钛渣，其主要化学成分见表2：表2实施例1酸溶性钛渣主要化学成分酸溶性钛渣从电炉出渣后，经过快速冷却后进行破碎，然后进行粒度优选，选取40～160目的钛渣备用，剩余钛渣装袋后送至钛白粉生产企业用于硫酸法钛白粉生产。选用流态化反应器作为高温焙烧的工具，将选取出的40～160目的钛渣加入反应器高温料仓进行流态化焙烧，控制流态化反应器焙烧温度为850～1200℃，气速为0.3～0.7m/s，物料平均停留时间为1.0～2.5h，经过高温焙烧的钛渣自然冷却后即得到成品的焊接材料用钛系原料，成品的主要化学成分见表3：表3实施例1成品钛系原料主要化学成分实施例2选取主要化学成分如表4的攀枝花产钛精矿：表4实施例2钛精矿主要化学成分将上述钛精矿和焦炭一起送入12.5MW钛渣电炉中，经过冶炼得到酸溶性钛渣，其主要化学成分见表2：表2实施例2酸溶性钛渣本文档来自技高网...

【技术保护点】
焊接材料用钛系原料，其特征在于：所述钛系原料按重量百分比计包括以下组分：TiO2≥70％、C≤0.03％、S≤0.03％、P≤0.01％；含钛物相为金红石型。

【技术特征摘要】
1.焊接材料用钛系原料，其特征在于：所述钛系原料按重量百分比计包括以下组分：TiO2≥70％、C≤0.03％、S≤0.03％、P≤0.01％；含钛物相为金红石型。2.如权利要求1所述的焊接材料用钛系原料，其特征在于：所述钛系原料中各组分的粒度在0.075mm～0.425mm范围内的比例＞90％。3.制备如权利要求2所述的焊接材料用钛系原料的方法，其特征在于：包括以下步骤：a、电炉冶炼将还原剂和TiO2≥45％的钛精矿加入冶炼电炉，经过高温作用得到TiO2≥74％的酸溶性钛渣；b、破碎筛分将酸溶性钛渣经过快速冷却、破碎、筛分，对钛渣进行粒度优选；c、高温焙烧将经过筛分的酸溶性...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶恩东，韩可喜，刘娟，宋兵，
申请(专利权)人：攀钢集团研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51