用碳热还原法制备钛硅铝合金的方法技术

本发明专利技术涉及一种用碳热还原法制备钛硅铝合金的方法，其特征在于：以含钛渣、含钛矿或含钛渣和含钛矿的混合物为含钛原料，加入碳质还原剂混合磨细；再加入粘结剂混合、制备成含钛球团并烘干；将含钛球团、硅石和碳质还原剂按成品所需比例混合配制批料；将配制的批料置于矿热电弧炉内进行冶炼，得到钛硅铝合金成品。本发明专利技术用含钛废渣或者尾矿，采用碳热还原法在矿热电弧炉内直接制取钛硅铝合金，降低了生产成本和能源消耗，对综合利用含钛渣和含钛矿具有重要的意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料科学领域，特别涉及一种。
技术介绍
钛硅铝多元合金是一种新型铸造铝合金，具有良好的铸造工艺性能和高强度。传统生产 钛硅铝多元合金的方法是采用熔融配制铸造而成，也就是兑掺法，将纯铝、纯钛先熔配成铝 钛中间合金，再把铝钛和铝硅两个中间合金重熔配成钛硅铝合金。熔配法所需的纯金属，它 们本身的冶炼就需要一个复杂的冶炼工艺过程，需要消耗大量的能源。为了生产纯铝，需经 复杂的工艺流程，消耗巨额的能量，除去铝矿中的硅、钛等杂质，制得纯氧化铝，再熔盐电 解获得纯铝。为了生产纯钛需去除钛矿物中的铝硅。在生产钛硅铝合金时，又通过几次重熔。 该方法工艺流程长，工艺复杂，在金属冶炼和提纯过程中舍弃了大量的有价元素，故能耗高， 成本贵，投资费用高，建设周期长。攀枝花地区蕴藏着极其丰富的钒钛磁铁矿，其中含有钛铁矿和钛晶石等含钛矿物，现阶 段首先利用的是钛铁矿，攀枝花钢铁集团公司开采钒钛磁铁矿为原料，生产钢铁和钒产品，从 选矿的尾矿中每年可回收50万吨含钛矿。此外，攀枝花钢铁集团公司每年还排放约300万吨的 含钛高炉渣，至今己累计排放5000多万吨，不仅浪费了宝贵的钛资源，而且还严重污染环境。目前国家天然矿物资源日益短缺，原料价格不断上涨，通过从高炉钛渣和钛精矿中制取 钛硅铝合金，可以节约资源，减少环境污染，降低钛硅铝合金的价格。目前这方面的研究还 比较少。
技术实现思路
针对现有钛硅铝合金生产方面的问题，本专利技术提供一种用碳热还原法制备钛硅铝合金的 方法。利用含钛原料在矿热电弧炉内直接熔炼成含铝20~60%、含硅30~60%、含钛5~40%的 钛硅铝合金、钛硅铝铁合金及以钛硅铝为基的其它合金。本专利技术的技术方案为1、以含钛渣、含钛矿或者含钛渣和含钛矿的混合物为含钛原料，以焦炭和木炭为碳质 还原剂，将含钛原料和碳质还原剂混合，根据成品需要选择混合比例为含钛原料焦炭:木炭 =5~14:2~3:1;然后采用球磨机磨成粒度小于lmm的粉料。2、 将磨好的粉料加入粘结剂，放入混料机中混合4h，粘结剂为纸浆废液，加入量为粘 结剂占全部物料总质量的10%;然后用制团机在压力大于17MPa下压制成球径为30~50mm 的含钛球团，然后放入干燥机中烘干脱水，要求球团中的水分不超过1%。3、 将烘干后的含钛球团、硅石、焦炭、木炭按成品所需比例混合配制批料，将配好的 批料加入到交流或者直流矿热电弧炉中进行还原反应，冶炼过程为埋弧操作，操作电压为 35V，电流为1500A，制备出钛硅铝合金，其中各成分所含总碳量为完全化学反应理论需要 碳量的0.8 1.0倍；在矿热电弧炉中主要化学反应的方程式为A1203+3C=2A1+3C0 t Si02+2C=Si+2CO个 Ti02+2C=Ti+2CO t4、 每隔2 4小时从矿热电弧炉的铁口中放出钛硅铝合金液体，得到钛硅铝合金成品。 本专利技术中的含钛渣是指钛铁渣、高炉钛渣等，含钛矿是指含钛尾矿(选铁尾矿、综合尾矿、选钛尾矿)、金红石、锐钛矿、钛铁矿、钛晶石、钛白粉等。本专利技术中的碳质还原剂为焦炭和木炭，焦炭中含固定碳81%以上；木炭中含固定碳77% 以上。本专利技术中的钛硅铝合金成品根据需要可调节为含铝20~60%，含硅30~60%，含钛5~40 %的钛硅铝合金、钛硅铝铁合金及以钛硅铝为基的其它合金。本专利技术，充分利用我国难以处理的含钛渣及含钛尾 矿，将物料中的钛、铝和硅等有价金属通过制取钛硅铝合金而得以回收利用，变废为宝，实 现了资源的综合回收利用，减少了环境污染。本专利技术直接由废渣或者尾矿，采用碳热还原法 在矿热电弧炉内直接从含钛、含铝物中制取钛硅铝合金，原料成本低，简化了工作流程，制 备过程简单，节约能源，固定投资少，降低了生产成本和能源消耗；本专利技术的碳热还原法是 在矿热电弧炉中进行的立体反应，电能利用率可达80%，这是其它方法难以达到的。本专利技术的，制备的合金成分容易控制，通过调整含 钛渣、含钛矿和硅石的配比，就可以制备出不同成分含量的钛硅铝合金。本专利技术对综合利用 含钛渣和含钛矿具有重要的意义。 具体实施例方式本专利技术实施选用攀枝花钢铁集团公司生产过程中排放的含钛渣和含钛矿作为含钛原料， 其化学成分如表1所示。表1含钛渣和含钛矿的化学成分<table>table see original document page 5</column></row><table>本专利技术实施采用的硅石中主要成分质量百分比含量为SiOS98%。 本专利技术实施采用的焦炭中含固定碳81%以上；木炭中含固定碳77%以上。本专利技术实施采用的纸浆废液为造纸r排放纸浆废液。实施例1:采用含钛渣为原料，其主要成分质量百分比含量为110222%， Si0223%， Al20313%。 将含钛渣和碳质还原剂混合后磨成粒度小于lmm的粉料，其混合质量比例为含钛渣焦 炭:木炭=14:3:1;然后在粉料中加入粘结剂纸浆废液，放入混合机中充分混合，其中纸浆废 液加入量为物料总质量的10%;混合均匀后将物料放入对辊式造球机中，以大于17MPa压力 压制成球径为30 50mm度含钛球团；将获得的含钛球团放入干燥机中烘干脱水，脱水后的含 钛球团水份小于1%。将脱水后的含钛球团，硅石，焦炭和木炭放入63KVA矿热电弧炉中进行冶炼，冶炼过程 为埋弧操作，操作电压为35V，电流为1500A，其中含钛球团占物料总质量80%，硅石占物料 总质量15%，焦炭占物料总质量的4%，木炭占物料总质量的1%;间隔2小时放出一次钛硅铝 合金，获得的钛硅铝合金成分为钛40%，硅38%，铝20%，余量为Fe。 实施例2:采用含钛渣为原料，其主要成分质量百分比含量为110213%， Al20375%。 将含钛渣和碳质还原剂混合后磨成粒度小于lmm的粉料，其混合质量比例为含钛渣:焦炭: 木炭=5:3:1;然后在粉料中加入粘结剂纸浆废液，放入混合机中充分混合，其中纸浆废液加 入量为物料总质量的10%;混合均匀后将物料放入对辊式造球机中，以大于17MPa压力压制 成球径为30 50mm的含钛球团；将获得的含钛球团放入干燥机中烘干脱水，脱水后的含钛球 团水份小于1%。将脱水后的含钛球团，硅石，焦炭和木炭放入63KVA矿热电弧炉中进行冶炼，冶炼过程 为埋弧操作，操作电压为35V，电流为1500A，其中含钛球团占总质量50%，硅石占物料总质 量35%，焦炭占物料总质量的10%，木炭占物料总质量的5%;间隔3小时放出一次钛硅铝合金，获得的钛硅铝合金成分为钛14%，硅44%，铝40%，余量为Fe。 实施例3:用含钛矿和含钛渣的混合料为混合原料，其中含钛矿的主要成分质量百分比含量为 Ti0212%， Si0235%， Al20313%，含钛渣的主要成分质量百分比含量为1^0218%， Al2O360 %。将混合原料和碳质还原剂混合后磨成粒度小于lmm的粉料，其混合质量比例为含钛矿 含钛渣:焦炭:木炭=3:3:2:1;然后在粉料中加入粘结剂纸浆废液，放入混合机中充分混合， 其中纸浆废液加入量为物料总质量的10%;混合均匀后将物料放入对辊式造球机中，以大于 17MPa压力压制成球径为30 50mm的含钛球团；将获得的含钛球团放入干燥机中烘干脱水， 脱水后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用碳热还原法制备钛硅铝合金的方法，其特征在于包括以下步骤：（１）以含钛渣、含钛矿或者两者的混合物为含钛原料，焦炭和木炭为碳质还原剂，将含钛原料和碳质还原剂混合，混合比例为含钛原料∶焦炭∶木炭＝５～１４∶２～３∶１；磨成粒度小于１ｍｍ的粉料；（２）将磨好的粉料加入粘结剂，粘结剂的加入量占物料总质量的１０％；然后进行混合，在压力大于１７Ｍｐａ的条件下压制成球径为３０～５０ｍｍ的含钛球团，然后烘干脱水，球团中的水分不超过１％；（３）将含钛球团、硅石、焦炭、木炭按成品所需比例配制批料，将配好的批料置于到反应炉中进行还原反应，每隔２～４小时出炉，冶炼出钛硅铝合金。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邢鹏飞，涂赣峰，庄艳歆，吴文远，孙树臣，高波，边雪，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：89[]