Способ производства ферротитана

 

СОДЕРЖАНИЕ 

 

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………..2

1. СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ФЕРРОТИТАНА ……………………….4
2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ФЕРРОТИТАНА………………………………………………………….6
3. РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО И ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ПЛАВКИ ФЕРРОТИТАНА………………………………………………………….10

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

введение

Одним из наиболее важных направлений  в современной черной металлургии  является не наращивание объема производства материалов, как это было ранее, а  повышение качества выпускаемой  продукции при сравнительно невысоких  темпах увеличения объема производства. То есть приоритетным является производство конструкционных материалов с меньшей  металлоемкостью, но с высоким значением  механических свойств, что достигается  путем введения в сплав различных  легирующих элементов. Нередко такие  элементы вводятся в чистом виде, однако чаще в виде ферросплавов, представляющих собой сплавы железа с легирующими  элементами. Одним из наиболее эффективных  и распространенных ферросплавов является ферротитан.

 Ферротитан - это легирующий сплав титана и железа, где минимальное содержание титана по массе – 20%, а максимальное – 75%. Ферротитан получаются путем переплава или восстановления. Стоит отметить, что сплав может иметь в своем составе алюминий, медь, кремний и некоторые примеси, но в небольших количествах. Ферротитан бывает нескольких марок, каждая из которых различна по наличию примесей: ФТи25, ФТи70С05, ФТи30, ФТи70С08, ФТи70С1, ФТи70С05Сн03, ФТи57С7 и ФТи35С8.

 Ферротитан наиболее распространен в сталелитейной промышленности. Он используется для раскислений и легирования сталей. Благодаря тем свойствам, которыми сплав обладает, продукция становится очень устойчивой к коррозии, поэтому нередко ферротитан применяется для производства нержавеющей стали.

 Кроме того, сплав применяется  при выплавке наиболее ответственных  конструкционных сталей с целью  конечного раскисления и дегазации. Применяется ферротитани для изготовления сварочных электродов.

 Поставка ферротитана осуществляется в касках, масса которых, как правило, не превышает 15 кг. Куски сплава на поверхности и в изломе не должны быть загрязнены шлаком, песком и любыми другими инородными материалами. Допускается лишь наличие следов окисной пленки и противопригарных материалов.

Транспортируется ферротитан упакованным в деревянные ящики или стальные барабаны. Нередко он упаковывается и в специализированные контейнеры. Навалом транспортировать ферротитан тоже допустимо.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

              СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ФЕРРОТИТАНА

Известные металлотермические способы производства ферротитана основаны на алюминотермическом восстановлении оксидов ильменитового концентрата (TiO₂-FeO; TiO₂-Fe₂O₃) и железорудного сырья (Fe₂O₃; Fe₃O₄) с получением ферротитана с содержанием 35-45% Ti (ФТи35 по ГОСТу 4761-91). Поскольку для полного проведения технологического процесса и разделения металла и шлака тепла не хватает, то алюминотермическую шихту необходимо подогревать до 300-400°С, или в шихту вводить термические добавки (натриевую или калиевую селитру), а на них дополнительно затрачивать алюминий, что приводит к повышению себестоимости ферротитана.

Известный способ получения  высокопроцентных сортов ферротитана с содержанием 65-75% Ti (ФТи70) основан на совместном сплавлении металлического лома титана и железа в индукционной электропечи. Причем в случае использования для металлургического передела металлических отходов, стоимость которых уже заложена в ранее полученную товарную продукцию, выплавленный ферротитан имеет крайне низкую себестоимость. Однако, при использовании ферротитана, полученного способом сплавления металлических отходов, на ответственные марки сталей, в том числе и хромоникелевые нержавеющие, необходимо учитывать, что он несет с собой в сталь многочисленные нежелательные примеси (Sn, Zr, Mo, Cr, Mn, V, Zn и др.), которые приводят к непрограммируемым свойствам, а иногда и к браку стали.

В связи с этим в настоящее  время назрела необходимость  получения ферротитана из первородного сырья (ильменитового, рутилового или титаномагнетитового концентратов) который отличался бы от ферротитана по известным технологиям пониженной себестоимостью и как можно меньшим количеством нежелательных примесей.

В Гиредмете проведены исследования и разработана технология выплавки ферротитана из ильменитового концентрата двухстадийным процессом. На первой стадии технологического процесса углетермическим способом выплавляется титановый полупродукт с содержанием 75-76% TiO₂ и 16-17% FeO, который на второй стадии в жидком виде довосстанавливается алюминием. Разработанная технология позволяет получить ферротитан с содержанием 45-55% Ti; 2,4-2,6% Si; 7-8% Al; 0,006% Р; 0,003% S и Fe-остальное.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ФЕРРОТИТАНА

Наибольшее распространение  получил алюмотермический метод производства ферротитана. Восстановление основных окислов титанового концентрата алюминием протекает по следующим реакциям:

TiO₂ + 4/3Al = Ti + 2/3Al₂О₃

SiO₂ + 4/3Al = Si + 2/3Al₂O₃

2 FeO + 4/3Al = 2Fe + 2/Al₂O₃

2/3Fe₂O₃ + 4/3Al = 4/3Fe + 2/3Al₂O₃

Для нормального протекания алюминотермического процесса производства ферротитана требуется чтобы удельная теплота процесса составляла 2,55—2,60 МДж/кг (610—620 ккал/кг), что достигается соответствующим составом шихты и ее нагревом, в результате чего повышается удельная теплота процесса приблизительно на 125,6 кДж/кг (30 ккал/кг) на каждые 100° С подогрева. В процессе производства ферротитана происходит растворение титана в железе и образование соединений титана с алюминием и кремнием, что способствует развитию реакции восстановления и увеличивает переход титана в сплав. Увеличению выхода титана в сплав способствует также увеличение количества алюминия в шихте, но это приводит в то же время к повышению содержания алюминия в сплаве. В связи с образованием прочного силицида титана Ti₅Si₃ значительного повышения извлечения титана и уменьшения остаточного содержания алюминия в сплаве достигают введением в шихту ферросилиция марок ФС45 или ФС75 при повышении содержания кремния в ферротитане до 5—5,5%. Закись титана, являясь довольно сильным основанием, может образовывать соединение с глиноземом, что снижает использование титана. Чтобы воспрепятствовать этому процессу, в шихту, при производстве ферротитана, вводят СаО, замещающую TiO в его соединениях с глиноземом. Это повышает степень восстановления титана, но понижает температуру процесса и, как следствие, увеличивает потери корольков сплава в шлаке. Оптимальное количество извести — около 20% от массы алюминия. Шихту для производства ферротитана рассчитывают из условий, что из нее переходит в сплав 77% Ti, 90% Si, 99% Fe,90% Mn, 70% S; в шлак 23% Ti (из них 11,5% в виде TiO и 11,5% в виде Ti₂O₃), 10% Si, 100% Zn и 30% S идет в улет

 При производстве ферротитана тепло расходуется следующим образом: на нагрев сплава 29,2%, на нагрев шлака 52,5% и на потери 18,2%. Температура процесса равна 1950° С. Подготовленные к производству ферротитана шихтовые материалы дозируют, смешивают и затем шихту засыпают в плавильный бункер, откуда она подается шнековым питателем в плавильную шахту. Плавильная шахта состоит из разборной цилиндрической чугунной шахты, установленной на зафутерованной огнеупорным кирпичом тележке, на которой затем наплавляют постоянную подину, представляющую собой блок 10—15%-ного ферротитана. Колоша шихты состоит из 100 кг концентрата, 42,5 — 45,4 кг алюминиевого порошка, 10,5 кг извести и 0,95—1,85 кг 75%-ного ферросилиция. На одну плавку ферротитана дают 38 колош. Производство ферротитана проводят с нижним запалом. На подину загружают 50 кг шихты, поджигаемой электрозапалом. После начала реакции в шахту равномерно [(со скоростью 300 кг/(м2«мин) задают шихту. Нормальная продолжительность плавки на 4 т концентрата составляет 15 18 мин. Замедленный ход плавки может быть вызван низкой удельной теплотой процесса или недостатком восстановителя. Бурный ход плавки в основном вызывается присутствием повышенного количества влаги в шихте или футеровке. По окончании плавки на поверхность расплава задают железотермитную смесь, состоящую из 300 кг железной руды, 56—67 кг алюминиевого порошка, 18—20 кг ферросилиция и 100 кг извести. В результате этого разжижается шлак и обеспечивается осаждение корольков ферротитана, что повышает выход титана в сплав. Для успешного осаждения корольков сплава применяют электроподогрев шлака.                                Таблица 1. Химический состав ферротитана

 Эффективное ведение  плавки достигается при выпуске  ферротитана из наклоняющегося ковша. В этом случае сразу по окончании плавки ведут разливку расплава в изложницы с днищем из блока низкопроцентного ферротитана. Сначала сливают шлак слоем — 300 мм и выдерживают его —1,5 мин для образования шлакового гарниссажа достаточной толщины, а затем сливают весь остальной расплав. В случае использования, при производстве ферротитана, в качестве шихты отходов металлического титана, их нагревают до 300—400° С и загружают под запальную смесь с таким расчетом, чтобы образующихся при ее проплавлении шлак закрывал и предохранял их от окисления воздухом. Переплав титановых отходов позволяет повысить содержание титана в сплаве до 35—40%, снизить расход алюминия на 50—80 кг и концентрата на 100—200 кг на тонну сплава. После застывания блока сплав очищают от шлака, охлаждают водой, затем проводят разделку сплава. Шлаки алюминотермического производства ферротитана содержат обычно 11,7—13,3% ТiO2; до 0,5% SiO2; 10—14% СаО; 3—4% MgO; 0,8—2,0% FeO и 70—74% Al2O3. Кратность шлака равна 1,3. На производство 1 т ферротитана (20% Ti) расходуется 980 кг ильменитового концентрата (42% TiO2), 420 кг алюминия, 70 кг железной руды, 50 кг титановых отходов и 100 кг извести. С учетом потерь при обжиге сквозное использование титана составляет - 68%. По способу Ключевского завода ферросплавов ферротитан, содержащий 37,5—40,0% Ti, может быть получен двухстадийной электропечной плавкой с предварительным расплавлением перовскитового концентрата (-50% от общего количества титановых концентратов) и последующим проплавлением ильменитового концентрата с алюминием при отключенной печи. На 1 т сплава в этом случае расходуется 380 кг алюминиевого порошка и извлечение титана составляет 71%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО И  ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ПЛАВКИ ФЕРРОТИТАНА

 

Состав шихтовых материалов

Состав  титанового концентрата (массив 1)

Материал	Химический состав, %,
	TiO2	FeO	Fe2O3	SiO2	MgO	CaO	S	Al2O3
Титановый концентрат	44	16	33,05	3	1,6	1,6	0,05	1,5

Состав  железной руды (массив 2)

Материал	Химический состав, %,
	Fe2O3	SiO2	CaO	Al2O3
Железная руда	92	4	3	1

Состав  извести(массив 3)

Материал	Химический состав, %,
	SiO2	CaO	n.n.n.	Al2O3
Известь	5	93	1	1

Состав  крупки алюминиевой (массив 4)

Материал	Химический состав, %,
	Si	Cu	Fe	Al
Крупка Al	2	2	2	94

 

Состав  ферросилиция (массив 5)

Материалы	Химический состав, %,
	Si	Fe	Al
FeSi	75	24	1

 

 

Условия ведения плавки (массив 6)

№ п/п	Условия плавки	Обозначение	Единица измерения	Принятое значение
1	Восстанавливается TiO2 до Ti Восстанавливается TiO2 до TiО Восстанавливается TiO2 до Ti2О3		% % %	70 15 15
2	Восстанавливается Fe2O3 железной руды и концентрата до Fe Восстанавливается Fe2O3 железной руды и концентрата до FeO Восстанавливается FeO концентрата до Fe		%   % %	97   3 100
3	Восстанавливается SiO2 до Si		%	90
4	Отношение Al к Ti в сплаве		(-)	0,25
5	На 100  кг концентрата расходуется  железной руды (для повышения термичности процесса) в шихту На 100  кг концентрата расходуется  железной руды (для осаждения корольков) На  100 кг концентрата расходуется FeSi в шихту для осаждения корольков На  100 кг концентрата расходуется Al для осаждения корольков		кг   кг   кг кг   кг	2   6   1 0,5   1,5
6	Из ферросилиция переходит в  сплав Si Из  ферросилиция участвует в восстановлении Si		%   %	50   50
7	Алюминий участвует в восстановлении Алюминий  переходит в сплав Алюминий  окисляется кислородом воздуха		% % %	86 11 3