专利名称：一种钛铁合金脱氧精炼方法
技术领域：
本发明属于铁合金领域，涉及一种钛铁合金脱氧精炼的方法，利用自制的反应器，采用熔盐电解技术，达到脱除钛铁合金中残留氧的目的，提高钛铁合金在炼钢过程中的应用。
背景技术：
钛铁合金在钢铁工业中被广泛用作脱氧剂、脱气剂和合金元素添加剂。钛被称为“第三金属”。钛可以改善钢的组织结构，提高钢的性能，增加钢的耐磨性和抗拉强度。钛铁合金是生产链条钢、锚链纲、造船用钢、不锈钢、电焊条以及电子、军工产品等的重要原料。在生产不锈钢和耐热钢过程中，钛与碳化合生成碳化钛，从而改善熔焊性和耐腐蚀性能。迄今为止，国内外普遍采用铝热法和重熔法生产该种铁合金。重熔法生产的钛铁合金质量较好，但过高的生产成本使其未能被广泛使用。铝热法制造的钛铁合金分为低钛、中钛、高钛3种。据实验分析，铝热法生产的钛铁合金中钛含量越高，钛的收得率越低，因为只有通过添加钛精矿或金红石增加矿石中的含量，才能增加钛铁中的含钛量，但是在钛铁含铝量保持6-7%不变的情况下，含钛量上升，钛的收得率则下降。其余的钛便以钛氧化物的形式存在于钛铁合金中，造成了铝热法生产的高钛铁合金中钛含量越高氧含量也越高的质量问题。高钛铁合金中较高的氧含量不仅使得钛铁合金在炼钢工艺中的脱氧能力下降，而且钛铁合金中氧化物的加入会对钢水造成二次污染，影响钢水质量。因此，对铝热法生产低氧含量的高钛铁合金，目前铁合金行业尚未有具体高效的解决办法。为了降低钛铁合金中的氧含量，各国工作者都在多方位寻求解决办法，目前主要是通过在钛铁合金生产过程进行控制，从而导致生产的产品钛品位较低(通常小于40%)，而对高钛铁合金尚未有有效的控制办法。在这方面，目前部分研究者采用电解方法进行了一定的研究(储少军，唐越哲，王缇等.高钛铁合金电解还原法脱氧的实验研究.铁合金，2010 (3):14-18)。研究的基础工艺是采用本世纪初，剑桥大学提出的FFC工艺，该工艺主要是用于生产电解钛及某些高熔点高稳定性金属或合金，其用于电解脱氧过程中主要存在以下问题
(1)采用氧溶解能力较高的CaCl2融盐体系使得生成的钛铁合金氧含量达不到炼钢精炼工序的要求，要降低氧含量必须进行过量电解，这又造成了电流效率极低；
(2)原料阴极准备不方便，必须具有较高的孔隙率，采用固体钛铁合金脱氧效果不明显，故需要用钛铁合金粉末为原料，并将其压制成具有一定几何形状的块状物作为阴极，才能具有脱氧效果；
(3)氧离子固相扩散速率太慢造成极化使阴极的电流密度很低，并且随着电解的进行电极面积逐渐变化，在工业生产上很难实现稳定的电解，并且在电解过程中存在严重的短路问题，电流效率低。因此，要获得低氧钛铁合金采用FFC工艺是很难实现的。
发明内容
本发明主要依据电解精炼的冶金原理，研究铝热法生产高钛铁合金产品的脱氧问题。
—种钛铁合金脱氧精炼的方法，即采用熔盐电解的方式，以粗钛铁合金为可溶阳极，以碱金属的氯化物和含钛氟盐或氯盐为电解质，在600-850°C温度下电解，钛以低价钛离子的形式进入熔盐后，在阴极析出，从而脱除粗钛铁合金中的氧，达到精炼效果。电解完成后，阴极产物常温取出，用去离子水和浓度1%稀盐酸洗涤数次，充分清洗净产物沾附的电解质。具体工艺过程如下
1.选择以碱金属的氯化物和含钛氟盐或氯盐为电解质，可供选择的碱金属氯化物主要有NaCl、KCl等，含钛氟盐或氯盐主要有TiF4、K2TiF4、TiCl2等；
2.以粗钛铁合金为阳极，选择一种阴极材料，优先钛、碳钢、镍为阴极；
3.以步骤1选择的电解质和步骤2选择的阴阳极组成电解体系，在600-850°C温度下电解；
4.电解时，阴极电流密度控制在0.5-1. 5A/cm2 ；
5.电解结束后，阴极产物常温除下，用去离子水和浓度1%稀盐酸洗涤数次，充分清洗净产物沾附的电解质。本发明的主要优点在于，在较低的温度下(600-850°C)，将钛铁合金中超过5%的氧，采用熔盐电解工艺降至IOOppm以下，过程能耗较低，具有实际意义。
图1为本发明的电解反应器上部简1-进水口 ；2-出水口 ；3-阴阳极孔；4-进气孔；5-出气孔；6-测温孔；7-备用孔图2为本发明的电解反应器下部简图。8-密封槽；9-螺栓孔；10-反应器壁。
具体实施例方式实施例1:阳极高钛铁化学成分如下
权利要求
1. 一种钛铁合金脱氧精炼的方法，其特征在于具体工艺步骤如下1).选择以碱金属的氯化物和含钛氟盐或氯盐为电解质，可供选择的碱金属氯化物主要有NaCl或KCl，含钛氟盐或氯盐主要有TiF4、K2TiF4, TiCl2 ；2).以粗钛铁合金为阳极，选择钛、碳钢或镍为阴极；3).以步骤1)选择的电解质和步骤2)选择的阴阳极组成电解体系，在600-850°C温度下电解；4).电解时，阴极电流密度控制在0.5-1. 5A/cm2 ；5).电解结束后，阴极产物常温取出，用去离子水和浓度1%稀盐酸洗涤数次，充分清洗净产物沾附的电解质。
全文摘要
本发明属于铁合金领域，涉及一种钛铁合金脱氧精炼的方法，利用自制的反应器，采用熔盐电解的方式，以粗钛铁合金为可溶阳极，以碱金属的氯化物和含钛氟盐或氯盐为电解质，在600-850℃温度下电解，钛以低价钛离子的形式进入熔盐后，在阴极析出，从而脱除粗钛铁合金中的氧，达到精炼效果。电解完成后阴极产物常温除下，用去离子水和浓度1%稀盐酸洗涤数次，充分清洗净产物沾附的电解质。本发明优点在于，在较低的温度下(600-850℃)，将钛铁合金中超过5%的氧，采用熔盐电解工艺降至100ppm以下，过程能耗较低。
文档编号C25C3/36GK102277595SQ20111026299
公开日2011年12月14日 申请日期2011年9月7日 优先权日2011年9月7日
发明者任山, 刘伟剑, 张建良, 曹明明, 焦克新, 王春龙, 苏步新, 邢相栋 申请人:北京科技大学