[發明專利]一種鈦鐵合金脫氧精煉方法

無效

• 申請號: 201110262991.7
• 申請日: 2011-09-07
• 公開（公告）號: CN102277595A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發明（設計）人: 張建良;邢相棟;焦克新;任山;劉偉劍;蘇步新;王春龍;曹明明
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C25C3/36
• 分類號: C25C3/36
• 代理公司: 北京東方匯眾知識產權代理事務所(普通合伙) 11296
• 代理人: 劉淑芬

技術領域：

本發明屬于鐵合金領域，涉及一種鈦鐵合金脫氧精煉的方法，利用自制的反應器，采用熔鹽電解技術，達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用。

背景技術：

鈦鐵合金在鋼鐵工業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構，提高鋼的性能，增加鋼的耐磨性和抗拉強度。鈦鐵合金是生產鏈條鋼、錨鏈綱、造船用鋼、不銹鋼、電焊條以及電子、軍工產品等的重要原料。在生產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，國內外普遍采用鋁熱法和重熔法生產該種鐵合金。

重熔法生產的鈦鐵合金質量較好，但過高的生產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。據實驗分析，鋁熱法生產的鈦鐵合金中鈦含量越高，鈦的收得率越低，因為只有通過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，造成了鋁熱法生產的高鈦鐵合金中鈦含量越高氧含量也越高的質量問題。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對鋼水造成二次污染，影響鋼水質量。因此，對鋁熱法生產低氧含量的高鈦鐵合金，目前鐵合金行業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過程進行控制，從而導致生產的產品鈦品位較低（通常小于40%），而對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行了一定的研究（儲少軍，唐越哲，王緹等.高鈦鐵合金電解還原法脫氧的實驗研究.鐵合金，2010（3）：14-18）。研究的基礎工藝是采用本世紀初，劍橋大學提出的FFC工藝，該工藝主要是用于生產電解鈦及某些高熔點高穩定性金屬或合金，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不到煉鋼精煉工序的要求，要降低氧含量必須進行過量電解，這又造成了電流效率極低；

(2)原料陰極準備不方便，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，并且隨著電解的進行電極面積逐漸變化，在工業生產上很難實現穩定的電解，并且在電解過程中存在嚴重的短路問題，電流效率低。

因此，要獲得低氧鈦鐵合金采用FFC工藝是很難實現的。

發明內容：

本發明主要依據電解精煉的冶金原理，研究鋁熱法生產高鈦鐵合金產品的脫氧問題。

一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極，以堿金屬的氯化物和含鈦氟鹽或氯鹽為電解質，在600-850℃溫度下電解，鈦以低價鈦離子的形式進入熔鹽后，在陰極析出，從而脫除粗鈦鐵合金中的氧，達到精煉效果。電解完成后，陰極產物常溫取出，用去離子水和濃度1%稀鹽酸洗滌數次，充分清洗凈產物沾附的電解質。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，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.以粗鈦鐵合金為陽極，選擇一種陰極材料，優先鈦、碳鋼、鎳為陰極；

3.以步驟1選擇的電解質和步驟2選擇的陰陽極組成電解體系，在600-850℃溫度下電解；

4.電解時，陰極電流密度控制在0.5-1.5A/cm²；

5.電解結束后，陰極產物常溫除下，用去離子水和濃度1%稀鹽酸洗滌數次，充分清洗凈產物沾附的電解質。

本發明的主要優點在于，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，具有實際意義。

附圖說明：

圖1為本發明的電解反應器上部簡圖；