本發(fā)明涉及金屬冶煉技術領域，更具體的涉及一種鈦鐵合金的制備方法。
背景技術：
鈦鐵是一種用途較為廣泛的特種鐵合金?？捎米髅撗鮿?、除氣劑，改善鋼的機械性能；可用作儲氫材料，儲存氫氣或凈化氫氣；可用作合金元素添加劑，改善鋼的性能(如抗腐蝕性能、提高高溫抗拉強度等)；可用作孕育劑，改善其機械性能(如耐磨性)；可用作焊條涂料；此外，鈦鐵還用作以金屬熱還原法生產其他鐵合金和有色金屬的還原劑；有色合金的合金添加劑；還少量用于化學工業(yè)和其他工業(yè)。
目前，我國鈦鐵生產工藝以鋁熱法為主，主要生產中低、品位的鈦鐵，高鈦鐵的工業(yè)制備技術與發(fā)達國家有較大差距。重熔法技術較為成熟，在國外廣泛使用，但受原料限制在我國難以推廣。碳熱還原法雖也能生產高鈦鐵但由于產品含碳量過高而使其應用受到限制。熔鹽電解法具有工藝流程短，以金屬氧化物為原料，成本低且對環(huán)境友好的特點，因而成為冶煉高鈦鐵合金研究的一個重要方向，但實現工業(yè)化尚需時日。
技術實現要素：
本發(fā)明提供一種鈦鐵合金的制備方法，通過以釩鈦磁鐵礦和鈦精礦為原料，調節(jié)物料配比和碳熱反應溫度及時間，制備多級別鈦鐵合金，解決了現有技術中鈦鐵合金生產中鋁消耗量大，生產成本高的問題。
具體的，本發(fā)明中鈦鐵合金的制備方法，包括以下步驟：
(1)碳熱反應
以釩鈦磁鐵礦為原料，煤粉為還原劑進行混料，向混料中加入混料質量1％的膨潤土后充分混勻形成混合物，將混合物與水混合并造球，其中，混合物與水的質量比為1:0.08，將形成的濕球放入干燥箱中進行恒溫干燥，將干燥后得到的干球放入加熱爐中恒溫加熱，將加熱后的干球密閉冷卻，將冷卻后的干球粉碎并過篩，得到預還原礦粉；
(2)鋁熱還原反應
按照質量分數，將40-42％預還原礦粉、21-23％Al粉、24-26％鈦白粉、5-6％CaO和7-9％KClO3混合均勻后以鎂條引燃進行自蔓延鋁熱還原反應，將反應后的混合物冷卻除渣后得到鈦鐵合金鑄錠。
優(yōu)選的，碳熱反應步驟中，釩鈦磁鐵礦中各含量成分的質量分數為48.65％TFe、27.67％FeO、9.98％TiO2、28.84％SiO2、3.85％Al2O3、4.37％MgO、1.94％CaO和0.51％V2O5。
優(yōu)選的，碳熱反應步驟中，煤粉中各含量成分的質量分數為61.31％FC、77.50％TC、9.38％灰分和29.31％其他。
優(yōu)選的，碳熱反應步驟中，膨潤土中各含量成分的質量分數為68.55％SiO2、0.97％CaO、1.80％MgO、15.00％Al2O3、0.96％K2O、2.00％Na2O和0.023％S。
優(yōu)選的，碳熱反應步驟中，釩鈦磁鐵礦和煤粉按照配碳比為0.8進行配料。
優(yōu)選的，碳熱反應步驟中，干燥箱中干燥溫度為105℃，干燥時間為5h。
優(yōu)選的，碳熱反應步驟中，加熱爐中加熱溫度為1200℃，加熱時間為10min。
本發(fā)明具有以下有益效果：
本發(fā)明中，通過以釩鈦磁鐵礦和鈦精礦為原料，調節(jié)物料配比和碳熱反應溫度及時間，制備多級別鈦鐵合金，減少了鋁的消耗量，降低了生產成本，而且提供了多元化的鈦鐵合金品種。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是本發(fā)明實施例1制備的鈦鐵合金SEM圖。
具體實施方式
實施例1
本發(fā)明實施例1提供的鈦鐵合金的制備方法，包括以下步驟：
(1)碳熱反應
以釩鈦磁鐵礦為原料，煤粉為還原劑進行混料，其中，釩鈦磁鐵礦和煤粉按照配碳比為0.8進行配料，然后向混料中加入混料質量1％的膨潤土后充分混勻形成混合物，將混合物與水混合并造球，其中，混合物與水的質量比為1:0.08，將形成的濕球放入105℃干燥箱中進行恒溫干燥，干燥時間為5h，將干燥后得到的干球放入加熱爐中恒溫加熱，加熱溫度為1200℃，加熱時間為10min，將加熱后的干球取出密閉冷卻，將冷卻后的干球粉碎并過200目篩，得到預還原礦粉；
(2)鋁熱還原反應
按照質量分數，將41.6％預還原礦粉、21％Al粉、25％鈦白粉、5.2％CaO和7.2％KClO3混合均勻后以鎂條引燃進行自蔓延鋁熱還原反應，將反應后的混合物冷卻除渣后得到鈦鐵合金鑄錠。
其中，碳熱反應中各原料主要化學成分分別為：
釩鈦磁鐵礦中各含量成分的質量分數為48.65％TFe、27.67％FeO、9.98％TiO2、28.84％SiO2、3.85％Al2O3、4.37％MgO、1.94％CaO和0.51％V2O5。
煤粉中各含量成分的質量分數為61.31％FC、77.50％TC、9.38％灰分和29.31％其他。
膨潤土中各含量成分的質量分數為68.55％SiO2、0.97％CaO、1.80％MgO、15.00％Al2O3、0.96％K2O、2.00％Na2O和0.023％S。
實施例1中鋁熱反應的實驗方案如表1所示。
表1鋁熱反應的實驗方案
實施例1中制備的鈦鐵合金的成分如表2所示。
表2鈦鐵合金的成分(wt.％)
由表2看出，制備所得的鈦鐵合金中鋁含量符合國家標準，并且鋁含量低于8％，硅含量也符合設計要求，因此，以預還原礦粉和鈦白粉為原料的碳熱預還原-鋁熱還原的復合還原法制備鈦鐵合金的工藝方法是可行的。
對本實施例1中制備的鈦鐵合金進行檢測，其SEM結果如圖1所示，由圖1中可看出鈦鐵合金分布較為均勻。A區(qū)面積大，顏色亮白，相比較B區(qū)而言，合金中鈦高鋁少。B區(qū)面積小，顏色灰暗，聚集在A區(qū)周圍，相比較A區(qū)而言，合金中鋁高鈦少。C區(qū)為細小Al2O3夾雜物。
實施例2
本發(fā)明實施例2提供的鈦鐵合金的制備方法，包括以下步驟：
(1)碳熱反應
以釩鈦磁鐵礦為原料，煤粉為還原劑進行混料，其中，釩鈦磁鐵礦和煤粉按照配碳比為0.8進行配料，然后向混料中加入混料質量1％的膨潤土后充分混勻形成混合物，將混合物與水混合并造球，其中，混合物與水的質量比為1:0.08，將形成的濕球放入105℃干燥箱中進行恒溫干燥，干燥時間為5h，將干燥后得到的干球放入加熱爐中恒溫加熱，加熱溫度為1200℃，加熱時間為10min，將加熱后的干球取出密閉冷卻，將冷卻后的干球粉碎并過200目篩，得到預還原礦粉；
(2)鋁熱還原反應
按照質量分數，將40％預還原礦粉、23％Al粉、24％鈦白粉、5％CaO和8％KClO3混合均勻后以鎂條引燃進行自蔓延鋁熱還原反應，將反應后的混合物冷卻除渣后得到鈦鐵合金鑄錠。
其中，碳熱反應中各原料主要化學成分分別為：
釩鈦磁鐵礦中各含量成分的質量分數為48.65％TFe、27.67％FeO、9.98％TiO2、28.84％SiO2、3.85％Al2O3、4.37％MgO、1.94％CaO和0.51％V2O5。
煤粉中各含量成分的質量分數為61.31％FC、77.50％TC、9.38％灰分和29.31％其他。
膨潤土中各含量成分的質量分數為68.55％SiO2、0.97％CaO、1.80％MgO、15.00％Al2O3、0.96％K2O、2.00％Na2O和0.023％S。
實施例2中鋁熱反應的實驗方案如表3所示。
表3鋁熱反應的實驗方案
實施例3
本發(fā)明實施例3提供的鈦鐵合金的制備方法，包括以下步驟：
(1)碳熱反應
以釩鈦磁鐵礦為原料，煤粉為還原劑進行混料，其中，釩鈦磁鐵礦和煤粉按照配碳比為0.8進行配料，然后向混料中加入混料質量1％的膨潤土后充分混勻形成混合物，將混合物與水混合并造球，其中，混合物與水的質量比為1:0.08，將形成的濕球放入105℃干燥箱中進行恒溫干燥，干燥時間為5h，將干燥后得到的干球放入加熱爐中恒溫加熱，加熱溫度為1200℃，加熱時間為10min，將加熱后的干球取出密閉冷卻，將冷卻后的干球粉碎并過200目篩，得到預還原礦粉；
(2)鋁熱還原反應
按照質量分數，將40％預還原礦粉、21％Al粉、24％鈦白粉、6％CaO和9％KClO3混合均勻后以鎂條引燃進行自蔓延鋁熱還原反應，將反應后的混合物冷卻除渣后得到鈦鐵合金鑄錠。
其中，碳熱反應中各原料主要化學成分分別為：
釩鈦磁鐵礦中各含量成分的質量分數為48.65％TFe、27.67％FeO、9.98％TiO2、28.84％SiO2、3.85％Al2O3、4.37％MgO、1.94％CaO和0.51％V2O5。
煤粉中各含量成分的質量分數為61.31％FC、77.50％TC、9.38％灰分和29.31％其他。
膨潤土中各含量成分的質量分數為68.55％SiO2、0.97％CaO、1.80％MgO、15.00％Al2O3、0.96％K2O、2.00％Na2O和0.023％S。
實施例3中鋁熱反應的實驗方案如表4所示。
表4鋁熱反應的實驗方案
實施例4
本發(fā)明實施例4提供的鈦鐵合金的制備方法，包括以下步驟：
(1)碳熱反應
以釩鈦磁鐵礦為原料，煤粉為還原劑進行混料，其中，釩鈦磁鐵礦和煤粉按照配碳比為0.8進行配料，然后向混料中加入混料質量1％的膨潤土后充分混勻形成混合物，將混合物與水混合并造球，其中，混合物與水的質量比為1:0.08，將形成的濕球放入105℃干燥箱中進行恒溫干燥，干燥時間為5h，將干燥后得到的干球放入加熱爐中恒溫加熱，加熱溫度為1200℃，加熱時間為10min，將加熱后的干球取出密閉冷卻，將冷卻后的干球粉碎并過200目篩，得到預還原礦粉；
(2)鋁熱還原反應
按照質量分數，將41％預還原礦粉、21％Al粉、26％鈦白粉、5％CaO和7％KClO3混合均勻后以鎂條引燃進行自蔓延鋁熱還原反應，將反應后的混合物冷卻除渣后得到鈦鐵合金鑄錠。
其中，碳熱反應中各原料主要化學成分分別為：
釩鈦磁鐵礦中各含量成分的質量分數為48.65％TFe、27.67％FeO、9.98％TiO、28.84％SiO、3.85％Al2O3、4.37％MgO、1.94％CaO和0.51％V2O5。
煤粉中各含量成分的質量分數為61.31％FC、77.50％TC、9.38％灰分和29.31％其他。
膨潤土中各含量成分的質量分數為68.55％SiO2、0.97％CaO、1.80％MgO、15.00％Al2O3、0.96％K2O、2.00％Na2O和0.023％S。
實施例4中鋁熱反應的實驗方案如表5所示。
表5鋁熱反應的實驗方案
盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。
顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內。