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真空铝热法制备低氧高钛铁的研究

作　者: 宋雪静
导　师: 魏莉
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 材料学
关键词: 铝热还原高钛铁氧含量真空熔炼复合还原剂
分类号: TF64
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

高钛铁是一种用途较为广泛的特种铁合金,是冶炼铁基高温合金和优质不锈钢不可缺少的材料,尤其是在提高军用、航空等高级合金钢的质量方面有着不可取代的作用。随着对钢材质量要求的提高,对钛铁质量的要求也越来越高。目前高钛铁的制备方法主要采用铝热还原法。该方法原料来源广,价格便宜,生产成本低。但制得的高钛铁由于氧含量过高,满足不了用户要求,使高钛铁的使用受到限制。目前我国所需的优质高钛铁都是从国外进口,成本费用极高,严重制约了我国高新技术的发展。本文从铝热法制备高钛铁的现行工艺入手,通过分析高钛铁的微观组织与氧的形成机理,提出了铝热还原-真空精炼法制备低氧优质高钛铁的新工艺,即首先采用铝热还原法制备出高钛铁粗产品,然后进行真空精炼。通过添加复合还原剂并组成复配渣,去除高钛铁中的夹杂物,制备出低氧的优质高钛铁合金。微观组织分析表明,现行铝热还原法生产的高钛铁还原反应不完全,氧元素主要以Al₂O₃、Fe₂TiO4、TiO₂、Ti₂O、钛氧固溶体等含氧相存在,微观组织结构复杂,形成的氧化物夹杂化学性质稳定、渣-金分离困难。即使延长高温熔炼时的保温时间,改善渣-金分离条件,但来自空气中的氧因扩散作用也会导致钛铁中氧的浓度升高,难于得到低氧的高钛铁。基于对高钛铁合金中夹杂物的成分及氧形成机理的分析,本文选择Al-Mg作为复合还原剂,考察熔渣粘度以CaO-Al₂O₃-CaF₂为基础渣系,选择CaO-Al₂O₃-CaF₂-TiO₂及CaO-Al₂O₃-CaF₂-SiO₂四元渣系,分别考察了TiO₂及SiO₂含量对渣系的黏度及流动性的影响,测量渣样的黏度,分析其物相变化。粘度试验表明:熔渣粘度均随着温度的升高而降低,随CaF₂的增多而减小。CaO-Al₂O₃-CaF₂-TiO₂渣系在温度高于1520℃时,粘度低于0.4 Pa·S,渣的流动性较好。熔炼后渣相主要为:₃CaO·Al₂O₃,1₂CaO·7Al₂O₃,Ca1₂Al14O₃₂F₂,Ca₃（AlO₃）₂及CaTiO₃。CaO-Al₂O₃-CaF₂-SiO₂渣系在温度高于1492℃时,黏度低于0.4 Pa.S,渣的流动性较好;粘度随SiO₂量的增加而降低。熔炼后渣相主要为Ca1₂Al14O₃₂F₂,Ca₂SiO₄, Ca₂SiO₂F₂ ,Ca₃Al₂（SiO₄）₃,5CaO·₃Al₂O₃及Al₂（SiO₄）O。真空精练试验表明:Al-（10%^<sub>20%）Mg是一种有效的复合还原剂,CaO-（10%²0%）CaF₂-（10%¹5%）Li₂O是一种良好的渣系,对于消除高钛铁的氧化物夹杂、降低合金中的含氧量十分有效。经真空精炼后,合金中铝、硅的含量已经达标,氧的含量为3.25%,与粗钛铁的含氧量12.20%相比,得到了有效的降低。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-25
  1.1 钛资源概述  11-13
  1.2 钛合金材料目前的应用  13-16
  1.3 钛工业发展现状  16-18
  1.4 高钛铁合金的性质与应用  18-19
  1.5 高钛铁合金的生产方法  19-22
    1.5.1 重熔法制备高钛铁  19-20
    1.5.2 金属热还原法制备高钛铁  20-22
    1.5.3 真空感应熔炼法制备高钛铁  22
  1.6 本文研究的目的、意义及内容  22-25
    1.6.1 本文研究的目的及意义  22-24
    1.6.2 本文研究的主要内容  24-25
第2章原料高钛铁的微观组织及其形成机理  25-37
  2.1 现行以金红石为原料冶炼高钛铁的工艺  25-27
    2.1.1 原料及工艺  25-26
    2.1.2 工艺过程  26-27
  2.2 原料高钛铁的微观组织分析  27-29
  2.3 铝热还原法制备高钛铁的热力学分析  29-31
  2.4 原料高钛铁的微观组织形成机理  31-33
  2.5 影响冶炼回收率的因素  33-36
    2.5.1 铝对高钛铁冶炼回收率的影响  33
    2.5.2 发热剂对高钛铁冶炼回收率的影响  33-34
    2.5.3 石灰对高钛铁冶炼回收率的影响  34-35
    2.5.4 萤石对高钛铁冶炼回收率的影响  35
    2.5.5 铁矿粉对高钛铁冶炼回收率的影响  35-36
    2.5.6 冷却时间对高钛铁冶炼回收率的影响  36
  2.6 本章小结  36-37
第3章还原剂及熔渣的选择  37-61
  3.1 复合还原剂的选择  37-40
    3.1.1 还原剂的热力学计算  37-38
    3.1.2 还原剂的选择  38-39
    3.1.3 还原剂的配料计算  39-40
  3.2 高钛铁渣系的选择  40-59
    3.2.1 熔渣的作用  40-41
    3.2.2 熔渣的物理化学性质  41-44
    3.2.3 渣系的选择  44
    3.2.4 粘度测量原理  44-46
    3.2.5 粘度测量试验  46-50
    3.2.6 CaO-Al_2O_3-CaF_2-TiO_2 渣系测量结果与讨论  50-54
    3.2.7 CaO-Al_2O_3-CaF_2-SiO_2 渣系测量结果与讨论  54-57
    3.2.8 熔渣选取的热力学计算  57-58
    3.2.9 熔渣的选择  58-59
    3.2.10 熔渣的配料计算  59
  3.3 本章小结  59-61
第4章真空精炼高钛铁  61-72
  4.1 实验过程  61-64
    4.1.1 配料  61-62
    4.1.2 精炼  62-64
  4.2 实验结果与分析  64-71
  4.3 本章小结  71-72
结论  72-73
参考文献  73-77
攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果  77-78
致谢  78-79
详细摘要  79-88

真空铝热法制备低氧高钛铁的研究

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