Производство ферротитана
Для получения малоуглеродистых ферросплавов в качестве восстановителя применяют кремний (силикотермический процесс) или алюминий (алюминотермический процесс).
Восстановление окислов кремнием и алюминием сопровождается выделением тепла. В определенных условиях этого тепла достаточно для получения сплава вне печи.
Стандартный ферротитан содержит 23—30% Ti, не более 0,2% С, не более 4% Си, 6—8% А1, 4—6% Si. Медь, алюминий и кремний — нежелательные, но неизбежные примеси.
Наибольшее количество ферротитана используют для связывания углерода в карбид титана при производстве кислотоупорной нержавеющей стали. При выплавке стали некоторых конструкционных марок 0,1—0,2% титана вводят в сталь для конечного раскисления и измельчения литой структуры.
§ 1. Сырые материалы
Шихту составляют из титана (концентрата), железной руды, алюминия и извести. Основным исходным материалом служит ильменитовый концентрат, содержащий 40—42% TiО2 и 50— 55% (FeO + Fe2O3). Концентрат выделяют из титаномагнетитовой руды путем магнитной сепарации. Для удаления серы концентрат подвергают окислительному обжигу.
В качестве восстановителя используют алюминий в виде порошка с зернами менее 2 мм. Слитки вторичного алюминия расплавляют, распыливают сжатым воздухом и просевают через сито с размером ячеек 2 мм.
Железную руду применяют малофосфористую, пылеватую, с высоким содержанием окислов железа и малым содержанием кремнезема.
Известь требуется свежеобожженная, содержащая не менее 90% СаО. После помола ее просевают через сито 3 мм.
§ 2. Плавильный агрегат
Чугунную разъемную шахту (рис. 7) 2 устанавливают на поддон 3. На дно шахты засыпают и утрамбовывают слой магнезитового порошка. Внутрь шахты вставляют цилиндр из кровельного железа высотой около 0,5 м. Зазор между цилиндром и чугунной шахтой засыпают магнезитовым порошком. Тележку с собранной шахтой закатывают в запальную камеру, снабженную вентиляцией. Шихту из бункера засыпают в шахту через направляющий лоток.
§ 3. Физико-химические условия процесса плавки
Реакции восстановления окислов при выплавке ферротитана
Расчет показывает, что удельная теплота реакций восстановления окислов концентрата не обеспечивает температуры 1900— 1950° С, необходимой для расплавления образующихся металла и шлака, осаждения корольков металла и покрытия тепловых потерь. Включение в состав шихты около 8% железной руды и подогрев всех шихтовых материалов до 200° С создают необходимую термичность процесса.
Если шихта хорошо измельчена и тщательно перемешана, то поверхность контакта реагирующих веществ велика, процесс идет с большой скоростью и тепловые потери относительно невелики.
§ 4. Технология плавки
На дно шахты из бункера насыпают около 500 кг шихты и зажигают ее запальной смесью, состоящей из магниевой стружки и селитры. Смесь помещают в лунку в центре засыпанного слоя шихты и воспламеняют ее электрической искрой. От тепла сгорающей запальной смеси начинается экзотермический процесс восстановления сначала близлежащей шихты, а от нее зажигается шихта по всей шахте. Из бункера в шахту равномерно при помощи лотка или шнека поступает остальная шихта. Проплавление навески, содержащей 4 т концентрата, длится 12— 15 мин.
Если плавка проведена горячо, то образующийся шлак получается достаточно жидкоподвижным, корольки восстановленного сплава имеют возможность пройти через слой шлака и собраться в блок на дне шахты.
Шлак внепечной плавки ферротитана, содержащий около 70% А12О3, — тугоплавкий. По окончании плавки на поверхность шлака дают термитную осадительную смесь из железной руды, алюминиевого порошка, ферросилиция и извести. Под действием дополнительного тепла, выделяющегося при взаимодействии окислов руды и восстановителей, шлак разжижается; запутавшиеся в шлаке корольки ферротитана получают дополнительную возможность осесть на дно, присоединиться к блоку металла.
После затвердевания блок шлака снимают, блок металла охлаждают в баке с проточной водой, дробят на куски массой до 10 кг и упаковывают в железные бочонки.
Рис. 7. Плавильная установка для алюминотермического производства ферротитана:
1 — бункер; 2 — шнековый питатель; 3 — запальная камера; 4 — тележка; 5 — чугунный поддон; 6 — засыпка из магнезитового порошка; 7 — шаблон из кровельного железа; 8 — разъемная чугунная шахта; 9 — отсос газа