钛铁

主成分为钛和铁的铁合金

主成分为钛和铁的铁合金。还含有铝、硅、碳、硫、磷、锰等杂质。用作炼钢脱氧剂、脱硫剂、除气剂和合金剂。在炼钢过程中作为合金元素加入钢中，起到细化组织晶粒、固定间隙元素（C、N）、提高钢材强度等作用。

物质介绍

主成分为钛和铁的铁合金。还含有铝、硅、碳、硫、磷、锰等杂质。用作炼钢脱氧剂、脱硫剂、除气剂和合金剂。按含钛量的不同主要有3个品种：FeTi30(含Ti25.0%～35.0%、Al<8.5%、Si<5.0%)，FeTi40(含Ti35.0%～45.0%，Al<9.5%，Si<4.0%)和FeTi70(含Ti65%～75%，Al0.5%～5%，Si<0.5%)。此外，还有多种含钛复合合金如Ti-Si-Fe，Ti-B-Al-V，Ti-B-Al-Cr，Ti-Al，Ni-Ti-Al，Ti-B-Al，Ti-Cr-Al等，用作钛添加剂。

钛是1791年格雷戈尔(W. Gregor)发现的，但当时未命名，直到1795年克拉普罗特(M. H. Klaproth)发现钛后，才命名为“Titans”(钛)。罗西(A. Rossi)于1901年提出电铝热法冶炼钛铁的专利，1937年苏联研究铝热法冶炼钛铁的工艺。从50年代中期起，因废钛金属料的增加，开始生产70%Ti的钛铁。中国于1959年在锦州铁合金厂开始用铝热法工业规模生产钛铁。

性质与用途

钛的原子量为47.90。外层电子结构为3d4s。熔点1667℃。沸点3285℃。密度(20℃)4.5g/cm3。钛的化学性质较活泼，能与氧、氮、硫、碳生成稳定的化合物。

钛铁在炼钢中用作脱氧剂、除气剂和碳硫稳定剂。生产镇静钢用钛脱氧，可以减少钢锭上部的偏析，改善钢的质量和提高钢锭的成材率。钛与溶解在钢液中的氮可结合成稳定的氮化钛，能消除氮对钢性能的不良影响。钛与钢液中的硫生成硫化钛，可以消除导致热脆的硫化铁生成。钛与碳生成极稳定的碳化钛，碳化钛的微粒可阻止钢晶粒长大，细化钢的组织，使钢的强度提高。钛与碳间的化学亲和力大于铬与碳，在不锈钢中添加钛铁以固定碳，可消除铬在不锈钢晶界的贫化现象，提高不锈钢的抗腐蚀能力。近年来钛已作为微合金化元素生产高强度低合金钢。铸铁中加入钛，有助于细晶石墨的生成，还起脱气、孕育、净化与细化铸件组织的作用，提高铸件耐磨性。耐热铸铁添加钛可以提高铸铁件的耐热性。此外，超合金与铝合金生产用含钛复合合金作添加剂。电焊条用钛铁作涂料组分，可以提高焊接质量。

钛铁是一种用途较为广泛的特种合金，在炼钢过程中作为合金元素加入钢中，起到细化组织晶粒、固定间隙元素（C、N）、提高钢材强度等作用。在冶炼不锈钢和耐热钢时，钛与碳结合成稳定的化合物，能防止碳化铬生成，从而减少晶间腐蚀，提高铬镍不锈钢的焊接性能。用钛脱氧的产物易于上浮，镇静钢用钛脱氧可以减少钢锭上部的偏析，从而改善钢锭质量，提高钢锭的收得率。钛与溶解在钢水中的氮结合生成一种稳定的不溶于钢水的氮化钛。高钛铁又是冶炼铁基高温合金和优质不锈钢等不可缺少的合金材料。随着钢质量的提高，品种的增加，对钛铁质量及品种的要求越来越高。国际市场对含钛高的高钛铁的需求量较大，但我国目前的铁合金厂一般只生产普通中、低钛铁。对于 w(Ti) = 65%~75%、w(Al) ≤4%的高钛铁,很少有厂家正式生产。

现状

目前国际市场上供应的高钛铁主要是 w(Ti)68~72%、w (Al)<4.0%、w (Si)<0.5%、w (N)<0.4%、w (C)<0.1%、w (S)<0.015%、w (P)<0.02%、w (TO)<1.0%的优质高钛铁，这种高钛铁采用钛屑重熔法生产。国内也有采用这种方法来生产高钛铁，但成本很高。

为了降低炼钢成本，国内钢铁企业采购高钛铁时适当放低了要，W 厂生产IF 钢使用的高钛铁要求：w(Ti)>65%、w (Al)<4.5%、w (Si)<0.5%、w (TO)65%、w (Al)<4.0%、w (Si)<0.5%、w (TO)<5.0%。

生产工艺

工业生产钛铁的原料有钛铁精矿(Fe-TiO3)、金红石(TiO2)、钛白粉(TiO2)及废钛金属料(Ti，Ti-V-Al等)，其中除废钛金属料外，都要用还原剂还原才能得到钛铁和钛合金。TiO2是比较难还原的氧化物。用碳还原TiO2只有在高温下才能实现，并且生成TiC而不是Ti。得到高碳钛铁。用硅还原TiO2是不能实现的，但添加CaO作熔剂，则可以促使硅还原反应发生。钛与硅生成稳定的硅化物，对硅还原反应有利，但生产的钛铁含硅高。用铝还原TiO2生成Ti是可能的。但如配铝低于化学计算值，则生成大量TiO。TiO比TiO2更稳定，用铝也不能将它还原。它是强碱性氧化物，能与Al2O3或SiO2组成炉渣。所以要添加CaO来阻止TiO的成渣反应，而且对TiO2的还原也有利。比较图 2的反应，用铝还原钛铁矿(FeTiO3)比还原TiO2容易，添加CaO也有同样效果。所以用铝还原钛精矿是生产钛铁的主要方法。得到的产品含碳低，但铝、硅较高。综合上述分析，生产钛铁的主要方法有铝热法，电硅热法和电碳热法，还有废钛金属料重熔法。

重熔法

用钛废料和废钢作原料，在感应炉内重熔，生产约70%Ti（Fe-Ti系在约68%Ti有低共熔点）的钛铁。为了减少钛在重熔过程中的烧损，把钛废料装在钢筒中后压紧。并添加氯化钡和氯化钠的混合物，或冰晶石，或类似的低熔点混合物作熔剂，覆盖在钛铁熔体上面。重熔法还可生产各种钛复合合金。

电硅热法

在电炉内用硅铁还原TiO2-FeO-CaO-CaF2熔体。可以生产出Fe-Ti-Si，Si-Ca-Ti等复合合金。如增加其他氧化物或添加其他铁合金后，则可制成多元的钛复合合金。

电碳热法

在小型电炉内用焦炭作还原剂，石灰作熔剂，可以生产含i20%～25%，C5%～8%，Sil%～2%，Al1%～2%，余量为铁的高碳钛铁。要得到含碳较低的钛铁，可在炉料中添加硅石。如炉料组成为：47%钛铁矿(TiO251.5%)，28.5%硅石，24.5%焦屑，可炼出Ti29%～30%，Si17%～20%，C1.8%～2%的中碳钛铁。提高炉料内硅石的配比，可炼出Si约30%与C0.1%～0.3%的低碳高硅钛铁。如炉料中增加铝矾土，可炼出Ti-Al-Si-Fe复合合金。

冶炼影响因素分析

钛铁冶炼中的不正常现象

1）湿炉料掺杂炉料中，发生沸腾现象，炉气逸出不均匀，喷出大量炉料；镁砂含有水分作砂窝也有喷料现象。

2）炉料混合不均匀，冶炼进行得也不均匀。

3）单位配热量低，反应缓慢，冶炼时间长。原因是还原剂不够，发热量低，或炉料预热温度低，形成冶炼的冷行程，铁锭底部粘渣较多，渣中铁粒较多或铁锭熔合不好，较为松散或夹渣。

4）单位配热量高或预热温度高，反应剧烈，炉渣搅动，造成喷渣，铁锭坚硬不易破碎，铁锭含铝量高，产量降低。

影响高钛铁冶炼钛回收率的因素

1）随着单位配热的提高，钛回收率提高。但当配热达3250kj/kg 以后钛回收率反而下降。

2）在单位配热一定的情况下，随着石灰的配入量增加，钛的回收率提高，但过多的配入石灰，渣熔点降低，反应温度降低，钛回收率降低。

3）上部点火，钛回收率可达到73%以上。

4）铝粒的粒度越细，钛的回收率越高，粒度大的铝粒除回收率降低外，合金含铝量也有所提高。

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