Ферротитан получают методом алюминотермического восстановления, при котором тепло, выделяющееся в результате самой реакции, плавит шихту и отделяет металл от шлака. Поскольку процесс протекает в соответствии с собственным тепловым балансом, скорость восстановления, то есть доля загруженных единиц титана, которая фактически сообщается сплаву, определяет экономику операции больше, чем любая другая переменная. Рычаги ниже - это те, которые его перемещают.
Выбор сырья: концентрат, рутил и тип руды
Корма более высокого качества ведут себя лучше. Рутил с содержанием диоксида титана более 90% и титановый концентрат с содержанием диоксида титана более 50% дают заметно более высокий уровень извлечения, чем альтернативы более низкого качества, поскольку приходится плавить и отделять меньше пустой породы.
Тип руды имеет такое же значение, как и ее содержание. Аллювиальная россыпная руда обычно лучше реагирует на стадию восстановления, чем первичная твердая-руда аналогичного содержания.
Форма оксидов железа в концентрате влияет на реакцию обжига перед восстановлением. Более высокая доля оксида железа по отношению к оксиду железа улучшает приготовление и обеспечивает лучшие технико-экономические показатели.
Стабильность смеси имеет важное значение. Извлечение падает при колебаниях состава сырья от партии к партии, поскольку алюминиевую шихту невозможно настроить на движущуюся цель.
Размер частиц сырья и восстановителя
| Материал | Практичная размерная лента | Последствия выхода за пределы полосы |
|---|---|---|
| Рутил | от 100 до 160 меш | Слишком мелкий, он отлетает и увеличивает потери; слишком грубая, алюминотермическая реакция неполная |
| Титановый концентрат | от 40 до 100 меш | Вне диапазона сокращение происходит неравномерно, а извлечение титана падает. |
| Алюминиевые гранулы | Содержание алюминия 98 % или выше, размер соответствует смеси | Слишком грубая, маленькая площадь поверхности и медленная реакция интерфейса; слишком мелкий, потери при горении и избыток глинозема в шлаке |
Размер частиц алюминия заслуживает особого внимания. Крупные гранулы имеют небольшую площадь поверхности, поэтому реакция на границе раздела длится дольше, тепло не собирается эффективно, а шлак и металл плохо разделяются, в результате чего в шлаке остается железо. Сверх-мелкие гранулы трепещут и сгорают, прежде чем успевают вступить в реакцию, а дополнительный оксид алюминия, который они производят, потребляет алюминий, который должен был бы восстанавливать титан, фактически создавая нехватку алюминия в сердце шихты.
Пропорции смешивания и режим обжарки
Поддержание соотношения титанового концентрата и рутила на уровне около 3,5:1 является практическим способом сбалансировать качество титана, содержание пустой породы и тепловыделение в одной смеси. Отклонение от этого соотношения приводит к изменению как шлака, так и явного тепла, доступного для восстановления, поэтому его следует корректировать сознательно и учитывать в результате восстановления.
Обжарка – это вторая половина приготовления шихты. Рабочим диапазоном является температурное окно от 750 до 850 градусов Цельсия с временем выдержки от трех до пяти часов; слишком холодная или слишком короткая обжарка приводит к недостаточной-подготовке шихты, уменьшению теплового эффекта установки и предотвращению завершения реакции восстановления, что снижает извлечение.
Тепловой баланс агрегата: основной контур управления
Тепловой эффект заряда имеет две составляющие. Теплота химической реакции исходит от титанового концентрата, рутила, хлората калия и гранул алюминия и зависит от их марки и дозировки. Физическое тепло переносится предварительно-обжаренной загрузкой. Опыт производства показывает два различных режима отказа:
Слишком низкий нагрев агрегата: реакция восстановления протекает вяло, подвижность шлака плохая, титансодержащие металлические шарики-остаются в шлаке, а шлак и железо плохо разделяются, поэтому теряется большая часть шихты.
Слишком высокий нагрев агрегата: реакция становится бурной, шлак взбалтывается и разбрызгивается, материал выбрасывается из тигля, потери и затраты растут, а ценность продукта падает.
Поэтому целью является устойчивая,-контролируемая реакция, достаточно горячая, чтобы шлак оставался жидким, но не настолько горячая, чтобы он разбрызгивался. Температура перед-обжаркой, дозировка алюминия и добавление хлората — это три ручки, используемые для поддержания этого баланса.
Как добавление ферросилиция улучшает извлечение
При добавлении ферросилиция в шихту вводится кремний, который соединяется с титаном с образованием силицидов титана, таких как Ti5Si3. Эти соединения ограничивают образование соединений алюминия-титана, поэтому в сплаве остается меньше алюминия, а больше остается доступным для восстановления оставшихся оксидов титана. Результатом является лучшее использование алюминия и более высокое извлечение титана, поэтому добавка, содержащая кремний-, рассматривается как мера контроля процесса, а не как простой источник легирования.
Контрольный список практических улучшений
Проверяйте и сортируйте весь поступающий концентрат и рутил и отбраковывайте партии,-соответствующие спецификациям, прежде чем они попадут в смесь.
Держите рутил при 100–160 меш, а титановый концентрат при 40–100 меш и проверяйте анализ сита каждую смену.
Используйте алюминиевые гранулы с содержанием Al 98% или выше, размер которых обеспечивает баланс между скоростью реакции и потерями при горении.
Поддерживайте соотношение концентрата и рутила близким к 3,5:1 и регистрируйте каждое отклонение от извлечения.
Контролируйте обжарку при температуре от 750 до 850 градусов по Цельсию в течение трех-пяти часов и записывайте фактический профиль, а не заданное значение.
Отслеживайте тепловложение агрегата и записывайте состояние шлака, брызг и отделения шлакового металла при каждой плавке, чтобы тенденции были видны до того, как упадет извлечение.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос: Что влияет на степень восстановления ферро-титана?
Марка сырья и тип руды, размер частиц сырья и восстановителя, соотношение концентрата и рутиловой шихты, режим обжига и, прежде всего, удельный тепловой баланс шихты.
Вопрос: Какой сорт рутила предпочтителен?
Рутил с содержанием диоксида титана выше 90% вместе с титановым концентратом с содержанием диоксида титана выше 50% предпочтителен, поскольку необходимо плавить и отделять меньше пустой породы.
Вопрос: Какой размер частиц должен быть у рутила и концентрата?
Рутил обычно выдерживается при плотности от 100 до 160 меш, а титановый концентрат - от 40 до 100 меш; слишком мелкий увеличивает летные потери, а слишком крупный делает реакцию незавершенной.
Вопрос: Какая температура и время обжарки используются?
Приблизительно от 750 до 850 градусов Цельсия в течение трех-пяти часов, чтобы заряд был полностью подготовлен, а тепловой эффект установки был достаточно высоким, чтобы обеспечить восстановление.
Вопрос: Зачем добавлять ферросилиций в шихту ферротитана?
Кремний связывается с титаном в виде силицидов, таких как Ti5Si3, который подавляет образование соединений алюминия-титана, улучшает использование алюминия и увеличивает извлечение титана.
Вопрос: Что произойдет, если нагрев агрегата окажется слишком низким?
Реакция становится вялой, текучесть шлака падает, металлические шарики, содержащие титан-, остаются запертыми в шлаке, а отделение металла в шлаке ухудшается, поэтому извлечение падает.
Вопрос: Как можно сократить потребление алюминия?
За счет использования гранул 98% Al или выше правильного размера, стабилизации соотношения смеси и добавления ферросилиция, чтобы меньше алюминия расходовалось на интерметаллидное образование.
