Ферротитан

Изобретение относится к области производства ферросплавов, а именно ферротитана, используемого для раскисления и легирования стали и сплавов, и может быть использовано в сталеплавильной и литейной промышленности. Ферротитан содержит, мас.%: титан 40-55; алюминий 2-10; кремний 1-5; магний 0,1-5; железо и примеси остальное. Изобретение позволяет обеспечивать высокое извлечение ведущего элемента при его выплавке и усвоение при легировании сталей. 1 табл.

 

Изобретение относится к области производства ферросплавов, а именно ферротитана, используемого для раскисления и легирования стали и сплавов, и может быть использовано в сталеплавильной и литейной промышленности.

Известен состав ферросплава для выплавки стали, содержащей титан, кальций, кремний, остальное - железо в количестве, мас.%: титан - 20-40; кальций - 15-35; кремний - 10-30; остальное - железо (заявка Японии 43-46377 от 03.07.68 г., опубл. 21.02.72 г., МКИ С21с 7/00).

Недостатком сплава является отсутствие в его составе магния и низкое отношение титана к кремнию, что не позволяет эффективно его использовать при легировании титаносодержащих сталей титаном.

Известна лигатура, содержащая железо, кремний, титан и кислород, взятых в следующем соотношении, мас.%: железо - 6-14; кремний - 1,5-5; кислород - 3-7; титан - остальное (авторское свидетельство СССР №325272 от 23.02.70 г., опубл. 07.01.72 г., бюл. №1, кл. С22с 35/00).

Недостатком лигатуры является высокое содержание в ней кислорода, который при ее использовании для легирования стали блокирует до половины содержащегося в ней титана за счет образования низших оксидов титана (TiO), из-за чего эффективность ее использования снижается.

Наиболее близким составом ферротитана, взятым нами в качестве прототипа, является ферротитан, в котором содержится, мас.%: титан - 28-40; алюминий - не более 8; кремний - не более 5; углерод - не более 0,2; фосфор - не более 0,04; сера - не более 0,04; железо и примеси - остальное (ГОСТ 4761-91 марка ФТи35С5, табл. №1а, стр.3).

Основным недостатком известного состава ферротитана является низкая концентрация титана и то, что в нем отсутствует магний, введение которого в шихту при выплавке ферротитана увеличивает извлечение ведущего элемента, а при использовании для легирования стали повышает степень его усвоения.

Задачей настоящего изобретения является создание такого состава ферротитана, выплавка которого только из оксидного сырья обеспечивало бы содержание титана в пределах 40-55% и высокое извлечение ведущего элемента в сплав, а его применение для легирования стали позволило бы увеличить усвоение титана жидким металлом.

Поставленная цель достигается за счет того, что в состав ферротитана, содержащего титан, алюминий, кремний, железо и примеси, дополнительно введен магний при следующем соотношении компонентов, мас.%: титан - 40-55; алюминий - 2-10, кремний - 1-5; магний - 0,1-5; железо и примеси - остальное.

Ферротитан с содержанием титана менее 40% имеет более высокую температуру плавления, может содержать большее количество железа, что при легировании сталей с высоким содержанием титана приводит к повышенному расходу ферротитана и, как следствие, к понижению температуры жидкой стали.

Ферротитан с содержанием титана более 55% невозможно получить из оксидного сырья внепечным процессом, особенно при концентрации магния на нижнем пределе.

Содержание магния в заявленном составе ферротитана колеблется от 0,1 до 5%. Более высокая концентрация магния в ферросплаве (выше 5%) разбавляет концентрацию ведущего элемента (титана) в ферротитане и усложняет технологию его получения.

При содержании магния менее 0,1% отсутствует эффект увеличения извлечения титана в ферротитан при его выплавке, а на стадии использования для легирования стали приводит к дополнительному окислению титана атмосферой печи.

Концентрация железа и примесей в ферротитане определяется их содержанием в используемом сырье.

Известно, что основной реакцией при получении ферротитана алюминотермическим процессом из оксидного сырья (ильменита, рутила или их смеси) является: TiO2+4/3 Al=Ti+₂/3Al₂O₃. Разница в теплотах образования (ΔH⁰ 298) Al₂O₃ и TiO₂ составляет - 47,1 Ккал/моль. При частичной замене в шихте алюминия на магний повышается термичность процесса ввиду дополнительного прихода тепла по реакции: TiO₂+2Mg=Ti+2MgO, ΔН⁰ 298=-64,9 Ккал/моль и, как следствие, происходит более полное восстановление титана из сырья.

Вместе с тем присутствие магния в ферротитане, который используется для легирования сталей и сплавов, обеспечивает защиту титана от окисления за счет более активного раскисляющего эффекта магния (см. реакции):

O₂(газ)+Ti(тв)=TiO₂(тв) ΔН⁰ 298=-219 Ккал/г моль O₂

O₂(газ)+Mg(тв)=MgO(тв) ΔH⁰ 298=-288,0 Ккал/г моль O₂.

Ниже приведены примеры, не исключающие других в объеме формулы изобретения.

Пример конкретного исполнения.

Пример. 1.

Выплавку ферротитана вели внепечным процессом на шихте, содержащей смесь ильменита с рутилом, алюминий, магний и флюс. После тщательного перемешивания шихты и нагрева ее до 400°С частично загружали в шахту, нагретую до температуры 800°С, вводили запал и поджигали. По мере проплавления шихты осуществляли загрузку оставшейся ее части. По окончании плавки производили выдержку в течение двух часов; разбирали шахту, взвешивали металл и шлак, отбирали пробы от каждой плавки, дробили, измельчали в виброистирателе и проводили полный химический анализ. Результаты экспериментов приведены в таблице.

Таблица
№№ п/п	Химсостав, мас.%	Показатели
Ti	Al	Si	Mg	Fe, примеси	Извлечение титана, %	Содержание TiO2, %	Примечание
1	55,0	6,0	2,3	0,1	ост	69,5	10,5	Шлаки содержали от 0,5 до 8% окиси магния
2	40,4	7,8	5,0	5,0	ост	75,1	7,9
3	49,5	8,6	3,5	3,0	ост	72,0	9,6
4	51,8	5,6	4,9	1,5	ост	73,8	8,45
5	37,4	9,5	5,8	6,3	ост	76,0	6,90
6*	35,5	7,0	4,8	-	ост	68,4	13,8
*сплав, выбранный в качестве прототипа.

Одной из характеристик качества ферротитана является внешний вид его кусков. Куски ферротитана известного состава (плавка №6) имели на поверхности и в изломе окисленную поверхность синего цвета, загрязненную оксидными включениями, что указывает на низкое качество известной марки ферротитана.

Куски ферротитана предлагаемого состава имели однородную структуру. Поверхность была серебристо-желтого цвета без явных признаков окисления, что является одним из показателей более высокого качества предлагаемого состава ферротитана по сравнению с известным.

Анализ результатов проведенных плавок показал, что за счет введения в состав ферротитана магния можно увеличить извлечение титана на 5-7% и повысить его содержание в сплаве до 55%.

Снижение потерь титана со шлаком объясняется еще и тем, что конечные шлаки содержали от 0,5 до 8% окиси магния. При таких содержаниях MgO шлаки обладают более низкой вязкостью, что обеспечивает полное осаждение корольков ферротитана из шлака.

Пример 2.

Полученный ферротитан предлагаемого и известного составов в соответствии с таблице был использован для выплавки стали марки 08Х18Н10Т. Химический состав выплавленного металла соответствовал существующим ГОСТам. От каждого слитка были отобраны пробы и сданы на полный химанализ.

Проведенные расчеты показали, что усвоение титана сталью с применением известного состава ферротитана (см. табл., сплав №6) составляло от 48 до 55%.

При применении заявленного состава ферротитана (сплав 1-5) степень усвоения составляла 65-72%.

Проведенный поэлементный баланс плавок показал, что применение ферротитана с магнием приводит к повышению усвоения титана на 10-12%.

Ожидаемый технико-экономический эффект от выплавки и применения предлагаемого состава ферротитана выразится в увеличении извлечения титана на стадии его выплавки и снижении потерь при легировании стали.

Выплавку ферротитана предлагаемого состава можно организовать на Ключевском заводе ферросплавов.

Ферротитан для раскисления и легирования стали, содержащий титан, алюминий, кремний, железо и примеси, отличающийся тем, что он дополнительно содержит магний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

титан	40-55
алюминий	2-10
кремний	1-5
магний	0,1-5
железо и примеси	остальное