日本金属钛制备工艺技术研究进展

综述了日本近年来在海绵钛制备、钛金属新型提取方法、钛屑回收提纯等工艺技术研究现状。重点介绍了日本大阪钛技术公司与东邦钛业公司在原料结构调整、海绵钛单炉产能提升、原料(TiCl_4与Mg)纯度及海绵钛质量提升等方面的生产技术进步;目前日本使用TiO_2含量为90%~92%的钛原料比例已达30%,海绵钛单炉产能达13 t,已建立Kroll法稳定生产制备纯度为99.999%(5N9)的高纯金属钛生产工艺。为降低金属钛生产成本,日本近年来还开发了钙热还原法(OS法)、电子中介反应与融盐电解法(EMR/MSE法)、预制还原法(PRP法)等新型钛金属提取方法,分析其工艺流程及技术特点的同时,对日本废钛屑回收利用制备TiCl_4、采用MgCl_2熔盐电解钛屑脱氧净化等新工艺进行了评述。虽然理论与试验均证明了各种新方法的工艺可行性,但若要使其替代现用Kroll法生产工艺,仍需在简化生成设备、提升生产效率、提升产品纯度等方面进一步开展研究。     

钛屑起火的预防

由于钛屑，尤其是钛屑在堆积和存放中有起火的危险，因此对钛件切削加工时要保持清洁的设备和良好的工作现场，不允许把钛屑堆放在设备上．如若失火，应先将燃烧部分隔离开，再用于杨灭火器扑灭．另外在封闭的区间，过浓的扭尘悬浮物碰上火花或火焰也会引起火灾或爆炸，因此当钛粉粒径在0．14ban以下时，不能让空气中的悬浮量超过35mp否则切削和打磨火花就会引起爆炸．钛屑起火的预防     

高炉钛矿护炉存在问题及讨论

高炉配加含钛炉料是保护炉缸的措施之一，其护炉机制尚不明确，使用效果差异较大，长期使用还会给高炉操作带来一些不利影响。为此，对钛矿护炉机制和护炉失败原因进行了讨论，并通过热力学计算的方法，系统研究了钛矿护炉时高炉渣TiO₂含量、铁水TiC析出温度及钛含量的合理控制范围，从而指导生产实践，为高炉操作者选取钛矿护炉操作参数提供理论依据和参考。研究结果表明：钛矿护炉主要是通过降低铁水流速和促进炭砖复合保护层形成的双重作用来实现。消除炉缸侧壁气隙，保证传热体系的完整，可提高钛矿护炉效果。当前计算工况下，高炉渣中TiO₂质量分数、铁水TiC析出温度、铁水中钛质量分数分别控制在1.5%～3.0%、1 300～1 400℃、0.064%～0.11%范围内，能够有效护炉，减轻其带来的不利影响。     

高炉护炉用钛矿的还原和软熔性能

摘要：为探究高炉护炉用钛矿的还原软熔性能,利用高温激光共焦显微镜对预还原钛矿的熔化过程进行观察,并对不同钛矿的还原和软熔性能进行了对比分析。结果表明,3种护炉用钛矿的微观结构和物相组成的差异造成了其还原性能和软熔性能的差别。低钛型钛矿相比高钛型钛矿有更好的还原性和软熔性能。综合考虑3种高炉护炉料的还原性和软熔性能,认为使用球团矿P-B护炉对高炉的稳定最为有利。     

钛矿护炉对高炉的影响探析

结合宝钢2号高炉钛矿护炉实践,重点阐述了钛矿护炉对高炉的影响。根据热力学计算和试验分析,钛矿护炉时须控制铁水[Ti]在0.1%以上,才能保证碳氮化钛等钛化物的析出。宝钢2号高炉钛矿护炉实践表明:长期使用钛矿护炉,会造成渣铁流动性变差、透气性变差和燃料消耗上升。因此,应尽量避免使用钛矿护炉;在侧壁温度异常升高常规手段又无法控制时,可使用钛矿护炉,但侧壁温度下降并稳定在可控范围时,应立即停止使用钛矿。     

钛在高炉中行为及护炉技术发展

介绍了国内外钛护炉的理论研究和实际应用及效果。提出了高炉全炉钛护炉、用含炭冷固钛球团护炉，用钛精粉和炭粉混合料喷补护炉等方案，建立了进行开拓性试验。     

迁钢高炉炉缸维护技术

对迁钢高炉炉缸维护技术进行了总结。迁钢高炉实践表明,炉缸维护技术的选择必须结合高炉实际情况:3号高炉炉龄短,炉缸活跃性好,可以摸索合理的利用系数,在少用钛矿的情况下,达到炉缸维护的目的;1号高炉处于炉役后期,炉缸侧壁局部侵蚀已很严重,必须采取"高温、高钛"护炉措施。迁钢还开发了高炉钛煤混喷护炉技术和球团加钛新工艺,丰富了加钛护炉技术方法。     

高炉含钛物料护炉机理探讨

通过高炉停炉取样及实验室的炉缸侵蚀模拟试验,分析研究了含钛物料的护炉机理。表明,其护炉怍用实际上是“一种能自动选择的补炉过强”。此外,配加含钛物料冶炼中所形成的一系列高熔点矿物,亦有助于保护炉缸。     

柳钢4号高炉钛矿护炉效果及影响钛分配比的因素

结合柳钢4号高炉钛矿护炉实践,重点对炉缸侧壁温度上升的原因、钛矿护炉的效果,以及影响钛分配比的因素进行了分析。4号高炉炉缸侧壁温度上升的主要原因为炭砖侵蚀、原燃料质量波动,尤其是焦炭质量,以及炉内钛残留量减少等。采取钛矿护炉操作后,侧壁温度明显降低,温度上升势头得到有效控制。高炉钛分配比受渣铁成分和温度的影响较为明显,适当提高炉渣碱度和铁水温度、增大铁水硅含量及降低硫含量等有利于钛分配比的提高。     

金属热法重熔废钛屑生产钛铁

本文叙述了金属热法重熔废钛屑的冶金原理及用此法生产钛铁的工艺流程。该工艺具有设备简单、操作方便、投资少、自身不消耗能源、经济效果显著等特点,是回收利用废钛屑的可行方法,用金属热法重熔废钛屑生产的钛铁质量符合部颁标准,与用铝热法比较,每生产一吨钛铁可节约铝0.33吨。     

含钛球团矿护炉在安钢7号高炉的应用与研究

通过对含钛球团矿护炉期间生产实践的分析和研究,安钢7号高炉确定了生铁含钛与钛负荷、生铁含硅的关系。对于钛负荷和硅的综合优化控制,应该是先确定对钛影响较大的钛负荷,再调整对钛影响较小的硅,来获得适宜的钛负荷。含钛炉料的护炉效果是建立在加强冷却强度和控制冶炼强度等护炉技术措施的基础上的,并且它是一个长期和不断调整的过程。     

钛云球在首钢1号高炉的应用

首钢1号高炉用钛云球作护炉料之前，对钛云球的强度、还原性和高温性能进行了分析，认为钛云球可以满足高炉护炉生产要求。高炉配加钛云球试验结果表明：混用钛矿和钛云球护炉比单独用钛矿护炉效果好，并可降低生铁成本。     

高炉成渣带区域钛护炉的可能性分析

通过热力学分析探讨了高炉成渣带区域钛护炉的可能性，其护炉机制为渣中的二氧化钛与耐火材料作用时，在耐火材料工作面形成钛化物保护层。     

高炉护炉用含钛物料应用现状及调研分析

对国内10家钢铁企业护炉所用的含钛物料进行了调研,研究了不同高炉所用含钛物料的实际情况,分析了不同含钛物料的特性并对其进行评价。调研表明,国内高炉所用含钛物料种类较多,主要为含钛球团矿和块矿,含钛物料的化学成分和采用的运输方式差异较大,主要运输工具为汽车和火车。通过对含钛物料性能和经济指标的分析,得到不同含钛物料的优劣顺序为含钛包芯线、含钛球团矿、含钛块矿、含钛烧结矿和含钛冷固结球团矿。含钛物料的加入方式分为上部加入和下部加入,上部加含钛球团矿、下部使用含钛炮泥的护炉效果较好。     

含钛物料护炉方法的探讨

炉缸炉底异常侵蚀是影响高炉寿命的主要因素。目前,延长炉缸炉底寿命的主要措施有两个：一是改进炭砖质量,二是采用含钛物料护炉。若能把二者有机结合起来,将会大大延长高炉寿命。为此,作者设想把含钛物料以微粉添加剂形式加入炭砖配料中生产含钛复合炭砖。这种炭砖抗氧化性和抗铁水渗透性较好,而且在炭砖被侵蚀时能及时生成Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）沉积物,阻滞碳的进一步溶解和铁水的侵入,对炉底炉缸有保护作用,可克服目前含钛物料护炉方法的一些弊端,有效利用宝贵的钛资源     

合理利用当地资源生产含钛球团矿

结合高炉本部高炉护炉需要,提出生产高钛球团矿和低钛球团矿的Ti O2控制标准。以此控制标准组织生产后,解决了先前生产混合球团矿不利于高炉护炉配料调整的问题,节约了钒钛矿护炉资源。生产实践表明:高钛球团矿和低钛球团矿与混合球团矿相比,质量没有下降。     

安钢7#高炉含钛炉料护炉实践与研究

根据含钛炉料的护炉机理,通过对含钛球团矿初期生产实践的研究,安钢7#高炉确定了铁水中钛含量与钛负荷、铁水成分的关系,并对高炉护炉操作要求和经济运行进行了综合优化分析,总结出合理的操作参数组合.后续护炉生产依据初期研究结果,对高炉相关操作参数进行了调整,结合适宜的热制度和造渣制度等措施,减弱钛对炉况的不利影响,取得了良好效果.     

鞍钢7号高炉护炉实践

鞍钢7号高炉护炉实践表明,高炉上部加钒钛矿和下部喷吹钛精矿粉相结合,能在炉缸、炉底析出高熔点的TiC、TiN,润湿性强,形成坚固的保护层(钛积物)粘附于炉衬而起到护炉作用。大剂量地加入钛矿(TiO_211～15kg/t铁)和提高生铁含[Si]量(1.0～1.5%),是护炉取得成效的重要原因,堵风口和加强冷却对钛矿护炉起强化作用。     

钛矿护炉对首钢股份1号高炉生产的影响

阐述了首钢股份1号高炉钛矿护炉期间各生产指标,如风量、冶炼强度、燃料比、铁水温度、[Ti]及炉缸炉底钛沉积量等的变化状况。钛矿护炉为期10天,钛矿配加量由常规护炉的1.5t/批,提升至强化护炉的2.5t/批;风量由4777m³/min减小到4744m³/min,透气性明显变差;冶炼强度出现小幅度下降;燃料比未出现明显变化;铁水温度及[Si]都出现了不同程度的下降。在钛矿护炉前期,[Ti]含量呈现出明显的上升趋势,炉缸炉底钛沉积量在短时间内由2t/d上升到14t/d左右,容易引起炉况波动,应该密切关注炉况的变化。     

提高高炉炉缸使用含钛物料护炉效果的措施

美钢联和新日铁对高炉使用含钛物料的护炉新机理表明,含钛物料对炉缸护炉作用最有效的区域是铁口以下侧壁和炉底,保护层的表现形式是富Ti(C,N)凝铁层。并对提高炉缸使用含钛物料护炉效果的有效技术措施进行了分析,认为除了保持合适的炉料钛负荷、[Ti]、炉温等之外,还应该采取以下措施:炉缸侧壁要有足够的冷却效果、保持良好死料柱透液性和形状、改进出铁策略、保持合适的[Si]和铁水凝固温度、在炉缸炭砖中添加TiC等。