4.5.5. Виробництво феротитану

Феротитан отримують, застосовуючи алюмінотермічний процес, за якого виділяється теплота. За певних умов цієї теплоти буває досить для утворення рідких металу й шлаку, тому користуються позапічним варіантом алюмінотермічного процесу.

Стандартний феротитан містить, %: Ті — 23—30, С — < 0,2, Сu — < 4, А1 — 6—8, Si — 4—6. Мідь, алюміній та силіцій є небажаними, але неминучими домішками.

Найбільшу кількість феротитану використовують для зв’язування вуглецю в карбід титану під час виробництва кислототривкої нержавіючої сталі. У процесі виплавляння сталі деяких конструкційних марок 0,1—0,2 % титану вводять у сталь для кінцевого розкиснення та подрібнення литої структури.

Сировинні матеріали. Шихту складають з ільменітового концентрату, залізної руди, алюмінію та вапна. Ільменітовий концентрат, що містить 40— 42 % і 50—55 % видаляють з титаномагнетитової руди способом магнітної сепарації. Для видалення сірки із концентрату проводять окисне відпалювання.

Як відновник використовують порошок алюмінію із зернами менше ніж 2 мм. Найчастіше застосовують вторинний алюміній, який дешевший, та містить домішки кольорових металів, що переважно переходять у сплав. Виливки вторинного алюмінію розплавляють, розпилюють стисненим азотом або водяною парою, а отриманий порошок просіюють крізь сито із комірками розміром 2 мм. У виробництві феротитану застосовують низькофосфористу, пилувату залізну руду з високим вмістом оксидів феруму і малим вмістом кремнезему. Вапно зазвичай використовують свіжовідпалене, що містить не менше ніж 90 % СаО. Після помелу його просівають крізь сито із комірками розміром 3 мм.

Плавильний агрегат (рис. 4.7) — це обладнана вентиляційною установкою плавильна камера, де розміщено візок з піддоном, на якому встановлена чавунна рознімна шахта. На дно шахти засипають і втрамбовують шар магнезитового порошку. Всередину шахти вставляють сталевий циліндр заввишки близько 0,5 м. Зазор між циліндром і чавунною шахтою засипають магнезитовим порошком. Шихту із бункера подають шнеком і через напрямний лоток зсипають у шахту.

Рис. 4.7. Пристрій для алюмінотермічного виробництва феротитану:

1 — бункер для шихти; 2 — шнек; 3 — плавильна камера; 4 — візок; 5 — піддон; 6 — магнезитова засипка; 7 — циліндр; 8 — рознімна шахта; 9 — патрубок для відкачування газів

Фізико-хімічні умови процесу. Основними є хімічні реакції відновлення титану й заліза із їх оксидів:

Дж; (4.43)

Дж; (4.44)

Дж. (4.45)

Оксиди феруму й особливо є менш міцними, ніж і тому при взаємодії їх з алюмінієм на одиницю маси шихти виділяється значно більше теплоти (питома теплота реакції), а саме, 4108 кДж/кг для і 3289 кДж/кг для FеО порівняно із 1701 кДж/кг для

Розрахунки доводять, що питома теплота реакцій відновлення оксидів ільменітового концентрату не забезпечує температури 1900—1950 °С, потрібної для розплавлення металу й шлаку, які утворюються, осадження корольків металу і покриття теплових втрат. Включення до складу шихти близько 8 % залізної руди і підігрівання всіх шихтових матеріалів до 200 °С забезпечує виділення потрібної кількості теплоти.

Якщо шихта добре подрібнена й ретельно перемішана, то поверхня контактування реагуючих речовин досить велика, тому процес відбувається швидко і теплові втрати бувають відносно невеликими.

Технологія плавки. На дно шахти з бункера насипають близько 500 кг шихти і запалюють її запальною сумішшю, що складається з магнієвої стружки й селітри. Суміш поміщають у лунку в центрі засипаного шару шихти і запалюють її електричною іскрою. Від теплоти запальної суміші, що згоряє, починається екзотермічний процес відновлення спочатку частини шихти, яка знаходиться поруч з лункою, а від неї запалюється шихта по всій шахті. З бункера в шахту рівномірно за допомогою лотка або шнека надходить інша частина шихти. Проплавлення наважки, яка містить 4 т концентрату, триває 12—15 хв.

Якщо плавка проведена гарячé, то шлак, що утворився, виходить досить рідкорухливим, корольки відновленого сплаву можуть пройти крізь шар шлаку і зібратися у блок на дні шахти.

Шлак позапічної плавки феротитану, що містить близько 70% тугоплавкий. Після закінчення плавки на поверхню шлаку подають термітну суміш із залізної руди, алюмінієвого порошку, феросиліцію і вапна, яка осаджує корольки. Під дією додаткової теплоти, що виділяється у процесі взаємодії оксидів руди і відновників, шлак розріджується; корольки, що знаходяться в шлаку феротитану, мають додаткову змогу осісти на дно та приєднатися до блоку металу.

Після кристалізації блок шлаку знімають, а блок металу охолоджують у баці з проточною водою, подрібнюють на шматки масою до 10 кг та упаковують у залізні бачки.

Техніко-економічні показники. На 1 т феротитану, що містить 20 % Ті, витрачається 1070 кг концентрату, 100 залізної руди, 470 алюмінієвого порошку 100 вапна та 20 кг 75 %-го феросиліцію. Вилучення титану становить 72—75 %.