鈦鐵

主成分為鈦和鐵的鐵合金。還含有鋁、矽、碳、硫、磷、錳等雜質。用作煉鋼脫氧劑、脫硫劑、除氣劑和合金劑。在煉鋼過程中作為合金元素加入鋼中，起到細化組織晶粒、固定間隙元素（C、N）、提高鋼材強度等作用。

基本介紹

• 中文名：鈦鐵
• 外文名：Ferrotitanium
• 領域：冶金
• 主要成分：鈦和鐵
• 發現人：格雷戈爾
• 作用：脫氧劑、除氣劑和碳硫穩定劑

物質介紹

主成分為鈦和鐵的鐵合金。還含有鋁、矽、碳、硫、磷、錳等雜質。用作煉鋼脫氧劑、脫硫劑、除氣劑和合金劑。按含鈦量的不同主要有3個品種：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%，A10.5%～5%，Si<0.5%)。此外，還有多種含鈦複合合金如Ti-Si-Fe，Ti-B-Al-V，Ti-B-Al-Cr，Ti-Al，Ni-Ti-Al，Ti-B-Al，Ti-Cr-Al等，用作鈦添加劑。

鈦是1791年格雷戈爾(W. Gregor)發現的，但當時未命名，直到1795年克拉普羅特(M. H. Klaproth)發現鈦後，才命名為“Titans”(鈦)。羅西(A. Rossi)於1901年提出電鋁熱法冶煉鈦鐵的專利，1937年蘇聯研究鋁熱法冶煉鈦鐵的工藝。從50年代中期起，因廢鈦金屬料的增加，開始生產70%Ti的鈦鐵。中國於1959年在錦州鐵合金廠開始用鋁熱法工業規模生產鈦鐵。

性質與用途

鈦的原子量為47.90。外層電子結構為3d4s。熔點1667℃。沸點3285℃。密度(20℃)4.5g/cm3。鈦的化學性質較活潑，能與氧、氮、硫、碳生成穩定的化合物。

鈦鐵在煉鋼中用作脫氧劑、除氣劑和碳硫穩定劑。生產鎮靜鋼用鈦脫氧，可以減少鋼錠上部的偏析，改善鋼的質量和提高鋼錠的成材率。鈦與溶解在鋼液中的氮可結合成穩定的氮化鈦，能消除氮對鋼性能的不良影響。鈦與鋼液中的硫生成硫化鈦，可以消除導致熱脆的硫化鐵生成。鈦與碳生成極穩定的碳化鈦，碳化鈦的微粒可阻止鋼晶粒長大，細化鋼的組織，使鋼的強度提高。鈦與碳間的化學親和力大於鉻與碳，在不鏽鋼中添加鈦鐵以固定碳，可消除鉻在不鏽鋼晶界的貧化現象，提高不鏽鋼的抗腐蝕能力。近年來鈦已作為微合金化元素生產高強度低合金鋼。鑄鐵中加入鈦，有助於細晶石墨的生成，還起脫氣、孕育、淨化與細化鑄件組織的作用，提高鑄件耐磨性。耐熱鑄鐵添加鈦可以提高鑄鐵件的耐熱性。此外，超合金與鋁合金生產用含鈦複合合金作添加劑。電焊條用鈦鐵作塗料組分，可以提高焊接質量。

鈦鐵是一種用途較為廣泛的特種合金，在煉鋼過程中作為合金元素加入鋼中，起到細化組織晶粒、固定間隙元素（C、N）、提高鋼材強度等作用。在冶煉不鏽鋼和耐熱鋼時，鈦與碳結合成穩定的化合物，能防止碳化鉻生成，從而減少晶間腐蝕，提高鉻鎳不鏽鋼的焊接性能。用鈦脫氧的產物易於上浮，鎮靜鋼用鈦脫氧可以減少鋼錠上部的偏析，從而改善鋼錠質量，提高鋼錠的收得率。鈦與溶解在鋼水中的氮結合生成一種穩定的不溶於鋼水的氮化鈦。高鈦鐵又是冶煉鐵基高溫合金和優質不鏽鋼等不可缺少的合金材料。隨著鋼質量的提高，品種的增加，對鈦鐵質量及品種的要求越來越高。國際市場對含鈦高的高鈦鐵的需求量較大，但我國目前的鐵合金廠一般只生產普通中、低鈦鐵。對於 w(Ti) = 65%~75%、w(Al) ≤4%的高鈦鐵,很少有廠家正式生產。

現狀

目前國際市場上供應的高鈦鐵主要是 w(Ti)68­72%、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%的優質高鈦鐵，這種高鈦鐵採用鈦屑重熔法生產。國內也有採用這種方法來生產高鈦鐵，但成本很高。

為了降低煉鋼成本，國內鋼鐵企業採購高鈦鐵時適當放低了要，W 廠生產IF 鋼使用的高鈦鐵要求：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%。

生產工藝

工業生產鈦鐵的原料有鈦鐵精礦(Fe-TiO₃)、金紅石(TiO₂)、鈦白粉(TiO₂)及廢鈦金屬料(Ti，Ti-V-Al等)，其中除廢鈦金屬料外，都要用還原劑還原才能得到鈦鐵和鈦合金。TiO₂是比較難還原的氧化物。用碳還原TiO₂只有在高溫下才能實現，並且生成TiC而不是Ti。得到高碳鈦鐵。用矽還原TiO₂是不能實現的，但添加CaO作熔劑，則可以促使矽還原反應發生。鈦與矽生成穩定的矽化物，對矽還原反應有利，但生產的鈦鐵含矽高。用鋁還原TiO₂生成Ti是可能的。但如配鋁低於化學計算值，則生成大量TiO。TiO比TiO₂更穩定，用鋁也不能將它還原。它是強鹼性氧化物，能與Al₂O₃或SiO₂組成爐渣。所以要添加CaO來阻止TiO的成渣反應，而且對TiO₂的還原也有利。比較圖 2的反應，用鋁還原鈦鐵礦(FeTiO₃)比還原TiO₂容易，添加CaO也有同樣效果。所以用鋁還原鈦精礦是生產鈦鐵的主要方法。得到的產品含碳低，但鋁、矽較高。綜合上述分析，生產鈦鐵的主要方法有鋁熱法，電矽熱法和電碳熱法，還有廢鈦金屬料重熔法。

重熔法

用鈦廢料和廢鋼作原料，在感應爐內重熔，生產約70%Ti（Fe-Ti系在約68%Ti有低共熔點）的鈦鐵。為了減少鈦在重熔過程中的燒損，把鈦廢料裝在鋼筒中後壓緊。並添加氯化鋇和氯化鈉的混合物，或冰晶石，或類似的低熔點混合物作熔劑，覆蓋在鈦鐵熔體上面。重熔法還可生產各種鈦複合合金。

電矽熱法

在電爐內用矽鐵還原TiO₂-FeO-CaO-CaF₂熔體。可以生產出Fe-Ti-Si，Si-Ca-Ti等複合合金。如增加其他氧化物或添加其他鐵合金後，則可製成多元的鈦複合合金。

電碳熱法

在小型電爐內用焦炭作還原劑，石灰作熔劑，可以生產含i20%～25%，C5%～8%，Sil%～2%，Al1%～2%，餘量為鐵的高碳鈦鐵。要得到含碳較低的鈦鐵，可在爐料中添加矽石。如爐料組成為：47%鈦鐵礦(TiO₂51.5%)，28.5%矽石，24.5%焦屑，可煉出Ti29%～30%，Si17%～20%，C1.8%～2%的中碳鈦鐵。提高爐料內矽石的配比，可煉出Si約30%與C0.1%～0.3%的低碳高矽鈦鐵。如爐料中增加鋁礬土，可煉出Ti-Al-Si-Fe複合合金。

冶煉影響因素分析

鈦鐵冶煉中的不正常現象

1）濕爐料摻雜爐料中，發生沸騰現象，爐氣逸出不均勻，噴出大量爐料；鎂砂含有水分作砂窩也有噴料現象。

2）爐料混合不均勻，冶煉進行得也不均勻。

3）單位配熱量低，反應緩慢，冶煉時間長。原因是還原劑不夠，發熱量低，或爐料預熱溫度低，形成冶煉的冷行程，鐵錠底部粘渣較多，渣中鐵粒較多或鐵錠熔合不好，較為鬆散或夾渣。

4）單位配熱量高或預熱溫度高，反應劇烈，爐渣攪動，造成噴渣，鐵錠堅硬不易破碎，鐵錠含鋁量高，產量降低。

影響高鈦鐵冶煉鈦回收率的因素

1）隨著單位配熱的提高，鈦回收率提高。但當配熱達3250kj/kg 以後鈦回收率反而下降。

2）在單位配熱一定的情況下，隨著石灰的配入量增加，鈦的回收率提高，但過多的配入石灰，渣熔點降低，反應溫度降低，鈦回收率降低。

3）上部點火，鈦回收率可達到73%以上。

4）鋁粒的粒度越細，鈦的回收率越高，粒度大的鋁粒除回收率降低外，合金含鋁量也有所提高。