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铝热法高钛铁制备及其对钢液脱氧性能的影响

作　者: 江旭
导　师: 牛丽萍
学　校: 东北大学
专　业: 有色金属冶金
关键词: 铝热法 高钛铁 脱氧 夹杂物 XRD SEM
分类号: TF651
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


高钛铁是含钛量为6%～75%的钛铁合金,是一种用途较为广泛的特种铁合金,是冶炼特种钢、结构钢和特种合金钢的重要原材料,主要用作脱氧剂、脱气剂、合金元素添加剂和孕育剂。课题组采用铝热新工艺制备出了低氧高钛铁,但合金铝含量偏高,为此本课题制备出不同铝含量的低氧高钛铁,研究其在钢液脱氧过程的钛和铝的脱氧行为及对钢组织的影响。首先,通过对钛氧化物析出的热力学计算,结果表明：在1873K用钛脱氧时,只要将溶解氧含量控制在0.003%以下,将优先析出Ti2O3颗粒,然后是Ti02和Ti305,最后析出TiO；实际的体系是Ti与A1共同脱氧,在1873K温度范围内,aTi/aAl>8时钢液中的氧受钛控制,脱氧产物为Ti2O3；实际上Al2O3和Ti2O3能形成固溶体,需要控制钢液中aTi/aAl>10,脱氧产物中α（Al2O3）才能很小,才能保证脱氧产物主要是Ti2O3。其次,以金红石和钛铁矿为原料,考察不同的钛铁矿和金红石的用量比、配铝系数及不同重量的物料对钛铁合金质量的影响。采用X射线衍射及化学分析等技术对产品进行表征。结果表明：当钛铁矿/金红石为1：2时,合金中钛和铝的含量最优,回收率最优；配料中过量的铝是导致合金中铝含量过高的直接原因,因此要合理的控制配铝系数；随着物料重量的增大,铝的含量减小,但钛的回收率有所降低；通过计算每组实验的单位热效应得出最合适的单位发热量为2800-3000kJ/kg。最后,在中频感应炉内进行不同合金脱氧的高温熔炼实验,利用化学分析、金相显微镜、扫描电镜、能谱分析等手段对不同合金脱氧的试样的化学成分、组织、夹杂物进行分析。结果表明：钛铁合金脱氧是一个钛铝共同脱氧的过程,脱氧后,残余铝的含量符合要求。加入合金后,组织得到了细化,产生针状铁素体,这个变化起主要作用是钛元素；从夹杂物上分析可以看出,加入钛铁合金后,夹杂物及其周围的组织均发生了明显的变化,大部分夹杂物都含有Al、Ti两种元素,还含有少量的Mn元素。夹杂物基本上是硅酸盐类夹杂和Al2O3夹杂,而且夹杂物尺寸变小。随着脱氧剂用量的增加,硅酸盐类夹杂物变的越来越少,而夹杂物主要以Ti-Al-Mn的复合夹杂物存在,在这些夹杂物周围出现了放射状或部分放射状的针状铁素体组织。说明该类夹杂物起到了晶内铁素体核心的作用,诱导了晶内针状铁素体的形成,使钢中的夹杂物变害为利,产生了细化组织的效果。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章 绪论  11-30
  1.1 钛和钛合金  11-15
    1.1.1 概述  11-12
    1.1.2 金属钛及钛合金的性能  12-13
    1.1.3 金属钛及钛合金的应用  13-15
  1.2 钛铁合金  15-18
    1.2.1 概述  15-17
    1.2.2 钛铁的应用  17-18
  1.3 高钛铁合金的生产方法  18-21
    1.3.1 重熔法制备高钛铁  18-19
    1.3.2 金属热还原法制备高钛铁  19-21
    1.3.3 真空感应熔炼法制备高钛铁  21
  1.4 铝热还原的冶金原理  21
  1.5 高钛铁在炼钢中的应用  21-29
    1.5.1 炼钢中的氧及控制  22
    1.5.2 炼钢常用的脱氧方式  22-23
    1.5.3 单元素的脱氧反应及影响因素  23-25
    1.5.4 Ti的物理化学性质  25-27
    1.5.5 Ti元素在钢中的作用  27-28
    1.5.6 国内外研究现状  28-29
  1.6 课题的提出及研究内容  29-30
第2章 钢液脱氧的热力学分析  30-41
  2.1 钛氧化物析出热力学  30-33
    2.1.1 TiO_x析出的研究现状  30-32
    2.1.2 Ti-O系TiO_x析出  32-33
  2.2 Ti-Al脱氧热力学  33-40
    2.2.1 Ti-Al脱氧热力学的研究现状  34-37
    2.2.2 钛铁合金脱氧热力学的计算  37-40
  2.3 本章小结  40-41
第3章 高钛铁合金的制备  41-59
  3.1 实验原料和设备  41
  3.2 配料计算  41-43
  3.3 实验流程  43-44
  3.4 实验过程  44-46
  3.5 铝热反应的热力学计算  46-48
    3.5.1 铝热还原反应体系绝热温度计算  46-47
    3.5.2 绝热温度下蒸汽压的计算  47-48
  3.6 结果与分析  48-58
    3.6.1 钛铁矿与金红石的配比对合金的影响  48-52
    3.6.2 配铝系数对合金的影响  52-55
    3.6.3 不同重量的物料对合金的影响  55-57
    3.6.4 单位热效应对钛的收得率的影响  57-58
  3.7 本章小结  58-59
第4章 钛铁合金在钢液脱氧的实验研究  59-74
  4.1 实验研究方案  59-60
    4.1.1 实验设备  59
    4.1.2 实验原料  59
    4.1.3 实验的渣系  59-60
    4.1.4 实验方案  60
  4.2 实验过程  60-63
    4.2.1 实验操作步骤  60-62
    4.2.2 试样的制备  62-63
  4.3 结果与分析  63-73
    4.3.1 不同钛铁合金对脱氧效果的影响  66-70
    4.3.2 钛铁合金加入量对脱氧效果的影响  70-73
  4.4 本章小结  73-74
第5章 结论  74-75
参考文献  75-79
致谢  79

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中图分类: > 工业技术 > 冶金工业 > 铁合金冶炼 > 各种铁合金冶炼 > 钛铁
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