50 Производство ферротитана и ферробора. Экзотермические ферросплавы

Титан и его сплавы с железом. Технология производства. Сплавы бора с железом. Технология производства. Экзотермические ферросплавы.

титан - металл плотность которого равна 4,5 г/см³, температура плавления 1670 С, температура кипения 3170 С.

С углеродом титан образует прочный карбитTiC (tпл = 3177), с кремнием – силициды Ti₅Si₃, TiSiи TiSi₂, из которых наиболее прочным является Ti₅Si₃ (tпл = 2120); с алюминием – интерметаллические соединения TiAl иTiAl₃.

С кислородом титан образует ряд оксидов: двуокись TiO₂, окись Ti₂O₃ и закись TiO, температуры плавления которых соответственно равны 1950, 2130, 2020 С.

С железом титан образует интерметаллические соединения TiFe₂ и TiFe, температуры плавления которых равны соответственно 1427 и 1317 С.

Титан входит в состав разнообразных минералов: ильменита FeO *TiO₂, рутила TiO₂, перовскита CaO*TiO₂, ксатитанаTiO₂(Al₂O₃)*nH₂O.

Титановый концентрат используемый для производства ферротитана должен содержать >42% TiO₂, < 53,6 % Fe₂O₃, < 2,5% SiO₂, <0,025 % P и <7% H₂O. его подвергают окислительному обжигу при температуре 1100-1150С для снижения содержания серы и разрушения кристаллической решетки ильменита с переходом закисного железа в окисное, сто позволяет повысить термичность процесса, увеличить использование титана и снизить расход алюминия.

Для производств ферротитана также используют отходы металлического титана, которые должны быть сухими.

Наибольшее распространение получил алюминотермический процесс получения ферротитана. Востановление основных окислов концентрата алюминием протекает по следующим реакциям:

TiO₂+4/3Al=Ti+2/3Al₂O₃;

SiO₂+4/3Al=Si+2/3Al₂O₃;

2FeO+4/3Al=2Fe+2/3Al₂O_3;

2/3Fe₂O₃+4/3Al=4/3Fe+2/3Al₂O₃.

Бор – металлоид, плотность которого в кристаллическом состоянии равна 2,34 г/см³, температура плавления 2075, температура кипения 3860С.

В системе железо – бор существуют бориды железа Fe₂B и FeB, температуры плавления которых 1389 и 1540 С. Температуры плавления сплавов, содержащих 12-16% В, равна 1480-1550, а сплавов, содержащего 20% В, - около 1430С.

Для производства ферробора наиболее важное промышленное значение имеют минералы кернитNaB₄O₇*2H₂Oи бура Na₂B₄O₇*10H₂Oс максимальным содержанием B₂O₃соответственно 40-50 и 30-35%.

Руду для удаления кристаллизационной влаги перед плавкой обжигают во вращающих печах при температуре 700С и измельчают до крупности 1-2мм.

Для плавки чистых и богатых бором сплавов и лигатур используют химически чистый (98% B₂O₃) и технический (86-94% B₂O₃) борный ангидрид и борную кислоту.

Бор может быть восстановлен углеродом по следующим реакциям:

2/3B₂O₃+2C=4/3B+2CO;

2/3B₂O₃+7/3C=1/3B₄C+2CO.

Восстановление бора кремнием протекает по реакции

2/3B₂O₃+Si=4/3B+SiO₂;

Возможно лишь при условии получения сплава с высоким содержанием кремния при низком содержании бора. Восстановление алюминием происходит по реакции

2/3B₂O₃+4/3Al=4/3B+2/3Al₂O₃;

При получении ферробора восстановление облегчается вследствии образования борида железа:

B₂O₃+2Al+2Fe=2FeB+Al₂O₃;

Выплавку ферробора ведут в электропечах с набивной футеровкой из электродной массы. Сменная ванна печи размещается на выкатывающей тележке.

Экзотермическими ферросплавами называют смесь измельченных ферросплавов с термитными добавками, применяемую в виде брикетов или гранул и характеризующуюся значительным экзотермическим эффектом при взаимодействии с жидкой сталью.