本发明涉及铁合金冶炼技术领域，具体涉及一种高钛铁合金及其制备方法。
背景技术：
高钛铁是指钛含量为65％～75％钛铁合金，它在制造高档钢、特种合金、储氢合金材料及电焊条涂料中得到广泛的应用。根据国际高钛铁市场的形势，高含量钛的钛铁需求量越来越大。
目前，高钛铁的制备方法主要三种方法。
第一种是重熔法，是目前制备优质高钛铁的主要方法，它是以废钛材或海绵钛为原料加铁重熔，该法一般采用感应炉重熔，也有用自耗电极电弧炉冶炼或用钢水兑海绵钛生产高钛铁。在我国由于原料来源限制，且生产成本高，严重制约了高钛铁的应用，该方法难以得到推广应用。
第二种方法是金属热还原法，目前主要采用铝作还原剂，金红石为主要钛原料，在常压或真空下进行还原得到高钛铁，该法具有原料来源广、生产成本低等优点。但是，国内采用该方法生产的高钛铁量满足不了需求，大多依赖于进口。而且，国产天然金红石量少，因此在国内以金红石为原料制备高钛铁方法也很难得到推广应用。
第三种方法是熔盐电解法，熔盐电解制备钛铁合金是将钛的氧化物与铁及其氧化物经混合烧结制电极，在熔盐中进行电解还原制备合金，具有流程短、节能、环保等优点，一直是制备金属钛研究的热点，但熔盐电解制备金属钛的工艺还没实现工业化，在实验研究过程中还存在一些无法解决和克服的问题。
现有制备钛铁合金的工艺中也均面临着原料成本高、制备工艺复杂、杂质含量易超标、对设备要求高等问题。
攀西地区拥有十分丰富的钛矿资源，目前主要采用铝热还原法生产低品位及中品位钛铁，以钛矿为原料制备高钛铁的工艺还有待研究。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种高钛铁合金的制备方法，以解决现有技术中原料成本高，制备工艺复杂，杂质含量易超标、尤其是氧含量超标，对设备要求高的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种高钛铁合金的制备方法，包括：将制备高钛铁合金的原料钛精矿1.9－2.5wt％、钛白粉36.5－37.5wt％、高钛渣6.5－7.5wt％、硅铁2.8－3.5wt％、石灰4.8－5.5wt％、铝粉21.5－23.3wt％、氟化钙4.5－5.2wt％、氯酸钾16.5－17.5wt％以及镁粉0.8－1.5wt％置于反应炉中，在真空条件下将反应炉升温至1145－1160℃，保温1－5min后自然冷却降温，待反应炉温度降至室温后，将得到的反应产物进行脱渣处理，制得高钛铁合金。
本发明以钛精矿、钛白粉和高钛渣为钛原料，以硅铁为铁剂，以铝粉为还原剂，以石灰和氟化钙为造渣剂，以镁粉为点火剂，在真空条件下加热还原，原料在发生还原反应的同时由于真空下反应体系气压降低，促使反应向右进行(如2[o]＝o2)，从而实现脱气得到含氧量低的高钛铁合金，减少合金中杂质氧的含量。本发明在原料中加入钛白粉，不仅可以作为钛原料，而且可以提高反应体系中二氧化钛的活性，从而提高整体钛原料的还原性。本发明的硅铁，不仅作为铁剂，同时还可以降低钛铁熔点，从而降低反应温度，使得整个还原反应能够在明显低于现有冶炼温度(1350－1550℃)的条件下进行，降低了能耗，也降低了对反应设备的要求，而且，硅铁中含有的硅元素还可以作为生成二氧化硅的还原剂。本发明还添加有氯酸钾作为发热剂，在反应过程中通过反应放热，为冶炼提供热量，从而降低设备对热量的供应量，减少能耗。
本发明通过控制原料配比，在真空条件下制备出含钛量好、杂质含量低的高钛铁合金。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述制备方法还包括：在进入反应炉之前，将钛精矿、钛白粉和高钛渣粉碎至过150－200目筛，将硅铁、石灰、铝粉、氟化钙、氯酸钾以及镁粉分别粉碎至过80－100目筛。
本发明通过将反应原料粉碎，增大了反应面积，加快了反应速度。粒径大小为过150－200目筛的钛料以及粒径大小为过80－100目筛的硅铁、石灰、铝粉、氟化钙、氯酸钾以及镁粉，既可以保证反应快速进行，又可以避免因颗粒过细而结块。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，在升温时，控制反应炉炉料提供的单位热量为2700－2900kj/kg原料。
在供应热量为2700－2900kj/kg原料的条件下反应，能够使反应体系中物料顺利熔化，并且渣铁实现良好分离。而且，与现有工艺提供的炉料热量3100－3300kj/kg原料相比，本发明仅需要2700－2900kj/kg原料，能够有效降低原料所需的热量，节约能源，降低成本。
需要说明的是，单位：“kj/kg原料”，表示的意思是，每1kg原料需要提供2700－2900kj热量。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述反应炉的升温速率为8－12℃/min。
上述的制备方法制备得到的高钛铁合金。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述高钛铁合金的化学成分为：ti66.5－67.4wt％、o1.72－1.8wt％、al3.56－3.7wt％、si0.74－0.8wt％、p0.022－0.03wt％、s0.023－0.031wt％，余量为fe。
本发明具有以下有益效果：
本发明的制备方法简单、易操作，得到的钛铁合金的氧等杂质含量低，有效解决了传统高钛铁生产工艺对优质钛资源的依赖性以及产品杂质含量高等难题，所生产的高钛铁合金可作为高端含钛钢种生产原料。本发明使用的钛原料廉价易得，节约了生产成本，并且所制得的高钛铁合金符合炼钢工艺要求，提高了钛回收率，有利于钛资源的综合回收利用。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明实施例所使用的钛精矿为攀枝花地区的钛矿石，钛白粉和高钛渣则为钛精矿的副产物。
本发明实施例所使用的反应炉为真空炉。显而易见地，在可以满足真空条件的情形下也可以使用其他反应炉，例如，反应炉为竖式反应炉，冶炼时，将竖式反应炉置于真空室中反应。
实施例1：
本实施例的高钛铁合金的制备方法，包括：
(1)原料准备：
在进入反应炉之前，将钛精矿、钛白粉和高钛渣粉碎至过150目筛，将硅铁、石灰、铝粉、氟化钙、氯酸钾以及镁粉分别粉碎至过80目筛。
(2)真空反应：
将制备高钛铁合金的原料钛精矿1.9wt％、钛白粉36.5wt％、高钛渣6.5wt％、硅铁2.8wt％、石灰4.8wt％、铝粉23.3wt％、氟化钙5.2wt％、氯酸钾17.5wt％以及镁粉1.5wt％置于反应炉中。在真空条件下将反应炉以8℃/min的速率升温至1145℃，控制反应炉炉料提供的单位热量为2900kj/kg原料。保温5min后自然冷却降温。待反应炉温度降至室温后，将得到的反应产物进行脱渣处理，制得高钛铁合金。
实施例2：
本实施例的高钛铁合金的制备方法，包括：
(1)原料准备：
在进入反应炉之前，将钛精矿、钛白粉和高钛渣粉碎至过200目筛，将硅铁、石灰、铝粉、氟化钙、氯酸钾以及镁粉分别粉碎至过100目筛。
(2)真空反应：
将制备高钛铁合金的原料钛精矿2.5wt％、钛白粉37.5wt％、高钛渣7.5wt％、硅铁3.5wt％、石灰5.5wt％、铝粉21.5wt％、氟化钙4.5wt％、氯酸钾16.5wt％以及镁粉1wt％置于反应炉中。在真空条件下将反应炉以12℃/min的速率升温至1160℃，控制反应炉炉料提供的单位热量为2700kj/kg原料。保温1min后自然冷却降温。待反应炉温度降至室温后，将得到的反应产物进行脱渣处理，制得高钛铁合金。
实施例3：
本实施例的高钛铁合金的制备方法，包括：
(1)原料准备：
在进入反应炉之前，将钛精矿、钛白粉和高钛渣粉碎至过180目筛，将硅铁、石灰、铝粉、氟化钙、氯酸钾以及镁粉分别粉碎至过90目筛。
(2)真空反应：
将制备高钛铁合金的原料钛精矿2.4wt％、钛白粉37.2wt％、高钛渣6.8wt％、硅铁2.9wt％、石灰5.2wt％、铝粉23wt％、氟化钙4.8wt％、氯酸钾16.9wt％以及镁粉0.8wt％置于反应炉中。在真空条件下将反应炉以10℃/min的速率升温至1150℃，控制反应炉炉料提供的单位热量为2800kj/kg原料。保温3min后自然冷却降温。待反应炉温度降至室温后，将得到的反应产物进行脱渣处理，制得高钛铁合金。
实施例4：
本实施例的高钛铁合金的制备方法，包括：
(1)原料准备：
在进入反应炉之前，将钛精矿、钛白粉和高钛渣粉碎至过150－200目筛，将硅铁、石灰、铝粉、氟化钙、氯酸钾以及镁粉分别粉碎至过80－100目筛。
(2)真空反应：
将制备高钛铁合金的原料钛精矿2.3wt％、钛白粉37.1wt％、高钛渣6.9wt％、硅铁3.2wt％、石灰5.3wt％、铝粉22.4wt％、氟化钙4.7wt％、氯酸钾16.9wt％以及镁粉1.2wt％置于反应炉中。在真空条件下将反应炉以10℃/min的速率升温至1150℃，控制反应炉炉料提供的单位热量为2800kj/kg原料。保温2min后自然冷却降温。待反应炉温度降至室温后，将得到的反应产物进行脱渣处理，制得高钛铁合金。
需要说明的是，本发明实施例对真空度没有具体限制，即，反应在真空条件下进行即可，本领域技术人员可以根据设备的实际情况进行设置。
对比例1：
本对比例的制备方法与实施例4相同，区别仅在于，原料配比不同，具体如下：
钛精矿3wt％、钛白粉36.4wt％、高钛渣6.9wt％、硅铁3.2wt％、石灰5.3wt％、铝粉22.4wt％、氟化钙4.7wt％、氯酸钾16.9wt％、镁粉1.2wt％。
该原料配比，与实施例4相比，主要减少了钛白粉的含量，将其比例减至36.4wt％，超出了本发明所限定的比例范围，而其他原料组份的比例与实施例4相差不大，并且都在本发明所限定的比例范围内。
对比例2：
本对比例的制备方法与实施例4相同，区别仅在于，原料配比不同，具体如下：
钛精矿2.3wt％、钛白粉37.1wt％、高钛渣6.6wt％、硅铁4wt％、石灰5.3wt％、铝粉22wt％、氟化钙4.6wt％、氯酸钾16.9wt％、镁粉1.2wt％。
该原料配比，与实施例4相比，主要增加了硅铁的含量，将其比例增加至4wt％，超出了本发明所限定的比例范围，而其他原料组份的比例与实施例4相差不大，并且都在本发明所限定的比例范围内。
对上述实施例1－4以及对比例1－2制得的高钛铁合金进行化学成分检测，检测结果见表1。
表1高钛铁合金成分
从表1可以看出，本发明实施例制得的高钛铁合金满足高钛铁合金的化学成分要求，其中杂质含量均在规定范围之内，符合高钛铁合金的质量要求。
对比例中所用优质钛料(钛白粉、高钛渣)配比降低，钛氧化物还原性能变差，还原得到的钛量降低，制得高钛铁中o、c等杂质含量明显增加。分析对比实验结果发现，采用本实验方法制备70#高钛铁较佳的原料配比为：钛精矿2.3wt％、钛白粉37.1wt％、高钛渣6.9wt％、硅铁3.2wt％、石灰5.3wt％、铝粉22.4wt％、氟化钙4.7wt％、氯酸钾16.9wt％、镁粉1.2wt％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。