铝热还原制备钛铁的热力学研究

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1、万方数据分类号UDC作者姓名：指导教师：申请学位级别：学科专业名称：论文提交日期：学位授予日期：评阅人：密级学位论文铝热还原制备钛铁的热力学研究关跃豆志河副教授东北大学材料与冶金学院一硕士学科类别：工程冶金工程2014年6月论文答辩日期：2014年6月2014年7月答辩委员会主席：邢鹏飞邢鹏飞磋通东北大学2014年6月万方数据AThesisinMetallurgicalEngineering’I'hermodynamicstudyonpreparationofferroustitaniumbyaluminoth

2、ermicreductionByGuanYueSupervisor：AssociateProfessorDouZhiheNortheasternUniversityJune2014万方数据独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：磁日期："／，产略．如学位论文版权使用授权书

3、本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论：艾的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论：丈的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：半年口一年口一年半口学位论文作者签名幺颜签字目期：删以．弘两年√刷噬轹丐∥圻签字日期：≯0够．万·了Q’万方数据东北大学硕士学位论文摘要铝热还原制备钛铁的热力学研究摘要钛及钛合金具有密度低、强度高、耐高温、耐腐蚀等优异的综合性能。目前，制

4、备优质高钛铁的主要方法为重熔法，但该方法以废钛材为原料，生产成本较高，很难在我国推广应用。近年来，铝热还原法制备高钛铁工艺在我国得到广泛的发展，但制备的高钛铁存在氧含量高，杂质多，原料还原不完全等缺点，严重限制了我国铝热法钛铁产品的推广应用。本论文针对传统铝热法生产的钛铁产品O含量高、A1．O间平衡难以判断等缺点，：基于共存理论和自蔓延冶金技术对铝热还原过程进行了系统的热力学分析及实验研究，具体内容有：首先，基于熔渣离子分子共存理论，建立了CaO—A1203．Ti02渣系作用浓度计算模型，可以利用该模型计算不同

5、温度、不同组分下熔渣各结构单元的作用浓度，并利用不同温度下熔渣的作用浓度，基于文献值中的实测粘度及Arrhenius方程建立了CaO．A1203一Ti02渣系粘度计算模型，模型使用范围：温度1723．1773K，各物质质量分数：CaO30％．40％，A120338．4％．51．2％，Ti029．6％．12．8％，MgO3％．9％，Si023％。计算出了不同温度及组分下熔渣的粘度，并与实测值进行对比，结果发现，计算结果与实测值吻合度较好，尤其是在低粘度(粘度小于1Pa·s)区域，吻合度极高，说明共存理论可以反映熔

6、渣的实际结构。其次，基于金属熔体共存理论，建立了Ti一0熔体、Ti．A1．O熔体、Ti．Fe—O熔体及Ti—AI—O．]Fe熔体的作用浓度计算模型，对于熔体的性质及铝热还原过程进行了系统的分析，结果表明，铝热还原反应是分步进行的，限制性步骤是TiO向Ti30或Ti的转化反应。Ti—O体系中Al热还原过程中Al脱氧的极限O含量约为12％，在熔体中有Al的情况下，熔体中A1．()平衡的平衡组成逐渐前移，Al含量从5％一25％时，脱氧反应的极限值从7％降低至4％。在熔体中有Fe的情况下，也可提高Al的脱氧能力，Fe含

7、量为10％，反应平衡时O含量大约为9％。在Ti—A1．O．Fe复合熔体中，在含Fe25％的熔体中，1％AI的情况下，反应平衡时的0含量为7％，在Al含量为25％时，可将氧含量降低至1％以下。最后，根据热力学计算结果，采用金红石、氧化铁以及其他一些添加剂为原料，进行了自蔓延反应实验，结果表明，发热剂可以加强渣金分离效果，发热剂用量增加会使n万方数据东北大学硕士学位论文摘要产品含Al量增加。在配Al量高于热力学计算值时，合金中Al含量从8％提升至10％，说明Al在此时更多表现出其金属性，而在计算值以下时更多表现出还

8、原性。所得合金产品的氧含量低于0．25％，与热力学计算结果相符。造渣剂的添加量有助于提高渣金分离效果，但造渣剂过多会导致其吸热量过多而使反应不够完全，影响产品质量。关键词：钛铁；铝热法；热力学；作用浓度Ill万方数据东北大学硕士学位论文AbstractThermodynamicstudyonpreparationofferroustitaniumbyaluminothermicredu