钛白粉直接合金化制备钛铝合金理论及工艺研究

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1、doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2013.12.012钛白粉直接合金化制备钛铝合金理论及工艺研究李军，杨绍利，侯静，吴恩辉，黄平（攀枝花学院四川省钒钛材料工程技术研究中心，四川攀枝花617000）摘要：对铝热还原工艺制备钛铝合金的热力学进行计算与分析，探索了配石灰系数(即理论用量的倍数)及单位热效应对钛收率的影响，并分析了配铝系数对合金中钛和铝的影响以及影响钛铝合金中氧含量的因素。结果表明，最佳工艺参数为：配石灰系数0.9，单位热效应2850kJ/kg。关键词：钛白粉；铝热还原；钛铝合金；理论；制备中图

2、分类号：TG146.23;TG146.21文献标志码：A文章编号：1007-7545（2013）12-0000-00TheoreticalandTechnicalStudyonTitaniumAluminumAlloyPreparationbyDirectAlloyingwithTitaniumDioxideLIJun,YANGShao-li,HOUJing,WUEn-hui,HUANGPing(SichuanTechnologyEngineeringResearchCenterforVanadiumandTitaniumMat

3、erials,PanzhihuaUniversity,Panzhihua617000,Sichuan,China)Abstract:Thermodynamicsofpreparationoftitaniumaluminiumalloybyaluminothermicreductionprocesswascalculatedandanalyzed.Theeffectsoflimedosageandunitthermaleffectontitaniumyieldratewereinvestigated.Theeffectsofalu

4、minumdosageontitaniumandaluminumcontentsinTi-Alalloywereanalyzed,andthefactorseffectingoxygencontentinTi-Alalloywereanalyzed.Theresultsshowthattheoptimumlimedosageis90percentofthetheoreticallevelandtheunitthermaleffectis2850kJ/kg.Keywords:titaniumdioxide;aluminotherm

5、icreduction;Ti-Alalloy;theory;preparation钛铝合金由于其耐腐蚀性尤其在高温应用方面具有很大的优势非常高的重要性，成为各国研究的热点及重点[1]。金红石或二氧化钛的铝热还原制备钛铝合金工艺可以将钛铝合金的生产成本降低到15美元/kg[2]。该工艺原料来源广、工艺简单、设备要求简单，节省能耗，生成成本低，具有广阔的应用前景。1热力学分析铝热还原体系制备Ti-Al中间合金可能出现的相关热力学方程[3]如下：（1）J·mol-1（2）J·mol-1（3）J·mol-1（4）J·mol-1（5）J·

6、mol-1（6）J·mol-1（7）J·mol-1收稿日期：2013-06-13基金项目：国家自然科学基金资助项目（51174122）作者简介：李军(1986-)，男，重庆人，硕士研究生.（8）J·mol-1（9）J·mol-1上述反应的关系曲线如图1所示。图1铝还原TiO2体系中可能反应的曲线Fig.1curvesofsomepossiblereactionsinaluminumreductionofTiO2systems由图1可以得出：1）所有反应都是具备自发倾向的放热反应，且随着温度的升高，其自由能正向变化，即反应逆向性增

7、强。所以温度升高不利于反应的进行，降低温度对钛的收率有利。2）TiO2的还原中，TiO2生产Ti2O3最容易发生，TiO2生成TiO次之，其中TiO生成钛在热力学上最为困难。因此将TiO→Ti作为整个体系的“平衡点”是合理的，“平衡点”温度为2392K。当温度大于2392K时TiO→Ti自发反应终止。因此冶炼时温度最好不要超过平衡点温度。3）TiO2→Ti2O3的反应吉布斯自由能变化基本不受温度影响，而Ti2O3→Ti和TiO对反应温度较为敏感，因此温度控制对钛的收率影响很大。4）对比反应（5）和（7）可以看出，TiO2→TiO

8、的吉布斯自由能远远低于TiO2→Ti，所以TiO2→Ti的还原是不彻底的，会有一部分生成TiO。而TiO还原是不彻底的，所以铝热还原制备Ti-Al合金中有钛的损失。5）对比反应（6）和（7）可以明显看出，加入氧化钙能明显降低吉布斯自由能，TiO2还原成钛的趋势增