鈦在地球上儲(chǔ)量豐富，地殼中含鈦礦物有140多種，但目前具有開采價(jià)值的只有十多種。已開采的鈦礦床可分為兩類:巖石礦床和砂礦床。巖石礦床是火成[i]礦床，其特點(diǎn)是礦床集中，儲(chǔ)量大。這些礦床的主要礦物是鈦鐵礦和鈦磁鐵礦。
鈦廣泛用于鋼鐵生產(chǎn)。它可用作脫氧劑、脫氮?jiǎng)┖秃辖鹛砑觿?。它是一種用途廣泛的特殊合金。在煉鋼過程中作為合金元素加入鋼中，可以起到細(xì)化晶粒[ii]、固定間隙元素(碳、氮)、提高鋼強(qiáng)度的作用。
高鈦板是冶煉高溫合金和優(yōu)質(zhì)不銹鋼不可缺少的合金材料。隨著鋼材質(zhì)量和品種的提高，對(duì)鈦板質(zhì)量和品種的要求越來越高，國(guó)際市場(chǎng)對(duì)高鈦含量的高鈦鐵需求量較大。逐步摸索出一套提高鈦鐵回收率，有效降低生產(chǎn)成本的措施。[1]
影響鈦板回收率的因素[2-3]
第一，原材料因素
鈦精礦[ⅲ]和金紅石[ⅳ]質(zhì)量越高，冶煉效果越好；當(dāng)金紅石品位在90%以上，鈦精礦品位在50%以上時(shí)，回收率較高。砂礦比原生礦具有更好的冶煉效果。鈦精礦中氧化亞鐵與氧化鐵的比例越高，冶煉前的焙燒效果越好，經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)越好。鈦精礦和金紅石的粒度要合適，太細(xì)容易飛散會(huì)增加損失。過粗，鋁熱反應(yīng)不充分，回收率降低；所以金紅石的粒度一般控制在100-160目[iii]，鈦精礦的粒度控制在40-100目。鈦精礦與金紅石的比例應(yīng)為約3.5: 1(見下表)。一般焙燒溫度控制在750℃-850℃，焙燒時(shí)間3-5h。焙燒溫度不足和焙燒時(shí)間過短會(huì)影響單位熱效應(yīng)和還原反應(yīng)的充分進(jìn)行，從而對(duì)回收率產(chǎn)生不利影響。
表:鈦精礦和金紅石的比例對(duì)回收率的影響
鈦板生產(chǎn)中使用的鋁顆粒品級(jí)越高，越有利于還原反應(yīng)。通常，使用含鋁超過98%的鋁顆粒。鋁的晶粒大小會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)的速度和鋁的利用率。鋁晶粒過粗，其面積比表[vi]中的小，界面化學(xué)反應(yīng)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，不利于熱量的集中。除此之外，渣鐵不易分離，出鐵少，鋁晶粒過細(xì)，造成飛燒損失增加。同時(shí)，過細(xì)的鋁晶粒中氧化鋁的量增加，導(dǎo)致鋁分配不足，影響鈦的還原。
爐料中加入石灰作為熔劑，可以降低爐渣的熔點(diǎn)，改善爐渣的流動(dòng)性，促進(jìn)金屬懸浮物的沉降，防止氧化鈦和氧化鋁的結(jié)合，有利于提高鈦的回收率。石灰應(yīng)含高氧化鈣，粒徑為1-2mm，不得使用未燒和粉狀吸水石灰。石灰的用量要適當(dāng)，用量不能太大。如果過大，還原過程會(huì)消耗過多的熱量，降低體系的最高溫度，使反應(yīng)難以進(jìn)行。
鐵中的硅可與合金中的鈦結(jié)合形成化合物如Ti5Si3，可阻止鋁化合物的形成，減少鋁進(jìn)入合金的量，提高鋁的利用率，從而有利于鈦回收率的提高。
二、單位熱效應(yīng)
影響單位熱效應(yīng)的因素有:①爐料的化學(xué)反應(yīng)熱。②爐料帶來的物理熱。化學(xué)反應(yīng)熱主要由鈦精礦、金紅石、氯酸鉀和鋁顆粒的品位和用量決定，物理反應(yīng)熱主要由鈦精礦和金紅石的焙燒溫度決定。生產(chǎn)實(shí)踐表明，單位熱值低，還原反應(yīng)困難，爐渣流動(dòng)性差，爐渣中含鈦金屬球較多，渣鐵不易分離，鐵產(chǎn)量少。單位熱值高，反應(yīng)激烈，攪渣噴濺，工藝損失大，產(chǎn)量低。
三。鋁分配系數(shù)
由實(shí)驗(yàn)可知，鈦的回收率隨鋁含量的增加而增加，但鋁含量過多會(huì)降低反應(yīng)的單位熱效應(yīng)，使?fàn)t渣變稠，同時(shí)容易造成合金中鋁含量超標(biāo)，影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此，為了獲得高的鈦回收率，鋁的量必須控制在最佳范圍內(nèi)。
四。進(jìn)刀速度
喂食過程應(yīng)遵循“先慢、中快、后慢”的原則。底反應(yīng)后開始添加主配料時(shí)，加料要慢。熔池?cái)U(kuò)大后，應(yīng)提高補(bǔ)縮速度。合適的速度應(yīng)使反應(yīng)迅速而均勻，反應(yīng)后期速度應(yīng)減慢，防止反應(yīng)過度和飛濺。適當(dāng)?shù)倪M(jìn)料速度有助于熱量集中，鐵顆粒沉降良好，提高鐵產(chǎn)量。加料過快易噴渣，合金鈦含量低，鋁含量高；如果加料太慢，熱量不集中，熱量損失大，出鐵量低。最后，要注意均勻加料，防止加料范圍變化過大或停止加料時(shí)出現(xiàn)合金夾渣現(xiàn)象。生產(chǎn)實(shí)踐表明，總裝藥量控制在8T左右，下料時(shí)間控制在9 ~ 12min為宜。
動(dòng)詞 （verb的縮寫）精制材料
精煉材料也稱為沉淀劑。加入精煉料的目的是提高渣溫，增強(qiáng)渣的流動(dòng)性，使鈦鐵金屬顆粒容易從渣中析出。同時(shí)，精煉料反應(yīng)產(chǎn)生的鐵水滴自上而下穿過渣層時(shí)，懸浮在渣層中的鈦含量高、比重小的金屬珠可被帶入熔池，從而提高鈦的回收率。在熔煉反應(yīng)結(jié)束時(shí)，隨著渣層的增厚，液面上的結(jié)皮會(huì)加快。因此，精料要有足夠的反應(yīng)熱，盡可能預(yù)熱(溫度150-200℃)，加料要及時(shí)、均勻、集中。精煉反應(yīng)結(jié)束后，加入20-30公斤石灰保護(hù)渣面，有利于鐵顆粒的沉降。實(shí)踐表明，精煉料中除了氧化鐵皮[ⅶ]、鋁粒和石灰外，還應(yīng)加入與主料等量的硅鐵，有利于更好地控制成品中鋁的量，節(jié)約鋁粒。
六、渣和爐時(shí)間
冶煉完成后，要注意控制排渣和移爐的時(shí)間。鎮(zhèn)靜5-8分鐘，排渣，冷卻12小時(shí)后，即可取出爐殼。如果鎮(zhèn)靜時(shí)間太短，鐵還沒有完全沉淀。冷卻時(shí)間過短，一方面鐵沒有完全凝固容易滲漏，另一方面鈦在高溫下容易氧化，增加損耗。
除上述要求外，還要求取樣準(zhǔn)確，混合均勻，只有及時(shí)將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)散落的除塵灰和原料回爐冶煉，才能獲得良好的鈦鐵回收率。
注意事項(xiàng):
【I】巖漿冷卻后形成的一種巖石(從地殼中噴出的巖漿，或者已經(jīng)熔化的現(xiàn)存巖石)。
[ii]理想的鑄錠組織是鑄錠整個(gè)橫截面上均勻細(xì)小的等軸晶。這是因?yàn)榈容S晶各向異性小，加工時(shí)變形均勻，性能優(yōu)良，塑性好，有利于鑄造和后續(xù)塑性加工。
[iii]鈦精礦選自鈦鐵礦或鈦磁鐵礦，是生產(chǎn)用途廣泛的鈦白粉的原料。
【四】金紅石是純二氧化鈦，一般含95%以上的二氧化鈦，是提煉鈦的重要礦物原料。
[v]目的是指每英寸屏幕上的孔數(shù)。
[vi]比表面積是指單位質(zhì)量材料的總面積。
[vii]磨秤也叫秤和秤。鋼材在加熱和軋制過程中，表面被氧化形成氧化鐵層，氧化皮脫落。
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