[发明专利]一种碳氢辅助电铝热还原-真空精炼制备低成本钛合金的方法

权利要求书

1.一种碳氢辅助电铝热还原-真空精炼制备低成本钛合金的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)对钛原料机械活化处理，对活化后的钛原料在还原性气氛下用碳粉还原预处理，将钛原料中的高价的TiO₂还原为低价的钛氧化物Ti_nO_2n-1，其中，n＝4、3、2或1，得到碳氢预还原产物；

(2)将步骤(1)所得碳氢预还原产物破碎后进行电铝热还原，添加铝还原剂、合金化炉料、铝还原剂、复合造渣剂；电铝热还原结束后在电炉底部放出初级铝热还原熔体，炉渣留在炉内得以分离；

(3)将步骤(2)所得初级铝热还原熔体进行二次还原精炼，反应物中添加钛残料；添加二次还原反应还原剂进行二次还原反应深度脱氧，并保温精炼得到接近目标成分的二次还原熔体；所述二次还原反应还原剂选自镁钙、铝钙、铝镁和铝钙合金；

(4)在线检测成分，并添加合金化炉料进行成分微调，以至符合目标成分范围；

(5)真空浇注，得到终产品，所述终产品为铸件、坯料或重熔自耗电极。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中钛原料为低品位、高钙镁杂质的钛渣，所述钛渣中TiO₂含量为74％～85％，TiO₂最高含量不大于85％，CaO+MgO为6.5％～10％，TFe含量为9％～11％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)还原性气氛采用流动的水煤气为还原性气体，包含H₂与CO的体积比为1：2～2：1，供气压力范围0.2MPa～5MPa，流量为0.5～5m³/m²·min；所述碳粉选自焦炭、活性炭、石墨中任意一种或至少两种；碳氢还原预处理温度为1050℃～1150℃；还原时间为0.5h～3h。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中的反应物包含步骤(1)中的碳氢预还原产物、铝还原剂、合金化炉料及复合造渣剂；反应物按质量比为碳氢预还原产物：铝还原剂：合金化炉料：复合造渣剂＝1：0.35～0.75：0.1～0.15：0.15～0.35，所述复合造渣剂为CaO-CaF₂二元渣，质量比CaO：CaF₂＝70％～90％：30％～10％。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述钛原料进行球磨处理活化，粒度为50μm～200μm，D50＝110μm；所述铝还原剂为铝屑、钛铝合金、铝粒中的任意一种或至少两种的组合，最大粒径范围为0.5mm～5mm；所述的合金化炉料为含Fe、Cr为主元素的废旧不锈钢和/或微碳Fe-Cr中间合金中的一种或至少两种的组合，最大粒径范围为0.5mm～5mm；所述复合造渣剂粒度范围为0.2mm～2mm，D50＝1.0mm。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述电炉顶部中心电极为空心石墨电极，空心石墨电极顶部为加料口，所述空心石墨电极同时作为等离子电弧引发装置和加料装置，侧壁设置出渣口和熔体出口，出渣口高度高于熔体出口。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述电铝热还原温度为1500℃～1800℃，时间为0.1h～0.5h。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述二次还原的反应物按质量比为初级还原熔体：钛残料：二次还原反应还原剂：复合造渣剂＝1：0～0.2：0.2～0.3：0.1～0.15，所述二次还原反应还原剂为钙-镁合金，质量比Mg：Ca＝60％～80％：20％～40％，最大粒径范围30mm～120mm；

步骤(3)在真空感应熔炼炉中进行，真空感应熔炼炉内预先抽真空，然后用惰性气体洗炉，反复操作1～2次；充入H₂和CO混合气体，气体压力小于标准大气压，以防止高饱和蒸汽压的铝和钛元素挥发；二次还原温度为1500℃～1750℃，二次还原保温时间为0.1h～0.5h。