200kA铝电解槽添加二氧化钛制备铝钛母合金
200kA铝电解槽添加二氧化钛制备铝钛母合金
2 0年 l 月 l 0 2
有 色金 属 科 学与 工 程
No fr o s Me as c e c a d En i e rn neru tl S in e n g n e i g
V0 . , . 11 No 2
De . c 2010
文章编 号 :6 4 9 6 (0 0 0 — 0 5 0 17 — 6 9 2 1 ) 2 0 2 — 5
(.hj n u dn m n m C .Ld, a x 3 10 ,hn; . aut f t a adC e c E gn e n , 1 ei gH a ogMu iu o, t.L ni 2 0 0C ia 2 Fc l o e l n h mi Z a y Ma r i  ̄ n ier g i
要 消耗 昂贵 的金 属钛 , 由于钛 的 活性 大 , 与很 多气体
0 引 言
随着 国民经 济 的发 展 ,新 型铝 合 金需 求 越 来越 大 . 钛 合 金作 为 最 有 发 展前 途 的结 构 材料 越 来 越 铝
激 烈反 应 生成 氧 化物 、氢 化物 等从 而 影 响合 金 的质
摘
要 : 述 了直接 在 预 焙铝 电解 槽 中生产 铝钛 合 金 的现 状 和 意 义. 2 0k 铝 电解槽 中直接 添加 论 在 0 A
二 氧化 钛 生产含 钛 为 03 -0 . . 6%的 铝钛母 合 金. 制备 铝钛 合金 的工 艺参数 的选择 、 氧化 钛 的添 对 二
加 方 式的优 化 以及 生 产过程 中对铝 电解 的 电流 效率 等经 济技 术指标 的 影响进 行 了分析 . 结果表 明 : 铝 电解槽 直接 添加二 氧化 钛制 备铝 钛母 合金 工 艺可行 , 济效益 显著 . 经 关 键词 : 电解 槽 ; 氧化 钛 ; 二 铝钛母 合金 ; 电流效 率 中图分 类号 : 8 1 TF 2 文献标 识码 : A
工业电解槽中制备Al-Ti中间合金的研究和实践
工业电解槽中制备Al-Ti中间合金的研究和实践发布时间:2022-05-17T07:48:24.709Z 来源:《城镇建设》2022年第5卷1月(下)第2期作者:魏云[导读] 铝是钢铁的常用金属,具有易导电、密度小、易延展、耐腐蚀等优点,在我国国民经济中占有重要地位魏云邹平县宏正新材料科技有限公司山东省邹平市256200摘要:铝是钢铁的常用金属,具有易导电、密度小、易延展、耐腐蚀等优点,在我国国民经济中占有重要地位。
如果在铝电解槽中加入氧化铝的同时, 加入钛的氧化物或化合物,在不改变电解作业规程的条件下,生产出化学成分、金相组织以及细化效果均理想的铝钛合金,就能达到简化生产工艺,减少能耗,降低成本,提高细化剂质量的目的。
关键词:电解槽;二氧化钛;Al-Ti 中间合金随着电解槽大型化,铝电解技术向着高效和节能降耗方向发展,对铝电解用炭素材料质量提出了更高的要求。
我国铝电解用石油焦呈现出硫含量、微量元素增加、石油焦粒度分布向细粒方向发展,高硫石油焦的使用量增加的态势。
如何调控现有炭阳极生产和技术优化,并在原料质量劣化的情况下制备优质炭阳极,满足铝电解生产具有至关重要的作用。
铝合金中含有少量Ti,可明显增加其强度,提高耐磨性和导热性,减少膨胀系数,改善加工性能,并且具有较好的铸造性能。
铝及铝合金低钛合金化最常用的加钛方式是通过A1-Ti 中间合金的方式熔配加人,目前生产A1-Ti 中间合金的主要方法有对掺法和电解法。
对掺法制取的A1-Ti 中间合金,使用了昂贵的纯金属钛,在高温下耗费了大量的电能,往往产生严重偏析,Ti 回收率低,以至A1-Ti 合金的应用受到限制。
用电解法制备Al-Ti中间合金,可以大量减少合金中氧化夹杂物,减少合金元素的偏析,从而提高合金的质量;此外,还可以防止金属钛氧化,降低生产成本。
一、AI-Li系合金随着世界铝电解技术的快速发展和环保意识的增强,世界铝电解技术已开启了电解槽大型化步伐。
浅谈200KA铝电解槽的技术创新
浅谈200KA级大型预焙阳极铝电解的技术创新摘要:本文根据200KA级大型预焙阳极铝电解槽的测试和生产实践,指出该预焙阳极铝电解槽母线配置合理,铝液流速低,采用焦粒焙烧、干法无效应启动的技术,电解槽仅用一个月的时间便转入正常生产,氧化铝超浓相输送系统简单可靠,净化系统先进,污染物排放量达到国家规定的标准,智能多模式控制系统使阳极效应受控率达92%,经过6个月的连续生产考核,电流效率达95.12%,直流电耗达13144Kwh/t.Al,具有显著的经济效益和社会效益。
关键词:预焙阳极;铝电解槽;技术创新自冰晶石—氧化铝融盐电解法诞生以来,已有一百多年的历史了。
在此期间,随着铝电解生产技术水平的不断提高及相关工业的发展,铝工业已由生产初期的4000~8000安培小型铝电解槽,发展到目前的280~320KA大型预焙阳极铝电解槽。
铝电解的电流效率由初期的不到80%提高到目前的94%以上。
由沈阳铝镁设计研究院设计的我公司200KA级预焙阳极铝电解槽,于2000年11月14日一次焙烧启动成功。
所有的136台铝电解槽在启动后一个月内转入正常生产,在不到两个月内,各项经济指标均达产达标,有的甚至好于设计指标。
目前,所有电解槽运行良好,经济指标先进。
1.生产技术条件及主要经济指标1.1 正常生产的技术条件:系列电流强度:193-195KA 电解槽工作电压:4.15-4.18V电解温度:950-965℃电解质分子比: 2.5-2.6电解质水平:20-22cm 铝液水平:18-20cm效应系数:<0.4次/槽.日极距: 4.5cm1.2主要经济技术指标系列136台铝电解槽经6个月的连续生产考核,所取得的经济指标见表1。
2.200KA级预焙槽设计及生产的技术创新关铝200KA级预焙槽所取得的技术经济指标是与设计及焙烧启动中的技术创新分不开的。
2.1母线配置先进沈阳铝镁设计研究院在设计中使用先进的国际工程软件来优化并指导电解槽母线设计,采用大面四点等电流进电方式,阴极母线采用非对称配置,以补偿相邻列电解槽产生的不利磁场。
【CN109666793B】一种电铝热制备高钛铁合金的方法【专利】
( 12 )发明专利
(21)申请号 201910068315 .2
(10)授权公告号 CN 109666793 B (45)授权公告日 2019.12.20 C22C 14/00(2006 .01)
(22)申请日 2019 .01 .24
( 65 )同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 109666793 A
后备用。
3 .根据权利要求2所述的一种电铝热制备高钛铁合金的方法,其特征在于,所述含钛铁
矿物为低品位钒钛磁铁矿,其组分及质量分数为:FeO:17 .0~20 .0%,CaO:2 .0~6 .0%,SiO2: 6 .0~8 .0%,MgO:0 .5~0 .9%,Al2O3:1 .3~2 .5%,TiO2:20 .0~24 .0%,V2O5:1 .6~1 .8%,Cr2O3:0 .02~ 0 .3%,S≤0 .05%,P≤0 .01%,余量为不可避免的杂质;其中TFe为 42 .0~46 .0wt .%。
7 .根据权利要求2所述的一种电铝热制备高钛铁合金的方法,其特征在于,所述含钛铁
矿物为钛铁矿,其组分及各组分的质量百分数为:Fe2O3:15 .1~17 .5%,FeO:25 .8~27 .8%, TiO2:43 .4~45 .6% , CaO:0 .8~0 .9%,SiO2:4 .6~5 .6%,MgO:0 .9~1 .1%,Al2O3:1 .0~1 .3%,余量为 不可避免的杂质。
(43)申请公布日 2019 .04 .23
(73)专利权人 东北大学 地址 110169 辽宁省沈阳市浑南区创新路 195号
(72)发明人 薛向欣 高子先 杨合 程功金 黄壮 宋翰林
( 56 )对比 文件 CN 107354486 A ,2017 .11 .17 , CN 106834891 A ,2017 .06 .13 , CN 108193114 A ,2018 .06 .22 , CN 101892387 A ,2010 .11 .24 , 肖翔鸿等“. 铝热法冶炼高钛铁工艺试验”.
电解槽施工方案
施工方案一、编制依据1、商电铝业集团公司设计室设计的200KA预焙电解槽施工图。
2、该工程需执行的国家现行规范、标准、规程及相关法律法规。
3、八冶公司《管理手册》、《程序文件》、《作业指导书》、《工艺标准》及环境、职业健康安全管理体系文件等企业标准。
4、我公司现有的人力、物力、财力及机械设备装备情况。
二、工程概况1、本工程为青海中亚铝业有限公司电解铝项目一期工程,电解1、2车间共92台电解槽(槽壳内壁长10850mm、内壁宽4050mm、内壁高1410mm)、上部结构制作安装工程。
槽壳的总体组装在制作现场完成,槽壳与摇篮架连接。
上部结构的组装在车间内进行,安装是在槽壳及筑炉完成后进行。
2、槽壳及上部结构部件采取工厂化流水线制作,零部件采用批量化生产,主要部件制作在胎具、胎架、组装平台上完成,保证零部件的精度和质量。
3、焊接主要采用CO2气体保护和埋弧自动焊。
三、电解槽制作、安装工程主要分部分项工程施工方案(一)、摇篮槽壳及上部结构制作方案200KA预焙阳极铝电解槽是整个电解车间最重要、最关键的部分,其钢结构部分大致可分为摇篮架、槽壳及上部结构三大部分。
摇篮槽壳为长方体船形结构,主要由四组底梁、15组摇篮架及槽壳三大部分组成;上部结构是电解槽的承力部分,主要由立柱、大梁、支撑梁、水平罩板、立柱底座、集气烟道及其它附属加料装置等组成。
1、摇篮槽壳制作安装(1)、主要材料的管理A、钢材的使用与保管a、钢材的使用要求所有钢材的品种、规格、型号必须符合设计图纸要求,性能和质量符合其相应的国家标准,且附有质量证明书或出厂合格证,严禁使用不合格的或未经检验合格的钢材,同时对有定尺要求的钢材应专料专用。
b、钢材的检验电解槽壳及上部结构制作所使用的钢材为Q235钢,要求所有钢材进厂前,首先应进行外观检验,钢材表面不得有裂纹、夹层、缩孔、气泡、重皮、夹渣和划伤现象。
c、钢材的保管各种材料应按规格和用途分类堆放,为防止变形及泥污锈蚀,板材和型材存放应离地垫平,并对所有进厂的钢材依要求进行标识,以防误用、混用。
直接电解二氧化钛制备金属钛工艺研究-概述说明以及解释
直接电解二氧化钛制备金属钛工艺研究-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分是对文章整体内容进行简要介绍和总结的段落。
在“直接电解二氧化钛制备金属钛工艺研究”的概述部分中,可以写一下以下内容:本文旨在探究利用直接电解二氧化钛制备金属钛的工艺研究。
二氧化钛和金属钛在许多工业领域具有重要应用,以往的传统工艺在制备过程中存在一些问题,例如能耗高、环境污染等。
而直接电解二氧化钛制备金属钛是一种新型的工艺方法,被认为具有较高的效率和环保性。
第二章将介绍电解二氧化钛的原理和方法,包括电解过程中的化学反应和电解条件的选择等。
同时,本文还将探讨金属钛的制备工艺,包括采用直接电解二氧化钛制备金属钛的具体步骤和相关参数的优化。
在结论部分,将对直接电解二氧化钛制备金属钛的优势进行分析和总结,并展望未来该工艺的发展前景。
通过本文的研究,我们希望为工业生产提供一种新型、高效、环保的金属钛制备工艺,并为相关领域的科学研究提供参考。
总之,本文将从理论与实践的角度,系统地探讨直接电解二氧化钛制备金属钛的工艺研究。
这将有助于提高金属钛的制备效率和质量,并为相关领域的发展做出贡献。
1.2文章结构文章结构:本文将按照以下结构展开对直接电解二氧化钛制备金属钛工艺的研究。
首先,将介绍电解二氧化钛的原理和方法。
这部分将详细说明电解二氧化钛的核心原理以及常用的制备方法,包括电解液的选择、电极材料的优化等内容。
通过对电解二氧化钛的原理和方法的深入分析,可以为接下来的金属钛制备工艺提供理论和技术指导。
其次,将探讨金属钛的制备工艺。
在本节中,将介绍将电解二氧化钛转化为金属钛的具体步骤和工艺。
其中包括原料的选择和预处理、反应条件的优化、电解设备的设计和改进等方面的内容。
通过对金属钛制备工艺的深入研究,可以提高金属钛的产率和品质。
最后,将总结电解二氧化钛制备金属钛的优势和对未来工艺研究的展望。
在本节中,将对直接电解二氧化钛制备金属钛相比传统工艺的优势进行综合评述,包括能耗、环境影响、工艺流程等方面的比较。
一种二氧化钛-高含量氧化铝陶瓷的制备方法[发明专利]
专利名称:一种二氧化钛-高含量氧化铝陶瓷的制备方法专利类型:发明专利
发明人:张杰,张玉松,石秀林
申请号:CN201810834680.5
申请日:20180725
公开号:CN108911714A
公开日:
20181130
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明公开了二氧化钛‑高含量氧化铝陶瓷的制备方法,该二氧化钛‑高含量氧化铝陶瓷由铝质岩、高岭土、石英砂和二氧化钛按配比制成,制备方法包括如下步骤:将铝质岩磨至200目以下,再与高岭土、石英砂及二氧化钛混匀加入水搅拌成浆体注入模具,放置于水泥砂浆振动台上振荡后置于背阴处自然风干成型脱模,放入鼓风干燥烘箱内干燥24h取出进行烧结实验;将成型瓷胚置于高温炉中烧制成型,设定4小时10分钟升温至1300℃,并保温1小时。
本发明制备的二氧化钛‑高含量氧化铝陶瓷性能优越,在铝质岩资源综合利用及提高其制品的附加值基础上,促进铝质岩制备氧化铝陶瓷研究发展。
申请人:贵州大学
地址:550025 贵州省贵阳市花溪区贵州大学北校区科学技术处
国籍:CN
代理机构:贵阳中新专利商标事务所
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电解二氧化钛制钛 氯化钙方程式
电解二氧化钛制钛氯化钙方程式一、介绍近年来,随着工业化生产的不断发展,电化学反应在金属冶炼中的应用日益广泛。
其中,电解二氧化钛制钛氯化钙方程式是一种常见的金属冶炼方法。
本文将围绕这一主题展开阐述,重点介绍电解二氧化钛制取钛金属的过程及其中涉及的氯化钙方程式。
二、电解二氧化钛制取钛金属的过程1. 材料准备在进行电解二氧化钛制取钛金属之前,首先需要准备好相应的材料。
其中,主要材料包括二氧化钛(TiO2)粉末和氧化钛阳极。
2. 电解槽设备接下来,需要搭建一个电解槽设备。
该设备一般由电解槽、阳极、阴极和电源等组成,用于进行电化学反应。
3. 电解液配置在搭建好电解槽设备后,需要配置好一定比例的电解液。
一般来说,电解液会选择盐酸钛溶液或硫酸钛溶液,以满足电化学反应的需要。
4. 电解反应接下来就是进行电解反应了。
在设备搭建完毕、材料准备就绪、电解液配置完成后,可以通过设置电源电压,控制温度和电流密度等条件来进行电解反应,从而实现二氧化钛制取钛金属的目的。
三、电解二氧化钛制钛氯化钙方程式1. 氯化钙方程式在电解二氧化钛制取钛金属的过程中,通常会涉及到氯化钙方程式。
氯化钙是一种重要的化工原料,广泛应用于冶金、建筑材料、化工、医药和环保等领域。
其化学方程式可表示为:CaCl2 + 2H2SO4 → CaSO4 + 2HCl这个方程式表示了氯化钙与硫酸反应生成硫酸钙和盐酸的过程。
在工业生产中,氯化钙经常作为一种重要的盐酸中和剂使用。
2. 电解二氧化钛制钛与氯化钙的关系在电解二氧化钛制取钛金属的过程中,氯化钙通常作为电解液成分之一,起到了重要的作用。
其主要功能是提高电解液的电导率,增加电解过程中的电流密度,从而提高产量和降低能耗。
通过以上对电解二氧化钛制取钛金属的过程及氯化钙方程式的介绍,相信读者对这一技术有了更深入的了解。
随着技术的不断发展,相信电解二氧化钛制钛氯化钙方程式将会在金属冶炼领域发挥越来越重要的作用。
经过前面的介绍,我们已经了解了电解二氧化钛制取钛金属的基本过程和氯化钙方程式的相关知识。
浅析200kA大型曲面阴极铝电解槽角部阳极长角的原因及处理措施
浅析200kA大型曲面阴极铝电解槽角部阳极长角的原因及处理措施陈本松;杨万章;申太荣;万发松【摘要】详细分析了某铝厂200kA大型曲面阴极铝电解槽角部阳极长角的原因,从温度、电流分布多个角度出发,找出200 kA大型曲面阴极铝电解槽角部阳极长角的规律,并提出了严格监督检查制度,建立角部阳极数据库,强化电压和电流强度,调整工艺参数等处理措施.【期刊名称】《云南冶金》【年(卷),期】2015(044)004【总页数】7页(P85-91)【关键词】大型曲面阴极铝电解槽;角部阳极;阳极长角【作者】陈本松;杨万章;申太荣;万发松【作者单位】云南云铝润鑫铝业有限公司,云南个旧661017;云南云铝润鑫铝业有限公司,云南个旧661017;云南云铝润鑫铝业有限公司,云南个旧661017;云南云铝润鑫铝业有限公司,云南个旧661017【正文语种】中文【中图分类】TF8212009年3月,国务院在《有色金属产业调整振兴规划》中提出将铝电解原铝直流电单耗目标值降到12 000 kWh/t Al以下,并明确指出,原铝平均直流电单耗12500kWh/t Al作为铝行业准入条件之一。
2009年以来,云南某电解铝厂一直致力于节能环保型大型曲面阴极铝电解槽的研究开发工作,在“静流型”大型曲面阴极铝电解槽[1]的基础上配套开发了经济型阳极、环流焙烧法[2]等先进技术,并实现了配套应用,并逐渐在25台200 kA及82台240 kA电解槽上大规模推广应用。
这些新技术、新方法的研究开发及全面推广应用有效改善了铝电解生产技术指标,2010年全年实现了200 kA系列25台大型曲面阴极铝电解槽低电压电解工艺(平均槽电压3.896 V,比常规电解槽降低270 mV),平均电流效率95.2%,平均吨铝直流电耗达12 249 kWh/t。
但是随着低电压时间的逐步增加,200 kA系列大型曲面阴极铝电解槽出现明显的“冷行程”,电解质收缩,采取低铝水平控制后电解槽槽温仍然处于冷行程(同期的200 kA大型平面阴极铝电解槽没有出现相应的情况)。
电解铝液一步法生产铝钛硼的生产工艺流程
电解铝液一步法生产铝钛硼的生产工艺流程下载提示:该文档是本店铺精心编制而成的,希望大家下载后,能够帮助大家解决实际问题。
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收稿日期:2010-09-11作者简介:肖以华(1964-)男,高级工程师.文章编号:1674-9669(2010)02-0025-050引言随着国民经济的发展,新型铝合金需求越来越大.铝钛合金作为最有发展前途的结构材料越来越受到重视.铝钛合金生产方法有以下几种:直接溶配法,即在熔化炉直接熔化原铝并添加金属钛,此方法要消耗昂贵的金属钛,由于钛的活性大,与很多气体激烈反应生成氧化物、氢化物等从而影响合金的质量;烧结法,以铝和钛的粉末为原料用粉末冶金的方法烧结而成,这种方法所需的设备复杂,成本高;还原法,通过钛的氧化物的铝热还原反应得到,该方法不能连续生产,且生产的合金成分不均匀,生产成本较高;电解法,即将氧化钛加入铝电解槽中,直接电200k A 铝电解槽添加二氧化钛制备铝钛母合金肖以华1,金卫中1,戴连松1,杨少华2(1.浙江华东铝业股份有限公司,浙江兰溪321100;2.江西理工大学材料与化学工程学院,江西赣州341000)摘要:论述了直接在预焙铝电解槽中生产铝钛合金的现状和意义.在200kA 铝电解槽中直接添加二氧化钛生产含钛为0.3%~0.6%的铝钛母合金.对制备铝钛合金的工艺参数的选择、二氧化钛的添加方式的优化以及生产过程中对铝电解的电流效率等经济技术指标的影响进行了分析.结果表明:铝电解槽直接添加二氧化钛制备铝钛母合金工艺可行,经济效益显著.关键词:电解槽;二氧化钛;铝钛母合金;电流效率中图分类号:TF821文献标识码:APreparation of Aluminum-titanium Alloys by Adding TitaniumOxide in 200kA CellX IAO Yi -hua 1,J IN Wei -zhong 1,D AI Lian -song 1,Y ANG Shao -hua 2(1.Zhejiang Huadong aluminum Co.,Ltd.,Lanxi 321000,China;2.Faculty of Material and Chemical Engineering,Jiangxi University of Science and Technology,Ganzhou 341000,China)Abstract :This paper introduces the status and significance of producing aluminum -titanium alloys by adding titanium oxide directly in aluminum electrolysis cell.The master alloys with 0.3%-0.6%titanium by adding titanium oxide in 200KA cell are prepared.Analyses on technological indexes,such as selecting technological parameters,optimizing titanium oxide adding technology,current efficiency of the aluminum electrolytic are performed.The results show that the technology is feasible and cost-effective.Key words:cell;titanium oxide;aluminum-titanium master alloys;current efficiency有色金属科学与工程第1卷第2期2010年12月Vol.1,No.2Dec .2010Nonferrous Metals Science and EngineeringDOI:10.13264/ki.ysjskx.2010.06.011解生产出铝钛合金.用电解槽制取铝钛合金时,液态合金由于受到电解质层保护而避免与大气接触,制得的合金用真空抬包吸出,在电解槽的温度范围内能使熔化制度稳定,减少了生产合金时的作业量,有望得到高质量的合金[1-3].采用熔盐电解法直接在铝电解槽中生产铝基母合金,在20世纪80年代曾是国内研究的热门课题,当时的工艺主要是利用国内高硅、高钛、低铁铝土矿经加工除铁制成硅钛氧化铝后,与工业氧化铝混合直接电解得到铝硅钛合金.但受当时技术条件限制,加入硅钛氧化铝后,电解槽出现发热、结壳的困难,电解质流动性差,电耗增加等难题.另外,由于原料的硅钛等元素很难控制,导致电解生产出来的合金中元素成分的百分比很难控制在特定的范围内,生产出来的合金质量很不稳定[4-6].浙江华东铝业股份限公司有一条年产4万t合金锭的生产线,采用直接熔配法生产.金属钛用75钛剂熔配.但是75钛剂价格高,配制过程易挥发损失,使得生产出来的合金成本上升,缺乏市场竞争力.针对此现状,对电解法生产铝硅钛多元合金的电解技术和工艺进行了深入的研究,提出了通过向纯铝电解槽中添加一定量的TiO2,在电解槽中直接制取铝钛合金的生产方法[7-9].(1)通过电解质中添加少量的TiO2,电解生产钛含量小于0.7%的低钛铝合金.(2)通过研究TiO2加入方式、TiO2添加量以及TiO2对合金铝电解工艺参数的影响,分析直接电解法生产铝钛合金的可行性.1结果与讨论1.1电解生产铝钛合金的可行性分析及生产方法在工业生产铝电解的温度条件下,包括铝钛合金在内的多种铝基母合金是可以得到的,其生产机制在于以下两种还原作用:第一是金属氧化物被铝还原生成金属,构成铝基母合金;第二是在电解过程中,金属与铝一起在阴极上析出构成铝基母合金.铝钛合金相图见图1.工业铝电解槽的电解温度一般是950~970℃,而Al-Me合金中Me元素质量分数受制于此电解温度.如果合金元素的质量分数高于此温度极限,则Me元素便会偏析出来生成固相.在Al-Ti二元系中,在1200K时只有狭窄且陡峭的液相区域,在铝电解温度下制取铝钛合金.钛的浓度必须在<0.2%的低浓度范围内.向铝电解槽中添加的二氧化钛与铝发生热还原反应,其反应过程可用式(1)表示:3/2TiO2+2Al3/2Ti+Al2O3(1)利用基本物理化学数据通过热力学计算,可得:在铝电解槽正常工作温度960℃(1233K)的条件下,反应式(1)的吉布斯自由能变化△G01223=-202390.86J/mol,将其代入公式△G01223=-RT ln K p,可得反应的平衡常数K p=3.75×108.由此可见,反应式(1)在电解温度下的吉布斯自由能变化为负值,而且具有很大的平衡常数.因此,当铝电解槽中有二氧化钛存在时,二氧化钛与铝将自发的进行铝热还原反应使钛析出.通过热力学计算可得在铝电解槽正常工作温度960℃(1223K)时理论分解电压在1.07~1.15V之间. TiO2相应的理论分解电压在0.73~0.84V之间.由此可见,当铝电解槽中有TiO2存在时,由于TiO2的理论分解电压比Al2O3低,所以Ti4+离子将优先在阴极上析出.通过上述分析可以看出,向铝电解槽中添加TiO2.钛即可以被铝还原析出,也可以通过电解过程析出.因此通过向铝电解槽中加入少量的TiO2使铝液中含有少量的钛是可行的.图1铝钛合金相图0102030405060708090100 18001700160015001400130012001100100090080070060050001020304050607080901001670℃882℃~1285~1125(βTi)(αTi)Ti3AlTiAlδTiAl2αTiAl3(Al)L665℃660.452℃TiAl3SUPERLATTICEgTRUCTRESTemperature/℃Weight Percent Aluminum/%Atomic Percent Aluminum有色金属科学与工程2010年12月26分子比铝水平/cm电解质水平/cm炉底压降/mV效应系数/[次·(槽·日)-1]电解温度/℃127 2.2823.220.64312.20.221957.8 128 2.2522.520.51303.30.133958.0 129 2.3422.320.63312.60.158957.7 130 2.3221.620.50327.20.133956.0 132 2.2621.719.93313.80.133958.7 133 2.2822.820.34322.70.238958.7 134 2.2923.020.26323.20.155958.3 135 2.2622.720.36305.20.150958.3对比槽127 2.3123.519.87315.00.180957.2 128 2.2223.719.56307.50.126957.5 129 2.3422.919.70316.80.129958.0 130 2.2823.020.00329.80.133957.0 132 2.3323.219.20316.70.133959.3 133 2.323.519.80327.00.161958.3 134 2.2923.919.30330.00.161956.2 135 2.2723.719.40334.20.126957.3名称槽号实验槽表1加钛槽与对比槽技术条件的差异1.2TiO2添加量和添加方法利用200kA的预焙铝电解槽中添加TiO2进行前期实验.选择232#、233#、234#、235#4台电解槽,从下料口添加二氧化钛.铝液中钛含量控制在0.3%左右.经过一段时间测量跟踪,铝液中除铁含量较实验前上升0.01%,钛含量稳定在0.03%左右,TiO2的实收率为96%左右,槽况稳定.为了减少加钛数量,减少工作量,钛含量目标值由原计划的不低于0.3%更改为0.65%~0.75%.新增10台作为实验槽[8].打开炉门后,利用操控机自检,进行2~3次的“自检处理”.使下料口畅通.再用铝制专用工具从下料口将氧化钛直接加入电解质液表面,为防止二氧化钛在极上沉积,发现积存立即用铁锹将积存的二氧化钛与氧化铝混合料全部锹入下料口,并再打“自检处理”键1~2次,以确保二氧化钛进入电解质中. 1.3铝钛合金电解生产工艺参数及其影响因素1.3.1对电解工艺技术条件的影响由于电解生产过程是一个较复杂生产过程.原料成分的改变,势必会影响到铝电解过程的正常进行,在电解槽中添加二氧化钛生产铝钛合金,需要对电解槽原有的技术条件与操作方法进行适当调整.从表1可看出:分子比,炉底压降,电解质温度,AE系数与添加二氧化钛前后数据基本变化不大.数值变化较大的是铝水平呈下降趋势,电解质水平有所上升.经采取措施后加二氧化钛的电解槽的各项技术指标都较稳定.1.3.2对铝液成分的影响虽然添加的二氧化钛纯度很高,但仍然含有很多种微量元素,它会不同程度的影响生产的合金质量.从表2中可看出:除钛元素有较明显增长外,锌、硅有少量的增加,镓、矾有明显的增加,其余没有明显的变化,但是含量都在合金质量要求范围内.根据钛含量在合金中比较稳定和加入的二氧化钛含量较小,有可能电化学还原是钛析出的最主要还原方式.利用含钛量0.65%~0.75%的铝钛合金与纯铝在混合炉搅拌冲淡后铸成的钛含量低于0.15%的商品合金锭.经过公司计质量中心检测与利用添加75钛剂对掺法配制的合金锭材料金相与物理性能基本相同.1.3.3对电解电流效率的影响电流效率是铝电解生产中最重要的技术指标之一,需要对加钛后的铝电解槽电流效率进行考察.第1卷第2期肖以华,等:200kA铝电解槽添加二氧化钛制备铝钛母合金27表2实验槽与对比槽铝液成分差异/%Si 0.040.050.050.040.040.0030.030.030.03Mg 0.0070.0070.0070.0060.0070.0060.0070.0070.007Ga 0.0260.0270.0260.0270.0270.0130.0130.0130.013Cu 0.0010.0010.0010.0010.0010.0010.0000.0000.001Zn 0.0080.0090.0080.0090.0080.0050.0050.0050.005V 0.0050.0050.0040.0050.0040.0030.0030.0030.003Ni 0.0050.0040.0050.0050.0040.0010.0010.0010.007Cr 0.0010.0010.0010.0010.0010.0010.0010.0010.001Ti 0.6500.6900.6700.7000.6900.0010.0010.0010.001Mn0.0020.0020.0020.0020.0020.0020.0010.0010.001元素实验槽对比槽Fe 0.10.110.110.110.110.100.080.080.081号2号3号4号5号1号2号3号4号最初加二氧化钛槽与正常槽出铝量基本相同,从第3个月开始,出铝量开始减少,这是因为此时加二氧化钛槽开始出现电解质水平上升,铝水平下降的现象,为了保证电解槽能够正常生产,保证电解槽有适宜的铝水平高度,开始减少出铝量.一段时间后,加二氧化钛槽的出铝量和正常槽相比相差20~30kg.对实验槽的技术参数的监测表明,铝液中含有少量的钛对每天电解槽的技术参数没有太大的影响,在工艺参数控制条件相同槽况稳定的条件下,电流效率的降低与电解槽的工作状态关系不大,而主要是钛在电解质中的行为所至.研究表明,在阴极表面析出的铝,会有少部分溶解在电解质中,液态铝在电解质中约有0.1%的溶解度.当电解质中含有二氧化钛时,溶解在电解质中的铝原子与二氧化钛发生热还原反应的可能性增大,反应的结果使溶解在电解质中的铝浓度下降,从而破坏了铝在电解质中的溶解度平衡,促使铝进一步溶解.而通过热还原反应生成的中性钛原子,又不能很快的汇聚进入阴极铝液层中,它会随着电解质一起运动,当进入阳极区域或电解质表面时,就可能被阳极气体氧化或空气所氧化,出现了所谓的二次反应.二次反应降低了电能利用率,导致电流效率下降;另外,钛元素的离子具有多价性,高价的钛离子在阴极表面,如果不能被彻底的还原成原子,而只是变成低价离子,有可能随电解质运动而进入阳极区域或电解质表面,重新被氧化成高价离子.这种能量的空耗也会使电流效率降低.显然,电解质中二氧化钛含量越高,对电流效率的影响越大.邱竹贤等人[9]研究表明:电解质中二氧化钛含量每升高0.001%,电流效率会下降0.075%.工业二氧化钛中还含有少量的镓和钒的氧化物,从表2可以看出电解槽加钛后铝液的镓、钒的含量都有明显的升高.研究表明,钒对碳在空气中的氧化其催化作用.同样稀土元素镓在熔盐电解体系中也可能对炭阳极有增大侵蚀的作用,而在实际生产过程中,经过一段时间的加钛后,加二氧化钛电解槽的阳极有疏松、掉渣的现象.阳极工作面减少造成阳极电流密度的增大,电流效率下降.镓、钒元素属于多价离子,同样存在高价离子不能彻底还原成原子,而只是变成低价离子,这种低价离子溶解于电解质中,随着电解质运动到阳极区域或电解质表面,重新被氧化成高价离子,造成能量的空耗,使电流效率下降.图2中可以看到:实验槽的电流效率都没有对比槽的电流效率高,主要的原因除了添加二氧化钛增加了二次反应的几率外,最主要的还是实际生产中计算电流效率的方式的影响.如果只以出铝量计算电流效率,而不计算由于钛离子在阴极上放电而消耗的电量,计算出的电流效率肯定偏低.针对加二氧化钛电解槽电流效率下降的情况,选择不同钛含量的电解槽的技术参数进行了对比试验.在出铝量相同、设定电压相同以及分子比、炉底压降、电介质温有色金属科学与工程2010年12月28表3不同钛含量同铝水平的关系/cm槽号钛含量初期铝水平一个月后铝水平二个月后铝水平1270.63523.222.822.51350.62422.722.021.81280.41622.522.422.41290.39822.322.322.2度、效应系数等都相差不大的情况下,不同钛含量的电解槽铝水平的变化规律.从表3中发现铝液钛含量达0.6%的槽子的铝水平下降比较厉害,而钛含量在0.4%左右的铝水平变化不大.铝液中钛含量越高,电流效率越低这是一个不争的事实.铝液中的钛含量既要满足合金锭生产的需要,又要在电解生产过程中对电解槽的电流效率的影响降到最低,这个问题笔者将继续进行研究试验.从2006年7月份开始进行利用电解法在200kA 大型预焙槽中直接生产出铝钛合金的工业实践,并获得成功.摸索出了一套适合于电解生产铝基合金的工艺技术条件与操作方法.目前电解槽运行正常,合金成分稳定,性能优良,其产生的经济效益可观.2结论(1)铝电解槽直接添加二氧化钛制备铝钛母合金工艺可行.(2)在铝电解槽加入二氧化钛直接电解生产铝钛合金,通过调整相应的电解工艺技术条件,采取科学有效的操作方法,在现有的铝电解槽上完全可以实现工业化生产.(3)由于钛的二次反应和高价钛离子或其他高价离子的不完全放电会使电流效率下降,当要求铝液中钛含量较高时,副反应的机会增加,对电流效率的影响较大.参考文献:[1]ZHANG B Q,FANG H S ,LU L ,et al.Synthesis Mechanism of an Al-Ti-C Grain Refiner Master Alloy Prepared by a New Method[J].Metallurgical And Materials Transactions,Avolume 34A,August,2003:1727.[2]Moldovan P,Gabriela Popescu.The Grain Refinement of 6063Aluminum Using Al -5Ti -1B and Al -3Ti -0.15C Grain Refiners [J].JOM,2004,(11):59-61.[3]Ranjit Bauri.Synthesis of Al -TiC in -situ Composites:Effect of Processing Temperature and Ti:C ratio[J].Transactions of The Indian Institute of Metals 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