按照热力学定律,当铁水从一个容器兑入另外一个容器时可以生成钛的氧化物,因为钛与氧的亲和力要比铁大。同时也可以生成由几个氧化物组成的复杂氧化物。从金属中去除脱氧产物的方法是将他们转移到渣中或耐火材料中(兑铁时由温度梯度或机械搅拌所产生的对流作用下上浮)。大型夹杂物上浮较快,小型夹杂物则互相聚合(或凝固成固体)后自行合并成大颗粒。在液相中环流的作用下它们被附着到渣中。往转炉车间送铁水的高炉铁水罐表面用焦粉加以保温。在炉渣与焦粉相互作用的动态表面上,含钛的氧化性熔体中钛离子的化合价会降低。通过一系列的中间氧化物转换,最终有一部分转变成金属钛,并生成大量分散的碳化物、氰化物夹杂和钛的氰氧化物。在这时发生下列基本反应:
(TiO2)+C=(TiO)+{CO}
(TiO)+C=Ti+{CO}
(TiO)+2[C]=TiC+{CO}
Ti+C=TiC
TiC=[Ti]+[C]
Ti+0.5{N2}=TiN
XTiC+(1-X)TiN=TiCXN1-X
YTiC+(1-Y)(TiO)=TiCYO1-Y
ZTiCXN1-X+(1-Z)(TiO)=TiCZXNZ-ZXO1-Z
钛渣能很好地润湿焦块,在与焦块的界面上会析出难熔的钛的化合物,使分散的金属液滴(铁珠)很难合并,从而导致生成由铁珠、碳化物、钛氰化物以及夹渣所组成的很稳定的悬浮物。结果在铁水罐(混铁炉)的铁水液面附近的罐壁(或炉壁)上会沉积下不熔的物质,它们是固体氰化物、低价态氧化物为主的难熔化合物、焦碳粒、渣子及分散的液滴所组成的聚合体。
悬浮物是被渣层裹住的金属珠(其表面层含50%的氰化物),同时矿相中富含钙钛矿和钙铁辉石。它在混铁炉内非常稳定不易被破坏,并不断从下一批铁水罐中补充进来。时间一长悬浮物长大到一定程度便开始与炉壁接触并粘附其上,炉子工作空间逐渐变小。
在研究过程中,曾分别从冷修的混铁炉炉衬上,工作混铁炉的铁水表面漂浮着的炉瘤上,以及高炉铁水罐铁水表面取样,试样分析结果表明:尽管化学成分不尽相同,但实际上所有的试样中都会有很高的TiO2。
为此应努力消除高炉铁水罐和混铁炉内悬浮物的形成。在大家熟知的降低悬浮物生成速度的措施中,提高覆盖铁水渣中的(FeO)含量特别有效。渣中的(FeO)与钛的碳化物相互作用,按下面反应式将其溶解:
3(FeO)+TiC=3[Fe]+(TiO2)+{CO}
为增加铁水表面渣中的(FeO)含量,曾试验加入一种渣-金属混合料,该料由公司车间生产,它含有19.0%SiO2,5.06%Al2O3,19.25%CaO,14.65%MgO,17.60%Fe,10.50%FeO,3.55%MnO,3.4%C,0.91%TiO2,0.49%V2O5。
试验中将混合料取代焦粉加入高炉铁水罐中,粒度为0~10mm,以保证其铺散在铁水表面。铁水温降不超过1℃/分钟,而使用焦粉时温降为1.8℃/分钟。在铁水运输到转炉车间后,铁水表面仍保持流动状态,同时有少量混合料熔化。
对加入混合料的铁水罐内铁水表面的渣子取样分析结果表明,渣中(TiO2)含量实际减少一倍。
在随后的研究中对铁水化学成分对混铁炉结瘤的影响进行了评估。