CN101613825A - 利用钛、铁矿生产钛、钢制品的方法 - Google Patents

Abstract

《利用钛、铁矿生产钛、钢制品的方法》的发明，属于钛铁矿采选冶全工艺流程技术创新领域。普通高炉不适宜高钛型、中钛型钒钛矿冶炼；攀西钒钛矿采选冶企业采富弃贫，把占原矿95％以上的表外矿风化矿当采矿废石丢弃。本发明是将钒钛矿采矿废石(TiO₂＞5％、TFe＞13％)分选的钛铁精矿直接还原，电炉熔分生产钛渣和铁水，钛渣经火法选矿生产富钛料和金红石；铁水经电冶炼吹钒铬钢渣和生产合金铁水；合金铁水经电冶炼连铸连轧生产各类合金钢材。钛、铁、钒回收率分别由3.86％提高到80％、由34.50％提高到70％、由20.90％提高到70％。

Description

利用钛、铁矿生产钛、钢制品的方法

技术领域

本发明属于岩浆(原生)钛铁矿床(磁铁钛铁矿及赤铁钛铁矿两种原生钛铁矿床)分选的钛铁精矿、钒钛铁精矿、钛精矿以及钛砂矿床(钛铁矿砂矿和金红石砂矿两种钛砂矿床)分选的钛铁精矿金属矿物选矿和冶金的方法，特别是用钛铁矿或磁铁矿等含铁矿物分选的钛、铁精矿(TiO₂ 58％～0％，Fe 68％～0％)直接还原生产富钛料和合金钢材的方法。

背景技术

钛是现代工业的极为重要金属原料。外观银白色略似钢。钛及其合金具有密度低、强度高、耐高温、耐低温、耐腐蚀、无毒等优异性能，且具有能吸收气体、超导等特殊功能，广泛应用于航空、航天、导弹、卫星、航海、船舶、潜艇、武器、化工、汽车、轻工、建筑、冶金、电器、电子、医疗、文化用品、海洋资源开发等国防和民用等领域。

2003年3月20日美英联军发动对伊拉克战争中，钛发挥了独特的作用。F-14、F-15、F-18大黄蜂、F-117夜鹰、B-1轰炸机、B-2轰炸机内钛的应用比例依次为24％、27％、13％、25％、22％和26％/。F-22战斗机的用钛量占飞机总重量的42％。SR-71黑鸟的机身几乎全部由钛及钛合金构成，主战坦克、布雷德利战车每辆分别用钛1吨和0.5吨，榴弹炮每门用钛3吨。是钛创造了马赫的飞行速度，增加了飞机、坦克的载弹量，实现了制空霸权。

维持国家主权的决定性力量是一国所拥有的国防能力。一国的国防能力主要取决于该国的空中力量。有什么样的空中力量，就会产生什么样的军事攻击手段和方式，就会有什么样的国防力量。

在现代战争中，谁掌握外层空间技术，谁就掌握了制定空权；谁掌握了制空权，谁就掌握了制海权；掌握了制空权和制海权，也就掌握了未来战争的主动权，同时也就掌握了国防的主动权。人与人的正面交锋已让位于物与物的冲突，传统陸军的作用将大幅度下降。

钛金属全球的总产9～10万吨，主要用于各国的航空航天国防。我国目前钛金属年产量约8000吨，这次美英联军对伊拉克战争投入钛金属约3万吨。

钛白粉广泛应用于涂料、造纸、塑料、化纤、橡胶、油墨、陶瓷、搪瓷、玻璃、电焊条、化妆品、冶金、电工、人造宝石、新兴材料等工业部门。钛白粉生产消费量是衡量一个国家工业先进程度和人民生活水平高低的主要标志之一。发达国家人均钛白粉消费量6kg，世界人均钛白粉消耗量为0.4kg，我国现在人均钛白粉消耗量只有0.25kg。我国生产低档硫酸法钛白粉约25万吨，去年进口高档氯化法金红石钛白粉20多万吨。

TiO₂90％以上是用来生产钛白粉，10％左右用来生产钛金属及钛系列产品。TiO₂的生产和消费量已成为衡量一个国家民用工业国防工业和人民生活水平高低的主要标志，航空航天产业是国民经济发展的动力和国家安全的保障。

具有工业价值的钛矿床，分岩浆(原生矿)钛铁矿床(脉矿)和钛砂矿床两大类。

岩浆钛铁矿床是原生矿床，这类矿床又可分为磁铁钛铁矿及赤铁钛铁矿两种主要类型。岩浆钛铁矿床的特点是产地集中、储量大，大多可露天开采，通常是多金属共生，含有钒、铬、钴、镍、铜、锰、钪、镓等多种金属元素。中国四川省攀枝花——西昌地区钒钛磁铁矿属于岩浆矿床类型。攀西钒钛磁铁矿(简称钒钛矿)属高钛型钒钛矿，原矿铁钛比2.5～3.5，钛(TiO₂)储量约18亿吨，占世界钛储量2/3，占我国钛储量96％，原矿TiO₂含量除白马矿TiO₂ 5％～8％，其他矿区TiO₂ 8％～17％。

钛砂矿床又分为钛铁矿砂矿和金红石砂矿两类，以海滨钛砂矿床最具有工业价值。钛砂矿矿床中，除含有钛铁矿、金红石等钛矿物外，还伴生锆英石、独居石、磷钇矿、锡石及贵金属等有价矿物。

钛矿床工业指标如表1所示。

表1钛矿床一般工业要求

攀西一吨钒钛磁铁矿的经济价值如表2所示。

表2攀西地区一吨钒钛矿的经济价值计算表

另一份资料将钛、钪、铁、钒计算到金属材料，一吨钒钛矿中，这些有价元素的经济价值分别为TiO₂ 44.90％、Sc₂O₃ 41.70％、Fe 6.20％和V₂O₅ 1.90％。原矿中钛(TiO₂)的经济价值是铁(Fe)的7.6倍。

我国著名钒钛矿冶炼专家、东北大学杜鹤桂教授指出：攀西铁矿床中伴生组分的价值是铁的13倍，矿石总价值相当富铁矿价值的5倍。

攀西高钛型钒钛矿，原矿铁钛比除白马矿原矿铁钛比4.4，其余钛矿山铁钛比均小于4。钒钛矿原矿中TFe∶TiO₂＝1～4属高钛型；4～10属中钛型；10～15属低钛型。

攀西钒钛矿地质储量约200亿吨，有价元素含量：TiO₂ 18亿吨、Fe 50亿吨、钒(V₂O₅)5857万吨、铬(Gr₂O₃)3098万吨、铬(Mn)5520万吨、铜(Cu)485万吨、镍(Ni)587万吨、钪(S_C2O₃)81万吨、镓(Ga)60万吨、硒(Se)76万吨、铂(Pt)300吨、硫(S)9160万吨。

1975年11月25日，根据原冶金部1975年9月保定会议精神，长沙矿冶研究院、长沙冶金研究设计院和攀枝花冶金矿山公司等单位，在原攀矿公司召开攀枝花表外矿选矿试验采样会议，讨论攀枝花表外矿的利用、取样、试验、研究等问题。

1976年长沙矿冶研究院、长沙冶金研究设计院、攀枝花钢铁研究院和原攀枝花冶金矿山公司等七家，在攀钢矿业公司现选铁选钛生产流程进行了4万吨钒钛矿表外矿(TFe18％～17％)选铁选钛工业试验。试验结果：选矿比由现在的2.2提高到6，即6吨表外矿选1吨优质钒钛铁精矿，选1吨铁精矿的铁尾矿可生产0.5吨钛精矿。现在攀钢钒钛矿入选品位(TFe36％～35％)。表外矿与高品位矿分选铁、钛精矿结果如表3所示。

表3钒钛矿表外矿与高品位矿分选铁、钛精矿对比表

表3可知，攀钢用表外矿入选，2002年生产454万吨铁精矿，选铁尾矿可生产227万吨钛精矿，实际只生产18.5万吨钛精矿，采矿场浪费210万吨TiO₂，说明攀钢采选矿工艺流程浪费钒钛矿资源实在惊人！

原冶金部(1978)矿冶字第137号文件向国家计委上报“攀枝花矿山公司朱家包包铁矿表外矿选矿厂设计任务书”。国家计委以计(1978)第18号文批准了该设计任务书。可惜国家发展钛工业的计划至今没有落实。

1997年四川省地质测绘矿产科技开发公司为攀钢兰尖铁矿兰山采矿场进行地质勘探发现，围岩(表外矿及表外矿上部围岩)中存在着有工业价值的巨大钛矿床，钛矿资源有层位专属性，不仅铁高钛也高，而且贫铁或低铁层位钛也高，表外矿及围岩中平均TiO₂＞8.24％，其中可圈出TiO₂＞10％～12％的富钛矿床，仅1000mm采矿长度，钛矿床厚度200m，就有1亿吨TiO₂储量，攀西钒钛矿推算约18亿TiO₂储量。

一吨钒钛矿铁含量是钛含量的2.8倍，但钛的经济价值是铁的经济价值4～8倍。攀西钒钛矿是铁矿床更是钛矿床。开发攀西钒钛矿应从最大限度回收利用TiO₂为出发点和落脚点，以TiO₂的产量平衡Fe、V₂O₅、CrO₃等其他有价元素的产量。

攀钢钒钛矿现选冶工艺流如图8所示。

攀钢以铁为主开发钒钛矿，现采选冶工艺流程造成以下严重后果；

(1)错误地认为，入选铁品位高生产铁精矿铁品位高。原矿入选铁品位从TFe28％～30％提高到TFe35％～36％，将占地质储量70％的低品位矿、表外矿、风化矿当采矿废石排弃。

(2)铁钛分选，选出的钒钛铁精矿进普通高炉冶炼，高炉渣中TiO₂＞22％～24％，每年有60多万吨TiO₂没有回收利用。选铁尾矿约有40万吨TiO₂，选钛厂只回收9万吨TiO₂，有近30万吨TiO₂没有回收利用。

(3)2002年攀钢开采2174万吨钒钛矿，钒钛矿含钛(TiO₂)225万吨、铁(Fe)617万吨、钒(V₂O₅)5.52万吨，只回收利用8.7万吨TiO₂、213万吨Fe和1.15万吨V₂O₅。钛、铁、钒回收利用率分别为3.86％、34.50％、20.90％。

(4)攀钢利用钒钛矿生产一吨铁(Fe)浪费的资源量：1.02吨TiO₂、1.9吨Fe、0.021吨V₂O₅，钒钛矿中其他有价元素没有回收利用。

(5)攀钢1970年7月1日高炉出铁，至2002年累计生产铁(Fe)7161万吨，利用钒钛矿只生产3795万吨铁，其他3366万吨铁是进口普通铁矿或购买周边普通铁矿冶炼，钒钛矿冶炼度只有53％。

(6)攀钢自投产到2002年底，开采钒钛矿浪费国家不可再生的宝贵资源量：3871万吨TiO₂、7211万吨Fe、80万吨V₂O₅。

攀钢高炉用C还原钒钛矿原理：根据炉渣中TiO₂含量，含钛物料冶炼可分为低钛渣(TiO₂＜10％)、中钛渣(TiO₂ 10～20％)、高钛渣(TiO₂＞20％)冶炼。国外高炉高钛渣冶炼有过试验，都没有成功，主要用电炉冶炼高钛渣。国内外普通高炉添加含钛物料(钒钛铁精矿造块或富TiO₂钒钛磁铁矿原矿)主要为保护炉缸、炉底延长高炉使用寿命，延长高炉大修期；增加V、Ti、Co、Ni等合金元素，有利于提高钢铁质量。实践证明：低Ti型渣(TiO₂＜5％)具有良好的冶金性能，渣稳定性好，熔化温度不高，而且有较强的脱S能力，同时兼有护炉作用。

攀钢高炉高钛渣冶炼钒钛矿，高炉是用碳还原的巨大容器，钛氧化物在高炉内还原反应热力学和动力学表明：TiO₂→Ti₃O₅→Ti₂O₃→TO→Ti或生成TiC(TiN)；TiO₂→Ti₃O₅→TiC_0.67O_0.33→TiCxOy→TiC。

通过热力学计算和物相分析，证明有TiCxOy固相生成，则可以肯定钛氧化物还原顺序至少为TiO₂→TiCxOy。

通过电炉熔炼钒钛矿高钛型炉渣的X射线相分析得知，Ti存在形态主要是黑钛石(Ti₃O₅)，可以认为，TiO₂还原的末级反应是：TiCxOy+(y-x+1)C＝TiC+yCO

钛氧化物还原反应：在火法冶金中，Ti比Fe、V等更难还原，钛的低价氧化物若以CO和H₂还原有如下二反应式：

Ti₃O₅+CO＝TiO+CO₂    ΔG^θ＝195137+7.1T(J/mol)

TiO+H₂＝Ti+H₂O       ΔG^θ＝26520-34.3T(J/mol)

反应要求比值Pco/Pco₂，PH₂/

很高，在高炉条件下很难达到。因此，Ti氧化物的还原一般是通过C的直接还原进行的。Ti的各种氧化物还原的反应自由能变化，由下列公式自上而下逐渐增高：

TiO₂+C＝Ti₂O₅+CO

Ti₃O₅+2C＝3TiO+2CO

TiO₂+2C+1/2N₂＝TiN+2CO

TiO₂+3C＝TiC+2CO

Ti₂O₃+C＝2TiO+CO

TiO₂+2C＝Ti+2CO

Ti₂O₃+C＝2TiO+CO

TiO+C＝Ti+CO

在高炉冶炼温度下，由TiO₂还原成低价Ti氧化物，还可发生的反应：

3TiO₂+C＝Ti₃O₅+CO      ΔG^θ＝193673-1836.84T(J/mol)

TiO₂+C＝TiO+CO         ΔG^θ＝312000-189.24T(J/mol)

2Ti₃O₅+C＝3Ti₂O₃+CO    ΔG^θ＝258509-170.03T(J/mol)

高炉内，由于有N₂和过剩C存在以及渣焦、渣铁良好的润湿和接触，在高温下进行以下直接还原：

TiO₂+2C＝Ti+2CO           ΔG^θ＝290718-173.59T(J/mol)

TiO₂+3C＝TiC+2CO          ΔG^θ＝524130-333.55T(J/mol)

TiO₂+2C+1/2N₂＝TiN+2CO    ΔG^θ＝379189-257.54T(J/mol)

TiO₂+2C＝[Ti]+2CO         ΔG^θ＝686263-397.62T(J/mol)

以上反应生成的TiC，TiN以及Ti(C，N)，固溶体形态弥散于渣相中，还原的Ti部分进入铁相，部分在渣中以TiC或TiN形态存在。在铁中Ti也可以TiC或TiN形态析出，其反应为：

[Ti]+C＝TiC_(s)        ΔG^θ＝-145150+48.06T(J/mol)

[Ti]+[C]＝TiC_(s)      ΔG^θ＝-166483+93.11T(J/mol)

[Ti]+1/2N₂＝TiN_(s)    ΔG^θ＝-279842+129.29T(J/mol)

高炉冶炼钒钛磁铁矿在还原过程中生成高熔点的钛碳化物TiC(3150℃)，钛氮化物TiN(2950℃)及其固熔体钛碳氮化合物Ti(C，N)。这些高熔点物质不溶于渣和生铁，而是浮悬、弥散在渣中，使渣变稠，严重时，使高炉渣难于放出，造成炉缸堆积，炉况失常，渣中严重带铁。因此Ti(C，N)是高炉产生的癌细胞，Ti(C，N)的氧化是高炉冶炼钒铁磁铁矿的核心问题。

高炉内有大量固体C和氮气，TiC和TiN很难在渣中以独立相存在，而是形成固溶体Ti(C，N)，其点阵常数与TiN-TiC的固溶浓度成直线关系。此外，Ti(C，N)中也常固溶一部分低价钛氧化物TiO，形成Ti的C，N，O固溶体Ti(C，N，O)。

从热力学分析，当有C存在时，TiO₂在高温下还原生成Ti(C，N)是必然的，所以冶炼钒钛磁铁矿的关键是使Ti(C，N)少生成，并最后分解这些Ti的C，N化合物。

高炉内Ti(C，N)的生成主要由渣中TiO₂被焦炭还原(简称渣-焦反应)和渣中TiO₂被铁水中的C还原(简称渣-铁反应)两条途径进行，而这两种反应形成Ti(C，N)的机理和状态是不同的。

影响Ti(C，N)生成的因素有：从抑制Ti(C，N)的生成考虑，冶炼时采用酸性渣比碱性渣有利；渣中TiO₂越高，生成Ti(C，N)越多；高炉冶炼钒钛矿，对焦炭质量要求除低S、低灰分、高强度外必须要具有较高石墨化，较低反应性和低气孔率。这不但提高了焦炭的高温强度，而且也可适当地抑制Ti(C，N)的生成。无疑对钒钛矿高炉冶炼焦炭质量提出了极为严格的要求。

攀钢高炉冶炼钒钛矿由于采用C还原钛铁矿，不可避免TiO₂的过还原生成Ti(C，N，O)产生泡沫渣，造成“铁水粘罐”、“粘渣”，“铁损高”、“脱硫能力低”。攀钢33年生产实践证明：攀钢高炉只能冶炼53％的钒钛矿，炉渣中TiO₂ 25％是个限界量的问题一直“没有得到满意的理论解释。”要达到全钒钛矿高炉冶炼，炉渣中TiO₂＞30％，是无法实现的不争事实。

我国钒钛矿冶炼绝顶权威杜鹤桂教授专著，1996年5月科学出版社出版的《高炉冶炼钒钛磁铁矿原理》一书中指出：“钒钛矿中伴生组合的价值是铁的13倍”。用钒钛矿生产1吨铁，要浪费1.9吨铁。攀钢为生产1吨铁，浪费38倍铁价值的钒钛矿伴分组分。从钒钛矿得1元的铁，却浪费钒钛矿38元的其它有价元素。以上数据和分析，也证实了国务院原副总理方毅同志所说：“攀钢开发利用钒钛矿是吃了豆腐渣、扔掉了豆腐”。这是高炉冶炼钒钛矿产生Ti(C，N，O)癌细胞造成的恶果。

2002年10月18日，金钛公司、中国科学院过程工程研究所、盐边县新九三丘田铁矿三家共同申请：申请号为02133923.6，发明名称为《利用钛矿生产富钛料的方法》。

2003年8月1日，金钛公司申请：申请号为：03144073.8，发明名称为《利用钛矿生产富钛料和钢铁制品的方法》。

发明内容

本发明所指“钛、铁矿”，是指利用岩浆(原生)钛铁矿床(磁铁钛铁矿及赤铁钛铁矿两种原生钛铁矿床)分选的钛铁精矿、钒钛铁精矿、钛精矿以及钛砂矿床(钛铁矿砂矿和金红石砂矿两种钛砂矿床)分选的钛砂精矿或磁铁矿等含铁矿物分选的铁精矿；是指攀钢开发利用攀西钒钛磁铁矿占地质储量70％以上当采矿废弃石排弃的钒钛矿；是指钛铁精矿钛铁品位为TiO₂ 58％～0％、Fe 68％～0％。

本发明的目的：一是攀西钒钛矿是铁矿、更是钛矿，开发利用攀西钒钛矿由以铁为主，转移到以钛为主合理开发综合利用；二是将目前钒钛矿入选铁品位由TFe 40％～35％，降低到TFe 30％～22％，把现在当采矿废石排弃占钒钛矿地质储量70％的低品位矿、表外矿和风化矿连同表内矿全部回收利用；三是钛的回收利率由目前的3.86％提高到80％，(从采矿计算到钛铁精矿)、铁回收率由目前的34.50％提高到70％(从采矿计算到熔融还原铁水)、钒回收率由目前20.90％提高到70％(从采矿计算到电炉提钒)；四是由钒钛矿(钒钛磁铁矿)铁、钛分选成两种产品，变为铁、钛混选生产钛铁精矿；五是钒钛矿中硫化物富集钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、硫(S)、铂(Pt)、硒(Se)等元素，钴、镍、铜混入钛铁精中均为有害杂质。用浮选分离提取硫化物生产硫钴精矿，综合利用这些有价元素；六是煤气发生炉(TGP)——熔融还原炉(HYLIII)冶炼钛铁精矿(TiO₂ 58％～0％、Fe 68～0％)，生产钛渣(TiO₂＞58％)和海绵铁(合金铁水)，七是用熔融还原海绵铁(铁水)电炉提钒铬炼钢，钢水炉外精炼——连铸——连轧，钒铬钢渣湿法冶金提取钒、铬制品；八是用富钛料(TiO₂＞80％)和金红石(TiO₂ 92％)供硫酸法和氯化法钛白粉厂生产不同品种的钛白粉和生产钛材钛合金钛系列产品；九是将攀枝花——西昌地区建成世界钒钛之都钒钛合金钢新材料基地。

本发明与申请号为02133923.6，发明名称为《利用钛矿生产富钛料的方法》和申请号为03144073.8，发明名称为《利用钛矿生产富钛料和钢铁制品的方法》比较，有以下新颖先进适用的技术：

造矿工艺流程：钛磁铁矿、磁铁矿是强磁性矿物，钛铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿、镜铁矿、针铁矿等是弱磁性矿物。钛铁矿或含铁矿物一段磨矿分级，-3mm矿粒进弱磁选或中磁选，磁性较强矿物脱磁后进二段磨矿，磨矿分级-0.15mm矿粒进磁团聚重选得钛铁精矿；磁性较弱的矿物进二段磨矿分级后，-0.15mm矿粒进强磁选得铁精矿，-0.04mm弱磁性矿粒进浮选得硫钴精矿和细粒钛铁精矿，钛铁精矿和铁精矿混合(TiO₂ 58％～0％、Fe 68～0％)造球或不造球。

钛铁氧化物还原工艺流程：钛铁精矿(TiO₂ 58％～0％、Fe 68～0％)造球或不造球用H₂作还原剂直接熔融还原生产钛渣(TiO₂＞58％)和海绵铁(合金铁水)。在直接熔融还原炉内，用H₂作钛铁氧化物还原剂不产生Ti(C，N，O)，克服了高炉用C作还原剂产生Ti(C，N，O)带来的一系列困难，实现了全钒钛矿冶炼，极大地提高有价元素回收率，特别是TiO₂的回收率由现在攀钢的3.86％提高到80％。

以煤为燃料的非高炉炼铁流程，已经商业化的有回转窑(如SL/RN)，COREX和转底炉(RHF，如INMETCO)。回转窑内的结圈问题与窑内的高温区温度、回转窑的转动、回转窑的规模以及所能使用的原料性质等有关，在工业装置中难以避免。为了避免结圈，必须限制窑内温度，这造成回转窑生产率低下，以致于在激烈的市场竞争中难以立足。COREX有两个主要部分组成，用于还原的竖炉和用于熔分的煤气化炉。竖炉对铁矿石料柱有透气性要求，同时为了弥补低温还原之不足，要求煤气有足够的还原能力。COREX的煤耗较高，这使得它只能适合某些市场条件。INMETCO转底炉以矿——煤团矿中的煤为还原剂，与回转窑相类似，直接还原所需热量由料面以上的燃烧的火焰提供。矿——煤球团在炉底静止不动，它对料层的透气性没有要求。INMETCO流程直接使用生球，要求煤气有较高温度和粉尘的承受力，转底炉对煤气化炉的适应能力远强于COREX的竖炉，要使RHF流程前进一步，需要研究一种更好的装置以熔分RHF生产的海绵铁。

与电炉相比，熔融还原炉更能处理大渣量，脱硫能力更强，转底炉(RHF)——熔融还原炉(SRV)流程更加适合各种原料条件，特别是我国内地没有稳定的好的原料条件，高炉炼铁的优势很难达到。RHF-SRV流程使铁矿在高温RHF还原，然后用SRV将其炼成钢。转底炉突出的优点是：工艺简单、对冶金资源适应能力强、建设费用低；以煤为燃料，无需天然气等特种冶金资源，也无需将铁矿粉造块，由于转底炉对生球或压块的强度要求极低，可使用各种含铁废料。这一点是竖炉和回转炉所不能比拟的。但是，转底炉(RHF)——终还原炉(SRV)流程代替等产量的焦化——烧结(或球团)——高炉流程，其RHF的“还原面积”是同等产量(按金属铁计算的)烧结机的“烧结面积”的10倍以上。由于转炉底(RHF)生产率太低以及其产品有再氧化的能力，所以不能取代烧结——高炉流程。

本发明采用HYLIII直接还原流程代替焦化——烧结(球团)——高炉流程冶炼高钛型钒钛矿或磁铁矿或赤铁矿等含铁矿物。HYLIII流程由独立的还原性气体发生炉(TGP)和直接还原炉(HYLIII)两部分组成。

煤气发生炉(TGP)，煤在炉内部分氧化，生成主要由H₂和CO组成的合成煤气：

煤气发生炉可以使用低档燃料如高灰分石油焦或煤。煤气发生炉的优点可以使用水煤浆生产煤气。通过一个特殊的喷射器(煤浆和纯氧气混合)，将细煤和水的浓缩煤浆加入到一个有耐火材料内衬的压力容器内。调节氧气和煤的比例达到煤的灰分能够自由动流的温度，在30～85kg/(Cm²·g)和大约1350℃～1500℃条件下，使煤中90％～99％的碳得到气化。粗煤气经水碎和洗涤去除粉尘，并脱除CO₂得合成煤气。合成煤气通过催化转换器，利用水转反应将大部分的CO转换成H₂。CO/H₂O→H₂/CO，煤中的炉渣保留在水中，并迅速沉淀，通过闭锁料斗系统定期排出。煤气发生炉(气化器)中煤所含硫转化为H₂S。H₂S一小部分转化为COS，COS在气化器中被氩化成H₂S液相氧化生产单质硫。

煤气发生炉气化工艺(TGP)对环境友好，因为煤气发生炉内较高的操作温度，避免了焦油和苯酚物质生成，硫没有排放到大气中而是转化为一种可销售的纯净的单质硫。煤气发生炉主要生产供直接还原炉的合成煤气(H₂＞85％)，只并产生惰性炉渣和单质硫两种副产品，对环境不产生污染。

直接还原炉除还原炉外包括煤气加热到900℃的加热设备、一个用于除尘、冷却和脱除炉顶煤气中水的洗涤装置和循环煤气压缩机。

本发明采用煤气发生炉(TGP)——直接还原炉(HYLIII)全钒钛矿冶炼新流程，与攀钢普通高炉冶炼钒钛矿流程的本质区别在于：前者用H₂还原钒钛矿，后者用C还原钒钛矿，无法克服高炉过多的C、N₂和在高温下，TiO₂过还原产生的低价Ti，生成Ti(C，N)。几十年采取的各种措施都只是一些治标的辅助措施。如铁精矿提铁降钛、添加普通铁矿是降低Ti(C，N)癌细胞生成量，氧枪喷吹只是对癌细胞的“化疗”。治本的办法只能是不用C而用H₂来还原钒钛矿中钛铁氧化物，使还原炉内不产生Ti(C，N)，才能做到全钒钛矿高效经济冶炼。用H₂还原钛铁氧化物是先进适用经济的冶炼工艺流程，特别适宜高钛型钒钛矿冶炼。

本发明用H₂还原钛铁氧化物的反应为：

Fe₂TiO₅+H₂＝Fe₂TiO₄+H₂O                ΔG^θ＝-1180.85-53.88T(J/mol)

Fe₂TiO₄+H₂＝Fe+FeTiO₃+H₂O              ΔG^θ＝10457+0.627T(J/mol)

Fe₂TiO₃+H₂＝Fe+TiO₂+H₂O                ΔG^θ＝43503.2-17.77T(J/mol)

Fe₂TiO₃+H₂＝Fe₂TiO₅+Fe+H₂O             ΔG^θ＝30786.88-9.70T(J/mol)

3/5FeTi₂O₅+H₂＝2/5Ti₃O₅+3/5Fe+H₂O      ΔG^θ＝74469-26.38T(J/mol)

用纯H₂还原钛铁精矿，450C下，经5小时磁铁矿全部还原为金属Fe，钛铁矿和钛铁晶石没有发生变化，500C时钛铁晶石开始还原，生成Fe₂TiO₄和Fe₂TiO₃，700C时FeTiO₃部分被H₂还原成金属Fe和TiO₂。

煤气发生炉中产生的还原气体，85％H₂，其余是CO。在实际生产中系C-H-O体系，此时氧化还原反应中，还有水煤气反应等副反应，即CO+H₂O＝CO₂+H₂

据文献表明，在1100K以上，FeO，Fe₂TiO₄，FeTiO₃还原的(P_H/P_H2O)_平＜(Pco/Pco₂)_平。这说明高温下，H₂还原的热力学条件优于CO，H₂的还原能力和利用率高于CO。实际测定1000℃以下，用H₂还原钛磁铁矿(球团)的速度比CO快5～6倍，还原速度随气体中H₂/CO的比值的升高而加快。因此，本发明用H₂极其有利于还原含钛铁氧化物等难还原矿物。

直接还原炉海绵铁能否熔融聚合，取决于渗C程度，如生铁含C1％、2％、3％时，其熔点分别为1450℃、1382℃、1290℃。用H₂还原钛铁精矿，熔点降低，可控制在1290C以下，若熔点高于1350C，钛渣中主要含钛矿的是钙钛矿，对回收利用Ti不利。所以用H₂还原钛铁矿可克服产生Ti(C，N)，又有利于提高金红石的产率和回收率。

从钛渣的离子结构分析：熔态炉渣是一种离子集合体，含TiO₂钛渣也不例外。无论是对二元系(TiO₂-SiO₂，R₂O/RO-TiO₂)，还是对碱金属或碱土金属三元素硅酸盐的研究都表明，TiO₂是一种两性化合物，它在熔渣中有两种离子结构：一种是四配位四面体[所以Ti(4)表示]，它作为网络形成体，呈酸性；另一种是六配位八面体[以Ti(6)表示]，它作为网络修饰体，呈碱性，两者在渣中的比例随熔渣成分而变。

对碱性氧化物三元系硅酸盐的研究表明，TiO₂在酸性强的区域内是网络修饰体，在碱性强的区域内是网络形成体，前者起作用时是八面体，后者起作用时是四面体。金红石(TiO₂)是六配位的八面体，直接还原炉中添加硅石(SiO₂)，将低价钛氧化物黑钛石(Ti₃O₅)氧化成TiO₂，排除Ca、Mg离子，形成八面体结构金红石，从而使攀枝花-西昌地区建成世界钛都获得技术物质保障。

本发明冶炼高钛型钒钛矿短流程是建立在已有40多年商业化生产的两种装配成熟技术基础上的组合，一条生产线可建立年产40万吨～135万吨之间任何规模的直接还原钒钛矿的冶炼厂，增加生产线可扩大生产规模。新流程不仅技术上可靠规模上可大可小，熔融还原钒钛生铁不仅能用于铸造，而且由于钒钛铸铁本身所具有的特点，使其各项性能也较一般铸铁为佳，由于V、Ti等合金元素，在铸件中的强化作用，使得钒钛铸铁比普通铸铁机械性能提高10％～20％，耐磨性能提高40％～100％，耐热性能提高40％～100％。此外钒钛铸铁使用寿命长，降低了金属消耗，经济效益和社会效益显著，可生产独特优质的灰铸铁、球墨铸铁、耐磨铸铁等优质系列钒钛铸铁。用电炉炼钢，钢质均匀，轧制成独特优质合金钢材，竞争力极强。

新流程所使用的燃料，可用低档煤包括低档低价煤和煤粉，不影响最终还原铁的质量。攀西地区炼焦用的优质煤十分短缺，而云贵州三省褐煤、水电等能源及辅助冶金原料极其丰富，提供了新流程的物质保障。新流程对环境友好煤气发生炉(TGP)和直接还原炉(HYLIII)是在满足严格的环境保护要求下进行运转产生的煤气(H₂85％+CO)供钒钛矿还原用；钛渣供火法冶金选矿工艺Ti深加工用；铁水供电炉炼钢——连铸——连轧；新流程仅产生惰性炉渣、单质硫(硫块)、CO₂和铁矿粉等副产品，不存在有害物质，可被周围环境接受，可以在市场上销售。由于密闭的直接还原系统，可以避免产生直接还原铁粉粉尘的飞扬，保证冶炼车间空气洁净。

新流程经济效益显著，从钛铁矿(钛铁精矿、钒钛铁精矿、钛精矿、钛砂精矿、铁精矿等)生产一吨还原铁物质单耗如下：煤气发生炉用煤0.447kg/T，电耗96kw.h/T，氧耗280m³/h，水0.95m³/h，熔剂9kg/T，氮气11m³/h，冶炼一吨直接还原铁的直接成本(包括钛、铁矿采选冶成本)780元/吨，包括财务费、管理费等各项费用约1080元/吨。钛、铁矿直接熔融还原生产的海绵铁(直接还原铁)和钛渣(TiO₂＞58％)的成本全部计算在直接还原铁成本中(钛铁精矿单价按242～390元/吨计算)。

新流程生产一吨合金钢物质单耗：直接还原铁1.08T/T，碳28.47kg/T，白云石2.15kg/T，镁砂2.11kg/T，煅烧白云石36.4kg/T，石灰47.25kg/T，电极0.71kg/T，氧气28.47m³/T，电耗438kw.h/T，冶炼一吨合金钢水生产成本1066元/吨(包括还原铁成本)，包括财务费、管理费等各项费用总成本1386元/吨。

含钒铬铁水的预处理提钒铬：采用喷粉脱硫，脱硫后的铁水需进行电炉提钒铬钢渣，因此铁水脱硫后的渣铁分离程度是提高半钢和钒铬钢渣质量的关键环节，也是提高脱硫与电炉提取钒铬生产能力的瓶颈。残存于铁水包中的脱硫渣一方面造成铁水增硫，另一方面，由于水法提钒铬要求钒铬钢渣中CaO含量必须小于1.5％。所以，采用中间包过滤的地面撇渣装置可以充分除去脱硫渣。

电炉炼钢：电炉提钒铬，强化供氧，通过配加石英砂、锰矿、白云石等熔剂喷粉造渣，有利于脱硫脱磷；为了避免强化供氧引起铁的大量烧损，采用碳氧枪，一方面相应配碳，另一方面有利造泡沫渣，采用溅渣护炉条件下的复吹后搅工艺技术。

炉外精炼：采用钢包底吹氩、喂线、TN喷粉、LF钢水加热等炉外精炼技术。为连铸机拉速提高，保证铸坯内部质量，采用钢包精炼渣结合LF吹氩进一步降低钢水中[O]、[S]和夹杂物含量的同时，中间包采用高碱度覆盖剂净化钢液。炉外精炼装置采用适宜轧制机械制造和汽车用钢的LF/VD+FW型；也可采用轧制3mm钢板用于钢结构建筑用钢的LF+FW型。

连铸机的选型，要使铸坯断面与轧钢产品规格及对轧制压缩比的要求匹配；铸机的流数要考虑与电炉、精炼炉、轧机小时生产能力的匹配，以保证多炉连浇，在工艺布置与设备组合上要安排好铸坯热送作业线与离线铸坏的堆存运输设施(缓冲设施)，因连铸机与轧机工作特点、检修维护制度不同，在生产时间上难以做到完全同步，不可避免地出现一部分离线冷坯，LF设置在精炼跨的专门工位上，采用离线布置具有一定的缓冲设施。超高功率电弧炉炼钢——炉外精炼——连铸——连轧“四位一体”的紧凑短流程钢厂，其特点是生产节奏快、效率高、能耗低，能灵活适应市场变化。

本发明通过下述技术方案予以实现：-1000mm原生钛铁矿经粗碎、中碎、筛分后，+75mm～+6mm矿石经磁滑轮排弃脉石矿物(废石)，粗精矿₁脱磁，进入细破碎机细碎，排矿经分级，+6mm矿石返回细碎机进再碎，-6mm矿石进筛分机，-3mm矿石或风化矿进浓缩池洗矿排弃尾矿₁，粗精矿₂和矿仓中-6mm～+3mm矿石进入一段磨机，磨机排矿分级，+3mm矿石返回磨机再磨，-3mm矿石进中场强磁选机，粗精矿₃脱磁进二段磨机，磨机排矿分级，+0.15mm矿粒返回磨机再磨，-0.15mm矿粒进入磁团聚重选机，得钛铁精矿₁，粗精矿₄和粗精矿₆经分级，+0.15mm矿粒进二段磨机，磨机排矿分级，+0.15mm矿粒返回磨机再磨，-0.15mm矿粒进强场强磁选机得铁精矿，粗精矿₇经脱磁，进浮硫粗选，粗精矿₈进浮硫精选，中矿返回浮硫精选，浮硫得硫钴精矿，粗精矿₉进浮钛粗选排弃尾矿₂，粗精矿₁₀进浮钛精选，浮钛精选中矿返回浮钛粗选，浮钛精矿得钛铁精矿₂，钛铁精矿₁、钛铁精矿₂和铁精矿合并为钛铁精矿(TiO₂ 58％～0％、TFe 68％～0％)，尾矿₁，尾矿₂合并为总尾矿；钛铁精矿经过滤和粘结剂混匀造球团矿(或不造球)进入直接还原炉(HYLIII)，煤气发生炉(TGP)产生煤气的H₂+CO(H₂＞85％)通过直接还原炉使钛铁精矿或铁精矿熔融还原，生成钛渣(TiO₂＞58％)和海绵铁(天然合金铁水)；钛渣隔绝空气冷却后经破碎磨矿磁选重选，用雷蒙磨细磨得0.075mm～0.045mm酸溶性富钛料(TiO₂＞80％)；钛渣进入火法冶金选矿过程，生产人造金红石富钛料(TiO₂＞92％)和微晶玻璃；海绵铁(天然合金铁水)喷粉脱硫预处理进中间包过滤的地面撇渣器脱硫脱渣后，进入超高功率电弧炉提钒铬炼钢，配加石英砂、锰矿和白云石等熔剂用双流通碳氧枪吹氧造泡沫渣，用复吹后搅拌技术溅渣护炉；采用钢包底吹氩、喂线、TN喷粉、LF钢水加热、脱氧、脱硫、去夹杂、均匀成分与温度的炉外精炼(LF/VD+FW)；电炉炼钢-钢水炉外精炼-钢水连铸-钢水连轧，构成“四位一体”的紧凑型短流程，钢水连铸，连铸坯热送方式连轧成天然合金钢材。

本发明的方法包括如下的工艺步骤：

(A)原生钛铁矿生产钛铁精矿，其特征在于：-1000mm钛铁矿(磁铁钛铁矿或赤铁钛铁矿，或钛砂矿或磁铁矿等含铁矿物)经粗碎、中碎、筛分(1)，-75mm+6mm矿石经磁滑轮(2)排弃脉石矿物(废石)，粗精矿₁脱磁(3)，进入细碎机(4)细碎，排矿经分级(5)，+6mm矿石返回细碎机(4)再细碎，-6mm矿石进入筛分机(1)，-3mm矿石或风化矿经筛分(1)后，经浓缩洗矿(6)排弃尾矿₁，粗精矿₂和矿仓(7)中-6mm～+3mm矿石进一段磨机(8)，磨机排矿分级(9)，+3mm矿石返回磨机(8)再磨，-3mm矿石进中场强磁选机(10)磁选，粗精矿₃脱磁(11)后，进入二段磨机(12)细磨，磨机排矿分级(13)+0.15mm矿粒返回磨机再磨，粗精矿5进磁团聚重选(14)得钛铁精矿₁，粗精矿4和粗精矿₆分级(15)，+0.15mm矿粒进二段磨机(16)细磨，磨机排矿分级(17)，+0.15mm矿粒返回磨机(16)再磨，-0.15mm矿粒进强场强磁选机(18)磁选得铁精矿，粗精矿₇脱磁(19)进浮硫粗选(20)，浮硫选粗精矿₈进浮硫精选(21)得硫钴精矿，浮硫精选中矿返回浮硫粗选再选，粗精矿₉进浮钛粗选(22)排弃尾矿₂，粗精矿₁₀进浮钛精选(23)得钛铁精矿₂，浮钛精选中矿返回浮钛粗选(22)再选，尾矿₁和尾矿₂得总尾矿，钛铁精矿₁和钛铁精矿₂得钛铁精矿。

(B)钛铁精矿或铁精矿(TiO₂ 58％～0％、Fe 68％～0％)生产钛渣和直接还原铁(合金铁水)，其特征在于：钛铁精矿过滤(24)或不过滤和粘结剂混合(25)，造球团(26)或不造球团，水煤浆和氧气输入煤气发生炉(27)，生产煤气(H₂＞85％+CO)，球团矿、硅石、煤气和氧气输入直接还原炉(28)生产钛渣(TiO₂＞58％)和直接还原铁(合金铁水)。

(C)钛渣(TiO₂＞58％)生产酸溶性富钛料(TiO₂＞80％)，其特征在于：用真空泵(35)抽出冷却器(36)中空气，或冷却器(36)充置惰性气体使钛渣冷却，冷却后的钛渣破碎(37)，磨矿(38)，磁选(39)得铁精矿，铁精矿返回直接还原炉(28)再熔炼，磁选(39)尾矿进重选(40)，重选中矿返回保温氧化炉(29)再熔炼，重选(40)尾矿可加工成微晶玻璃，重选(40)精矿进雷蒙磨(41)细磨成酸溶性富钛料(TiO₂＞80％)供硫酸法钛白粉厂作原料。

(D)钛渣(TiO₂＞58％)生产人造金红石(TiO₂＞92％)，其特征在于：钛渣或未经雷蒙磨细磨的酸溶性富钛料进入保温结晶氧化炉(29)，添加硅石或焦磷酸钛等添加剂用电弧加热吹氧或用氧气——燃料喷枪或氧气(空气)直流等离子发生器向保温结晶氧化炉(29)中钛渣或酸溶性富钛料进行深度氧化，使钛渣或酸溶性富钛料中主要含钛矿物黑钛石又称安诺石(Ti₃O₅为基的固熔体)中低价钛氧化物氧化成八面体结构的金红石(2 Ti₃O₅+O₂→6TiO₂)，钙镁等杂质被排除在外，进入硅酸盐玻璃体内，形成金红石化富钛料，此金红石化富钛料在缓冷器(30)中使金红石晶粒长大冷冷经破碎(31)，磨矿(32)，磁选(33)得渣铁，渣铁返回直接还原炉(28)再熔炼，磁选(33)尾矿进重选(34)，重选中矿返回保温氧化炉(29)再熔炼，重选尾矿可加工成微晶玻璃，重选精矿得金红石(TiO₂＞92％)；或氧化时焦磷酸钛使钙镁铁等杂质形成玻璃相用酸浸除去玻璃相，得金红石。

(E)海绵铁(合金铁水)生产合金钢水，其特征在于：为满足连铸——连轧工艺要求，铁水含硫S0.010％，铁水送入铁水包(42)，进行喷粉脱硫，残留在铁水包(42)的脱硫渣，影响半钢和钒、铬渣质量(水法提钒、铬要求钒、铬渣中CaO＜1.5％，采用中间过滤的地面撇渣器(43)的撇渣方法，脱去铁水中的硫磷渣，脱去硫磷的铁水进电弧炉提取钒、铬(44)，用氧枪吹氧喷粉造渣，提取钒、铬钢查，提取钒铬后的半钢进入超高功率电弧炉(45)，通过配加石英砂、锰矿、白云石等熔剂控制终渣碱度，采用双流道碳氧枪，溅渣护炉条件下的复吹后搅技术生产钢水。

(F)钢水生产钢材，其特征在于：钢水进入炉外精炼钢包(46)，采用钢包底吹氩、喂线、TN喷粉、LF钢水加热等钢水炉外精炼技术，为保证铸机(47)拉速提高后铸坯的内部质量，采用钢包精炼渣结合LF炉吹氩进一步降低钢水中[O]、[S]和夹杂物含量。同时中间包采用高碱度覆盖剂净化钢液。超高功率电弧炉炼钢——炉外精炼——连铸——连轧四位一体优化工艺路线的最优流程组合是确定好这四种工艺的主体设备，炉外精炼设备主要考虑机械制造和汽车制造用钢选用LF+FW和VD+FW或LF/VD+FW，或钢结构建筑用钢选用LF+FW型(46)，为保证电炉——精炼炉——连铸的时间配合，由于连铸在两次浇注之间必须有一个准备时间，多炉连浇的总浇注时间与准备时间之和，正和等于电炉相应炉数的总冶炼时间，钢水热送连铸(47)，连铸坯必须以热送方式供给轧钢(48)，确定好连铸机与轧机小时生产能力的匹配，安排好铸坯热送作业线(47)与离线铸坯(47)的堆存运输设施(缓冲设施)。

本发明产生了如下的有益效果：一是矿产资源利用率极大提高，高炉炼铁优势只有在稳定的精料入炉的前题下得以发挥，对铁品位低杂质含量高的铁矿和钒钛磁铁矿以及缺少炼焦优质煤的地区，可用劣质煤生产H₂气代替焦炭(C)还原钛铁氧化物，从还原机理上克服用C还原钛铁氧化物不可避免产生Ti(C，N，O)。可以将现在高炉冶炼钒钛矿占地质储量70％～80％排弃在排土场的低品位钒钛矿、表外矿和风化矿、排弃在尾矿库的钛铁矿物和排弃在高炉渣中的TiO₂回收利用；二是极大地提高钒钛矿有价元素回收率，钛的回收率由3.86％提高到80％、铁的回收率由34.50％提高到70％、钒的回收率由20.90％提高到70％；三是可生产硫酸法钛白粉厂紧缺的酸溶性富钛料，可又生产钛材、钛系列产品所需的金红石(TiO₂)，也为生产高档氯化法金红石钛白粉(预计2003年我国进口高档氯化法金红石钛白粉23万吨)提供了急需的金红石；四是实现了全钒钛矿冶炼工艺流程，钒钛矿10多种有价元素有效回收利用，钒钛矿中富集较多的V₂O₅ 0.24％～0.30％和Vr₂O₃ 0.22％～0.28％电炉半钢提取钒铬渣生产钒铬制品，其余10多种有价元素熔于铁水，成为天然合金铁水生产微合金钢材；五是攀西钒钛矿原矿铁钛含量比约为2.8，金钛以钛为主开发利用钒钛矿、攀钢以铁为主开发利用钒钛矿，金钛生产1吨TiO₂，附产2.8吨Fe，攀钢主产46吨Fe附产1吨TiO₂，金钛和攀钢开采等量钒钛矿，金钛生产TiO₂是攀钢的16倍；六是金钛和攀钢生产等量的TiO₂，攀钢产生的废物是金钛的35倍，金钛和攀钢采选冶工艺流程产生的固体废弃物如下表所示。

表3金钛、攀钢固体废物排放量对比表

七是攀西钒钛矿开采年限，金钛以钛为主矿山开采年限，是攀钢以铁为主矿山开采年限的23倍；八是金钛生产铁和钢材的成本低于攀钢铁和钢材成本，而且生产钛渣(TiO₂＞58％)的成本已计入铁成本.钛、钢产品质量和成本具有极大竞争力。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图

图2为本发明钛铁矿选矿工艺流程图

图3为本发明煤气(H₂+CO)直接还原钛铁精矿(或铁精矿)工艺流程图

图4为本发明生产酸溶性富钛料工艺流程图

图5为本发明生产金红石工艺流程图

图6为本发明铁水电炉炼钢提钒铬工艺流程图

图7为本发明钢水生产钢材工艺流程图

图8为攀钢钒钛矿现选冶工艺流程图

具体实施方案

以下将结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，-1000mm钛铁矿(磁铁钛铁矿或赤铁钛铁矿，或钛砂矿或磁铁矿等含铁矿物)经粗碎、中碎、筛分(1)，-75mm+6mm矿石经磁滑轮(2)排弃脉石矿物(废石)，粗精矿₁脱磁(3)，进入细碎机(4)细碎，排矿经分级(5)，+6mm矿石返回细碎机(4)再细碎，-6mm矿石进入筛分机(1)，-3mm矿石或风化矿经筛分(1)后，经浓缩洗矿(6)排弃尾矿₁，粗精矿₂和矿仓(7)中-6mm～+3mm矿石进一段磨机(8)，磨机排矿分级(9)，+3mm矿石返回磨机(8)再磨，-3mm矿石进中场强磁选机(10)磁选，粗精矿₃脱磁(11))后，进入二段磨机(12)细磨，磨机排矿分级(13)+0.15mm矿粒返回磨机再磨，粗精矿₅进磁团聚重选(14)得钛铁精矿₁，粗精矿₄和粗精矿₆。分级(15)，+0.15mm矿粒进二段磨机(16)细磨，磨机排矿分级(17)，+0.15mm矿粒返回磨机(16)再磨，-0.15mm矿粒进强场强磁选机(18)磁选得铁精矿，粗精矿₇脱磁(19)进浮硫粗选(20)，浮硫选粗精矿₈进浮硫精选(21)得硫钴精矿，浮硫精选中矿返回浮硫粗选再选，粗精矿₉进浮钛粗选(22)排弃尾矿₂，粗精矿₁₀进浮钛精选(23)得钛铁精矿₂，浮钛精选中矿返回浮钛粗选(22)再选，尾矿₁和尾矿₂得总尾矿，钛铁精矿₁和钛铁精矿₂得钛铁精矿；钛铁精矿过滤(24)或不过滤和粘结剂混合(25)，造球团(26)或不造球团，水煤浆和氧气输入煤气发生炉(27)，生产煤气(H₂＞85％+CO)，球团矿、硅石、煤气和氧气输入直接还原炉(28)生产钛渣(TiO₂＞58％)和直接还原铁(合金铁水)；用真空泵(35)抽出冷却器(36)中空气，或冷却器(36)充置惰性气体使钛渣冷却，冷却后的钛渣破碎(37)，磨矿(38)，磁选(39)得铁精矿，铁精矿返回直接还原炉(28)再熔炼，磁选(39)尾矿进重选(40)，重选中矿返回保温氧化炉(29)再熔炼，重选(40)尾矿可加工成微晶玻璃，重选(40)精矿进雷蒙磨(41)细磨成酸溶性富钛料(TiO₂＞80％)供硫酸法钛白粉厂作原料；钛渣或未经雷蒙磨细磨的酸溶性富钛料进入保温结晶氧化炉(29)，添加硅石或焦磷酸钛等添加剂用电弧加热吹氧或用氧气——燃料喷枪或氧气(空气)直流等离子发生器向保温结晶氧化炉(29)中钛渣或酸溶性富钛料进行深度氧化，使钛渣或酸溶性富钛料中主要含钛矿物黑钛石又称安诺石(Ti₃O₅为基的固熔体)中低价钛氧化物氧化成八面体结构的金红石(2 Ti₃O₅+O₂→6TiO₂)，钙镁等杂质被排除在外，进入硅酸盐玻璃体内，形成金红石化富钛料，此金红石化富钛料在缓冷器(30)中使金红石晶粒长大冷冷经破碎(31)，磨矿(32)，磁选(33)得渣铁，渣铁返回直接还原炉(28)再熔炼，磁选(33)尾矿进重选(34)，重选中矿返回保温氧化炉(29)再熔炼，重选尾矿可加工成微晶玻璃，重选精矿得金红石(TiO₂＞92％)；或氧化时焦磷酸钛使钙镁铁等杂质形成玻璃相用酸浸除去玻璃相，得金红石；为满足连铸——连轧工艺要求，铁水含硫S0.010％，铁水送入铁水包(42)，进行喷粉脱硫，残留在铁水包(42)的脱硫渣，影响半钢和钒、铬渣质量(水法提钒、铬要求钒、铬渣中CaO＜1.5％，采用中间过滤的地面撇渣器(43)的撇渣方法，脱去铁水中的硫磷渣，脱去硫磷的铁水进电弧炉提取钒、铬(44)，用氧枪吹氧喷粉造渣，提取钒、铬钢查，提取钒铬后的半钢进入超高功率电弧炉(45)，通过配加石英砂、锰矿、白云石等熔剂控制终渣碱度，采用双流道碳氧枪，溅渣护炉条件下的复吹后搅技术生产钢水；钢水进入炉外精炼钢包(46)，采用钢包底吹氩、喂线、TN喷粉、LF钢水加热等钢水炉外精炼技术，为保证铸机(47)拉速提高后铸坯的内部质量，采用钢包精炼渣结合LF炉吹氩进一步降低钢水中[O]、[S]和夹杂物含量。同时中间包采用高碱度覆盖剂净化钢液。超高功率电弧炉炼钢——炉外精炼——连铸——连轧四位一体优化工艺路线的最优流程组合是确定好这四种工艺的主体设备，炉外精炼设备主要考虑机械制造和汽车制造用钢选用LF+FW和VD+FW或LF/VD+FW，或钢结构建筑用钢选用LF+FW型(46)，为保证电炉——精炼炉——连铸的时间配合，由于连铸在两次浇注之间必须有一个准备时间，多炉连浇的总浇注时间与准备时间之和，正和等于电炉相应炉数的总冶炼时间，钢水热送连铸(47)，连铸坯必须以热送方式供给轧钢(48)，确定好连铸机与轧机小时生产能力的匹配，安排好铸坯热送作业线(47)与离线铸坯(47)的堆存运输设施(缓冲设施)。

如图2所示：原生钛、铁矿生产钛铁精矿(或铁精矿)工艺流程，其过程是：-1000mm钛铁矿(磁铁钛铁矿或赤铁钛铁矿，或钛砂矿或磁铁矿等含铁矿物)经粗碎、中碎、筛分(1)，-75mm+6mm矿石经磁滑轮(2)排弃脉石矿物(废石)，粗精矿₁脱磁(3)，进入细碎机(4)细碎，排矿经分级(5)，+6mm矿石返回细碎机(4)再细碎，-6mm矿石进入筛分机(1)，-3mm矿石或风化矿经筛分(1)后，经浓缩洗矿(6)排弃尾矿₁，粗精矿₂和矿仓(7)中-6mm～+3mm矿石进一段磨机(8)，磨机排矿分级(9)，+3mm矿石返回磨机(8)再磨，-3mm矿石进中场强磁选机(10)磁选，粗精矿₃脱磁(11)后，进入二段磨机(12)细磨，磨机排矿分级(13)+0.15mm矿粒返回磨机再磨，粗精矿5进磁团聚重选(14)得钛铁精矿₁，粗精矿4和粗精矿₆分级(15)，+0.15mm矿粒进二段磨机(16)细磨，磨机排矿分级(17)，+0.15mm矿粒返回磨机(16)再磨，-0.15mm矿粒进强场强磁选机(18)磁选得铁精矿，粗精矿₇脱磁(19)进浮硫粗选(20)，浮硫选粗精矿₈进浮硫精选(21)得硫钴精矿，浮硫精选中矿返回浮硫粗选再选，粗精矿₉进浮钛粗选(22)排弃尾矿₂，粗精矿₁₀进浮钛精选(23)得钛铁精矿₂，浮钛精选中矿返回浮钛粗选(22)再选，尾矿₁和尾矿₂得总尾矿，钛铁精矿₁和钛铁精矿₂得钛铁精矿。

如图3所示，钛铁精矿(或铁精矿)生产钛渣和海绵铁(合金铁水)工艺流程，其过程是：钛铁精矿或铁精矿(TiO₂ 58％～0％、Fe 68％～0％)生产钛渣和直接还原铁(合金铁水)，其特征在于：钛铁精矿过滤(24)或不过滤和粘结剂混合(25)，造球团(26)或不造球团，水煤浆和氧气输入煤气发生炉(27)，生产煤气(H₂＞85％+CO)，球团矿、硅石、煤气和氧气输入直接还原炉(28)生产钛渣(TiO₂＞58％)和直接还原铁(合金铁水)。

如图4所示，钛渣(TiO₂＞58％)生产酸溶性富钛料(TiO₂＞80％)工艺流程，其过程是：用真空泵(35)抽出冷却器(36)中空气，或冷却器(36)充置惰性气体使钛渣冷却，冷却后的钛渣破碎(37)，磨矿(38)，磁选(39)得铁精矿，铁精矿返回直接还原炉(28)再熔炼，磁选(39)尾矿进重选(40)，重选中矿返回保温氧化炉(29)再熔炼，重选(40)尾矿可加工成微晶玻璃，重选(40)精矿进雷蒙磨(41)细磨成酸溶性富钛料(TiO₂＞80％)供硫酸法钛白粉厂作原料。

如图5所示，钛渣(TiO₂＞58％)生产人造金红石(TiO₂＞92％)工艺流程，其过程是：钛渣或未经雷蒙磨细磨的酸溶性富钛料进入保温结晶氧化炉(29)，添加硅石或焦磷酸钛等添加剂用电弧加热吹氧或用氧气——燃料喷枪或氧气(空气)直流等离子发生器向保温结晶氧化炉(29)中钛渣或酸溶性富钛料进行深度氧化，使钛渣或酸溶性富钛料中主要含钛矿物黑钛石又称安诺石(Ti₃O₅为基的固熔体)中低价钛氧化物氧化成八面体结构的金红石(2 Ti₃O₅+O₂→6TiO₂)，钙镁等杂质被排除在外，进入硅酸盐玻璃体内，形成金红石化富钛料，此金红石化富钛料在缓冷器(30)中使金红石晶粒长大冷冷经破碎(31)，磨矿(32)，磁选(33)得渣铁，渣铁返回直接还原炉(28)再熔炼，磁选(33)尾矿进重选(34)，重选中矿返回保温氧化炉(29)再熔炼，重选尾矿可加工成微晶玻璃，重选精矿得金红石(TiO₂＞92％)；或氧化时焦磷酸钛使钙镁铁等杂质形成玻璃相用酸浸除去玻璃相，得金红石。

如图6所示，海绵铁(合金铁水)生产合金钢水工艺流程，其过程是：为满足连铸——连轧工艺要求，铁水含硫S0.010％，铁水送入铁水包(42)，进行喷粉脱硫，残留在铁水包(42)的脱硫渣，影响半钢和钒、铬渣质量(水法提钒、铬要求钒、铬渣中CaO＜1.5％，采用中间过滤的地面撇渣器(43)的撇渣方法，脱去铁水中的硫磷渣，脱去硫磷的铁水进电弧炉提取钒、铬(44)，用氧枪吹氧喷粉造渣，提取钒、铬钢查，提取钒铬后的半钢进入超高功率电弧炉(45)，通过配加石英砂、锰矿、白云石等熔剂控制终渣碱度，采用双流道碳氧枪，溅渣护炉条件下的复吹后搅技术生产钢水。

如图7所示，钢水生产钢材工艺流程，其过程是：钢水进入炉外精炼钢包(46)，采用钢包底吹氩、喂线、TN喷粉、LF钢水加热等钢水炉外精炼技术，为保证铸机(47)拉速提高后铸坯的内部质量，采用钢包精炼渣结合LF炉吹氩进一步降低钢水中[O]、[S]和夹杂物含量。同时中间包采用高碱度覆盖剂净化钢液。超高功率电弧炉炼钢——炉外精炼——连铸——连轧四位一体优化工艺路线的最优流程组合是确定好这四种工艺的主体设备，炉外精炼设备主要考虑机械制造和汽车制造用钢选用LF+FW和VD+FW或LF/VD+FW，或钢结构建筑用钢选用LF+FW型(46)，为保证电炉——精炼炉——连铸的时间配合，由于连铸在两次浇注之间必须有一个准备时间，多炉连浇的总浇注时间与准备时间之和，正和等于电炉相应炉数的总冶炼时间，钢水热送连铸(47)，连铸坯必须以热送方式供给轧钢(48)，确定好连铸机与轧机小时生产能力的匹配，安排好铸坯热送作业线(47)与离线铸坯(47)的堆存运输设施(缓冲设施)。

Claims (7)

1、一种利用钛铁矿生产钛、钢制品的方法，包括如下工艺步骤：

(A)原生钛铁矿生产钛铁精矿，其特征在于：-1000mm钛铁矿(磁铁钛铁矿或赤铁钛铁矿，或钛砂矿或磁铁矿等含铁矿物)经粗碎、中碎、筛分(1)，-75mm+6mm矿石经磁滑轮(2)排弃脉石矿物(废石)，粗精矿₁脱磁(3)，进入细碎机(4)细碎，排矿经分级(5)，+6mm矿石返回细碎机(4)再细碎，-6mm矿石进入筛分机(1)，-3mm矿石或风化矿经筛分(1)后，经浓缩洗矿(6)排弃尾矿₁，粗精矿₂和矿仓(7)中-6mm～+3mm矿石进一段磨机(8)，磨机排矿分级(9)，+3mm矿石返回磨机(8)再磨，-3mm矿石进中场强磁选机(10)磁选，粗精矿₃脱磁(11)后，进入二段磨机(12)细磨，磨机排矿分级(13)+0.15mm矿粒返回磨机再磨，粗精矿5进磁团聚重选(14)得钛铁精矿₁，粗精矿4和粗精矿₆分级(15)，+0.15mm矿粒进二段磨机(16)细磨，磨机排矿分级(17)，+0.15mm矿粒返回磨机(16)再磨，-0.15mm矿粒进强场强磁选机(18)磁选得铁精矿，粗精矿₇脱磁(19)进浮硫粗选(20)，浮硫选粗精矿₈进浮硫精选(21)得硫钴精矿，浮硫精选中矿返回浮硫粗选再选，粗精矿₉进浮钛粗选(22)排弃尾矿₂，粗精矿₁₀进浮钛精选(23)得钛铁精矿₂，浮钛精选中矿返回浮钛粗选(22)再选，尾矿₁和尾矿₂得总尾矿，钛铁精矿₁和钛铁精矿₂得钛铁精矿。

(B)钛铁精矿或铁精矿(TiO₂58％～0％、Fe68％～0％)生产钛渣和直接还原铁(合金铁水)，其特征在于：钛铁精矿过滤(24)或不过滤和粘结剂混合(25)，造球团(26)或不造球团，水煤浆和氧气输入煤气发生炉(27)，生产煤气(H₂＞85％+CO)，球团矿、硅石、煤气和氧气输入直接还原炉(28)生产钛渣(TiO₂＞58％)和直接还原铁(合金铁水)。

(C)钛渣(TiO₂＞58％)生产酸溶性富钛料(TiO₂＞80％)，其特征在于：用真空泵(35)抽出冷却器(36)中空气，或冷却器(36)充置惰性气体使钛渣冷却，冷却后的钛渣破碎(37)，磨矿(38)，磁选(39)得铁精矿，铁精矿返回直接还原炉(28)再熔炼，磁选(39)尾矿进重选(40)，重选中矿返回保温氧化炉(29)再熔炼，重选(40)尾矿可加工成微晶玻璃，重选(40)精矿进雷蒙磨(41)细磨成酸溶性富钛料(TiO₂＞80％)供硫酸法钛白粉厂作原料。

(D)钛渣(TiO₂＞58％)生产人造金红石(TiO₂＞92％)，其特征在于：钛渣或未经雷蒙磨细磨的酸溶性富钛料进入保温结晶氧化炉(29)，添加硅石或焦磷酸钛等添加剂用电弧加热吹氧或用氧气——燃料喷枪或氧气(空气)直流等离子发生器向保温结晶氧化炉(29)中钛渣或酸溶性富钛料进行深度氧化，使钛渣或酸溶性富钛料中主要含钛矿物黑钛石又称安诺石(Ti₃O₅为基的固熔体)中低价钛氧化物氧化成八面体结构的金红石(2Ti₃O₅+O₂→6TiO₂)，钙镁等杂质被排除在外，进入硅酸盐玻璃体内，形成金红石化富钛料，此金红石化富钛料在缓冷器(30)中使金红石晶粒长大冷冷经破碎(31)，磨矿(32)，磁选(33)得渣铁，渣铁返回直接还原炉(28)再熔炼，磁选(33)尾矿进重选(34)，重选中矿返回保温氧化炉(29)再熔炼，重选尾矿可加工成微晶玻璃，重选精矿得金红石(TiO₂＞92％)；或氧化时焦磷酸钛使钙镁铁等杂质形成玻璃相用酸浸除去玻璃相，得金红石。

(E)海绵铁(合金铁水)生产合金钢水，其特征在于：为满足连铸——连轧工艺要求，铁水含硫S0.010％，铁水送入铁水包(42)，进行喷粉脱硫，残留在铁水包(42)的脱硫渣，影响半钢和钒、铬渣质量(水法提钒、铬要求钒、铬渣中CaO＜1.5％，采用中间过滤的地面撇渣器(43)的撇渣方法，脱去铁水中的硫磷渣，脱去硫磷的铁水进电弧炉提取钒、铬(44)，用氧枪吹氧喷粉造渣，提取钒、铬钢查，提取钒铬后的半钢进入超高功率电弧炉(45)，通过配加石英砂、锰矿、白云石等熔剂控制终渣碱度，采用双流道碳氧枪，溅渣护炉条件下的复吹后搅技术生产钢水。

(F)钢水生产钢材，其特征在于：钢水进入炉外精炼钢包(46)，采用钢包底吹氩、喂线、TN喷粉、LF钢水加热等钢水炉外精炼技术，为保证铸机(47)拉速提高后铸坯的内部质量，采用钢包精炼渣结合LF炉吹氩进一步降低钢水中[O]、[S]和夹杂物含量。同时中间包采用高碱度覆盖剂净化钢液。超高功率电弧炉炼钢——炉外精炼——连铸——连轧四位一体优化工艺路线的最优流程组合是确定好这四种工艺的主体设备，炉外精炼设备主要考虑机械制造和汽车制造用钢选用LF+FW和VD+FW或LF/VD+FW，或钢结构建筑用钢选用LF+FW型(46)，为保证电炉——精炼炉——连铸的时间配合，由于连铸在两次浇注之间必须有一个准备时间，多炉连浇的总浇注时间与准备时间之和，正和等于电炉相应炉数的总冶炼时间，钢水热送连铸(47)，连铸坯必须以热送方式供给轧钢(48)，确定好连铸机与轧机小时生产能力的匹配，安排好铸坯热送作业线(47)与离线铸坯(47)的堆存运输设施(缓冲设施)。

2、根据权利要求1所述的一种利用钛、铁矿生产钛、钢制品的方法，其特证在于：-1000mm钛铁矿(磁铁钛铁矿或赤铁钛铁矿，或钛砂矿或磁铁矿等含铁矿物)经粗碎、中碎、筛分(1)，-75mm+6mm矿石经磁滑轮(2)排弃脉石矿物(废石)，粗精矿₁脱磁(3)，进入细碎机(4)细碎，排矿经分级(5)，+6mm矿石返回细碎机(4)再细碎，-6mm矿石进入筛分机(1)，-3mm矿石或风化矿经筛分(1)后，经浓缩洗矿(6)排弃尾矿₁，粗精矿₂和矿仓(7)中-6mm～+3mm矿石进一段磨机(8)，磨机排矿分级(9)，+3mm矿石返回磨机(8)再磨，-3mm矿石进中场强磁选机(10)磁选，粗精矿₃脱磁(11)后，进入二段磨机(12)细磨，磨机排矿分级(13)+0.15mm矿粒返回磨机再磨，粗精矿5进磁团聚重选(14)得钛铁精矿₁，粗精矿4和粗精矿₆分级(15)，+0.15mm矿粒进二段磨机(16)细磨，磨机排矿分级(17)，+0.15mm矿粒返回磨机(16)再磨，-0.15mm矿粒进强场强磁选机(18)磁选得铁精矿，粗精矿₇脱磁(19)进浮硫粗选(20)，浮硫选粗精矿₈进浮硫精选(21)得硫钴精矿，浮硫精选中矿返回浮硫粗选再选，粗精矿₉进浮钛粗选(22)排弃尾矿₂，粗精矿₁₀进浮钛精选(23)得钛铁精矿₂，浮钛精选中矿返回浮钛粗选(22)再选，尾矿₁和尾矿₂得总尾矿，钛铁精矿₁和钛铁精矿₂得钛铁精矿。

3、根据权利要求1所述的一种钛、铁矿生产钛、钢制品的方法，其特证在于：钛铁精矿过滤(24)或不过滤和粘结剂混合(25)，造球团(26)或不造球团，水煤浆和氧气输入煤气发生炉(27)，生产煤气(H₂＞85％+CO)，球团矿、硅石、煤气和氧气输入直接还原炉(28)生产钛渣(TiO₂＞58％)和直接还原铁(合金铁水)。

4、根据权利要求1所述的一种钛、铁矿生产钛、钢制品的方法，其特证在于：用真空泵(35)抽出冷却器(36)中空气，或冷却器(36)充置惰性气体使钛渣冷却，冷却后的钛渣破碎(37)，磨矿(38)，磁选(39)得铁精矿，铁精矿返回直接还原炉(28)再熔炼，磁选(39)尾矿进重选(40)，重选中矿返回保温氧化炉(29)再熔炼，重选(40)尾矿可加工成微晶玻璃，重选(40)精矿进雷蒙磨(41)细磨成酸溶性富钛料(TiO₂＞80％)供硫酸法钛白粉厂作原料。

5、根据权利要求1所述的一种钛、铁矿生产钛、钢制品的方法，其特证在于：钛渣或未经雷蒙磨细磨的酸溶性富钛料进入保温结晶氧化炉(29)，添加硅石或焦磷酸钛等添加剂用电弧加热吹氧或用氧气——燃料喷枪或氧气(空气)直流等离子发生器向保温结晶氧化炉(29)中钛渣或酸溶性富钛料进行深度氧化，使钛渣或酸溶性富钛料中主要含钛矿物黑钛石又称安诺石(Ti₃O₅为基的固熔体)中低价钛氧化物氧化成八面体结构的金红石(2Ti₃O₅+O₂→6TiO₂)，钙镁等杂质被排除在外，进入硅酸盐玻璃体内，形成金红石化富钛料，此金红石化富钛料在缓冷器(30)中使金红石晶粒长大冷冷经破碎(31)，磨矿(32)，磁选(33)得渣铁，渣铁返回直接还原炉(28)再熔炼，磁选(33)尾矿进重选(34)，重选中矿返回保温氧化炉(29)再熔炼，重选尾矿可加工成微晶玻璃，重选精矿得金红石(TiO₂＞92％)；或氧化时焦磷酸钛使钙镁铁等杂质形成玻璃相用酸浸除去玻璃相，得金红石。

6、根据权利要求1所述的一种钛、铁矿生产钛、钢制品的方法，其特证在于：为满足连铸——连轧工艺要求，铁水含硫S0.010％，铁水送入铁水包(42)，进行喷粉脱硫，残留在铁水包(42)的脱硫渣，影响半钢和钒、铬渣质量(水法提钒、铬要求钒、铬渣中CaO＜1.5％，采用中间过滤的地面撇渣器(43)的撇渣方法，脱去铁水中的硫磷渣，脱去硫磷的铁水进电弧炉提取钒、铬(44)，用氧枪吹氧喷粉造渣，提取钒、铬钢查，提取钒铬后的半钢进入超高功率电弧炉(45)，通过配加石英砂、锰矿、白云石等熔剂控制终渣碱度，采用双流道碳氧枪，溅渣护炉条件下的复吹后搅技术生产钢水。

7、根据权利要求1所述的一种钛、铁矿生产钛、钢制品的方法，其特证在于：钢水进入炉外精炼钢包(46)，采用钢包底吹氩、喂线、TN喷粉、LF钢水加热等钢水炉外精炼技术，为保证铸机(47)拉速提高后铸坯的内部质量，采用钢包精炼渣结合LF炉吹氩进一步降低钢水中[O]、[S]和夹杂物含量。同时中间包采用高碱度覆盖剂净化钢液。超高功率电弧炉炼钢——炉外精炼——连铸——连轧四位一体优化工艺路线的最优流程组合是确定好这四种工艺的主体设备，炉外精炼设备主要考虑机械制造和汽车制造用钢选用LF+FW和VD+FW或LF/VD+FW，或钢结构建筑用钢选用LF+FW型(46)，为保证电炉——精炼炉——连铸的时间配合，由于连铸在两次浇注之间必须有一个准备时间，多炉连浇的总浇注时间与准备时间之和，正和等于电炉相应炉数的总冶炼时间，钢水热送连铸(47)，连铸坯必须以热送方式供给轧钢(48)，确定好连铸机与轧机小时生产能力的匹配，安排好铸坯热送作业线(47)与离线铸坯(47)的堆存运输设施(缓冲设施)。

Images