CN101660016B - 插弧冶炼钛铁矿的方法 - Google Patents

Abstract

插弧冶炼钛铁矿的方法，有如下步骤：取有可多次使用的电弧炉炉盖的密闭电弧炉，从电极与电极孔之间的圆环形间隙投入炉料，让电极头抵在炉料上面，在较小的电极电流下引弧熔化上层炉料，然后保持电极头与炉料有10～50毫米的间隙向炉内逐步插入电极，在逐步向炉内插入电极的同时，逐步提高电极电流，把炉内的炉料全部熔化成炉料液体，提高电极电流，使炉内达到还原温度，得到还原后炉料液体，放出炉料，冷却后得到分离的高钛渣和铁。本发明采用密闭电弧炉插弧冶炼钛铁矿，冶炼条件容易稳定控制，产品质量好，能耗低，单炉产量高，是一种清洁、安全、高效、节能、环保的钛铁矿冶炼方法。本发明的炉盖强度较高，耐高温性能和保温性能好，可以多次使用。

Description

插弧冶炼钛铁矿的方法

技术领域

本发明涉及一种用电弧炉冶炼钛铁矿的方法，特别是一种冶炼钛铁矿用电弧炉的炉盖和用电弧炉冶炼钛铁矿的方法中插入炉内的电极头与炉料之间的位置关系及电极的移动。

背景技术

用在电弧炉冶炼钛铁矿分离钛和铁时，是取钛铁矿和含有固定碳的还原剂为原料，根据钛铁矿和还原剂的组成和含量，按比例混合均匀配制出炉料，把炉料放在电弧炉内升温、加热到摄氏2000多度的高温，炉料熔化成炉料液体，并在高温下保持一定长的还原时间，把还原后炉料液体放入矿车，冷却后得到分离的高钛渣和铁。电弧炉有炉体，炉体有具有下底的圆筒形外壳，外壳内的下底和内圆周有用建筑材料、保温材料和耐火材料砌筑成的炉底和圆筒形炉墙，炉墙的上端有圆环形炉墙口，炉底有出料口，炉墙口的上方吊有可插入炉体内腔的三个电极。在用电弧炉冶炼还原钛铁矿时，敞口的电弧炉不能保证炉内的分离温度和还原温度，为了保证炉内的分离温度和还原温度，电弧炉在冶炼分离钛铁矿时电弧炉口上应有炉盖。由于电弧炉口较大，炉内的温度较高，现有技术中，还没有能多次使用的钛铁分离电弧炉专用炉盖，在用电弧炉冶炼分离钛铁矿时，为了炉内保温，冶炼时，在钛铁矿粉和含有固定碳的还原剂炉料中加入一定量的沥青，电弧炉加热时，底层炉料内的沥青在高温下先行熔解、挥发、燃烧，沥青挥发、燃烧时产生大量的沥青烟，沥青烟是浓重的气体，其中大部分是0.1～1μm的焦油细雾粒，焦油细雾粒在温度不高的上层炉料被吸附下来一部分，吸附在上层炉料的焦油细雾粒因受热可被碳化，上层炉料中碳化的焦油细雾粒在加热中与上层炉料结成一定厚度的壳体，在继续的加热中，上层炉料结成的壳体强度和密实程度逐渐增强，成为封盖在电弧炉口上的一次性电弧炉盖，该一次性电弧炉盖具有一定的保持炉温的作用，使钛铁矿能在电弧炉实现钛铁的还原分离，一次冶炼生产结束后要捣炉，捣掉的一次性电弧炉盖，落到炉里与新配制的粉状炉料作为下一炉的炉料。为了使上述炉料里的沥青生成一次性电弧炉盖，现有技术中，在用电弧炉冶炼还原钛铁矿分离钛和铁时，是采用埋弧冶炼法，埋弧冶炼法是在前一炉放料后，在炉底留有用于下一炉引弧用的少量的铁，在每一炉的生产中，先把三个电极下端抵在炉底，捣掉的前一炉的一次性电弧炉盖碎块落入电弧炉内，在电弧炉内再加入新配制的粉状炉料，把电极埋在电弧炉盖碎块和新配制的粉状炉料里，向电极通电引弧，电极始终埋在炉料的条件下，加热炉料，冶炼钛铁矿使钛和铁分离开来。这种埋弧冶炼法有如下不足：

1.电极埋在炉料里，炉料从下部熔化，炉料里有前一炉捣炉后的块状炉料和新配制的粉状炉料，炉料的组成和形状不均匀，形成的熔池不均匀，造成电极浮动且不易控制，冶炼中电极位置和产品质量也很难控制，在冶炼时电耗高，产品质量差；

2.埋弧冶炼在启动时，电极是用前一炉在炉底留下的铁引弧，容易造成炉底局部短时即达到高温而损坏炉底，甚至击穿炉底；

3.为了生成一次性炉盖在炉料内加入沥青，必需用埋弧冶炼，这种冶炼方法不仅增加成本，更重要的是极大地污染劳动环境和周围环境，一次性炉盖在生产中随时可能崩裂、塌料，造成翻渣事故，具有极大的安全隐患，每炉料冶炼结束后要捣炉，砸碎一次性炉盖，劳动强度大、作业环境恶劣、使炉温下降，一次性炉盖的强度和保温性能不好，冶炼能耗高，产品质量差。

在用电弧炉冶炼还原钛铁矿分离钛和铁的生产中，取消在炉料里加入沥青、采用能多次使用炉盖的密闭钛铁分离电弧炉进行钛铁矿分离，是目前钛行业生产中的一个亟待解决又难于解决的重大难题，是改进钛铁矿冶炼还原工艺的重要前题。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述不足，提出一种在电弧炉冶炼还原钛铁矿分离钛和铁时，单炉产量高，产品质量好，生产安全，节能、环保的插弧冶炼钛铁矿的方法。

本发明是用如下方法实现的。

插弧冶炼钛铁矿的方法的发明方案是：采用在本发明中提出的可多次使用的电弧炉炉盖盖在电弧炉的炉墙口上，得到密闭电弧炉，在密闭电弧炉用把电极从上向下逐步插入炉料里的插弧法冶炼钛铁矿。

插弧冶炼钛铁矿的方法有如下步骤：

1.取密闭电弧炉，密闭电弧炉有炉体，炉体有具有下底的圆筒形外壳，外壳内的下底和内圆周有用建筑材料、保温材料和耐火材料砌筑成的炉底和圆筒形炉墙，炉墙的上端有圆环形炉墙口，炉底有出料口，炉墙口的上方吊有可插入炉体内腔的三个电极，在炉墙口上盖有可多次使用的电弧炉炉盖，炉盖上有与三个电极相配合的三个电极孔，

上述可多次使用的电弧炉炉盖是以炭素材料颗粒和耐火材料颗粒为原料，沥青为粘结剂，经配料、混合、成型和焙烧后制成；

2.取钛铁矿和含有固定碳的还原剂原料，根据钛铁矿和还原剂的组成和含量，按比例混合均匀配制出炉料；

3.把炉料从电极与电极孔之间的圆环形间隙投入电弧炉内；

4.提起电极，让电极下端电极头抵在炉料上面，向电极通电，在较低的电极电流下使电极之间引发电弧，把上层炉料熔化成液体，保持电极下端电极头与上层炉料熔化成的液体液面有10～50毫米的间隙，逐渐向下熔化炉料；

5.随着炉料逐步熔化，炉料的高度逐渐下降，电极下端的电极头与炉料上面之间的间隙逐步增大，向炉内逐步插入电极，调节电极下端的电极头与炉料上面之间的间隙，让电极下端电极头保持与炉料上面有10～50毫米的间隙，在逐步向炉内插入电极的同时，逐步提高电极电流，把炉内的炉料全部熔化成炉料液体；

6.在炉内的炉料全部熔化成炉料液体后，提高电极电流，使炉内的温度达到还原温度，得到还原后炉料液体；

7.把电弧炉内还原后炉料液体经炉底出料口放出，放出的炉料液体冷却后得到分离的高钛渣和铁。

本发明采用密闭电弧炉冶炼钛铁矿，密闭电弧炉有可多次使用的电弧炉炉盖，冶炼时，电极下端的电极头在炉料的上面引弧，让电极下端的电极头保持在炉料上面10～50毫米的位置，随着炉料的逐渐熔化和电极头逐渐烧损，逐步向炉内插入电极，同时逐步提高电极电流，直到把炉料全部熔化成炉料液体，使组成和形状均匀的炉料在稳定地条件下冶炼，得到的产品质量好，能耗低；冶炼在启动时，引弧均匀，不会在局部短时即达到高温而损坏炉体；装入炉内的炉料可以全部熔化，单炉产量高；炉料里无需添加沥青，生产过程中，没有大量有害烟尘排放，生产环境和周围环境清洁，炉内熔炼条件稳定，炉料不结壳，没有塌料、翻渣现象，不用捣炉，劳动强度低，生产安全，是一种清洁、安全、高效、节能、环保的钛铁矿冶炼方法。

本发明的炉盖是以炭素材料颗粒和耐火材料颗粒为原料，沥青为粘结剂，经配料、混合、成型和焙烧后制成，炉盖强度较高，耐高温性能和保温性能好，可以多次在电弧炉冶炼中使用；在用电弧炉冶炼钛铁矿分离钛和铁时，因为有本发明可以多次使用的炉盖，才能保证本发明的清洁、安全、高效、节能、环保的钛铁矿冶炼方法实施。

下面结合实施例和附图，对本发明作进一步地说明。

附图说明

图1是根据本发明的发明方案提出的一种密闭电弧炉的主剖视示意图；

图2是制作钛铁分离电弧炉盖用的炉盖模具的主剖视示意图；

图3是图2的俯视局剖示意图。

图1～图3中，插弧冶炼钛铁矿的方法有如下步骤：

(1)取密闭电弧炉1，密闭电弧炉有炉体2，炉体有具有下底3的圆筒形外壳4，外壳内的下底和内圆周有用建筑材料、保温材料和耐火材料砌筑成的炉底5和圆筒形炉墙6，炉墙的上端有圆环形炉墙口7，炉底有出料口8，炉墙口的上方吊有可插入炉体内腔的三个电极9，在炉墙口上盖有可多次使用的电弧炉炉盖10，炉盖上有与三个电极相配合的三个电极孔11，电极孔的内径比电极的外径大25～50毫米，炉盖的外圆周围有圆环形水圈12，水圈上有吊运环13，上述可多次使用的电弧炉炉盖是以炭素材料颗粒和耐火材料颗粒为原料，沥青为粘结剂，经配料、混合、成型和焙烧后制成；

上述可多次使用的电弧炉炉盖的制作方法有如下步骤：

①按电弧炉上口的尺寸用钢板制做炉盖模具15，炉盖模具有凸面向上的球冠形部分16，球冠形部分的周边连有水平的圆环形边沿17，圆环形边沿的尺寸与电弧炉口的炉壁上圆环面尺寸相配合，圆环形边沿的外圆周边连有圆环形水圈18，水圈上有吊运环19，球冠形部分上有与电弧炉上的电极相配合的三个圆孔20，圆孔的内径比电极的外径大25～50毫米，圆孔的孔口上部分别有圆筒21，圆筒的轴线22`与球冠形部分的底面圆所在平面23相垂直；

②按质量百分数计分别取40％～50％的炭素材料颗粒，30％～40％的镁碳砖颗粒，15％～20％的沥青，

上述炭素材料颗粒是粒径1～5毫米的冶金焦颗粒、石油焦颗粒中的一种或冶金焦颗粒与石油焦颗粒以任意比例混合的混合焦颗粒，也可以是上述冶金焦颗粒、石油焦颗粒或混合焦颗粒与粒径1～5毫米的石墨颗粒混合的石墨焦颗粒，石墨焦颗粒中石墨颗粒的质量百分数是8～12％，

上述镁碳砖颗粒是粒径小于30毫米的用新镁碳砖粉碎后的颗粒或用废旧镁碳砖粉碎后颗粒，

上述沥青是煤沥青、石油沥青中的一种或煤沥青与石油沥青以任意比例混合的混合沥青；

③把上述按量取出的炭素材料颗粒和镁碳砖颗粒混合均匀，得到骨料颗粒，把骨料颗粒加热到100℃～300℃，在骨料颗粒内加入上述按量取出的沥青，混合均匀，得到沥青混凝土；

④把炉盖模具放到电弧炉口上，圆环形边沿在电弧炉口的炉墙口圆环面上，球冠的凸面朝上，把沥青混凝土摊放到炉盖模具上，让炉盖模具面上的沥青混凝土的厚度是250～350毫米，把沥青混凝土在炉盖模具上夯实、表面拍平，得到炉盖预制件；

⑤在电弧炉内加入炉料，把电极从电极孔插入，通电加热炉料，让炉内升温加热焙烧炉盖预制件，焙烧炉盖预制件时，把炉盖预制件先在300℃～400℃的温度下焙烧5～10个小时，再在600℃～700℃的温度下焙烧10个小时，得到可多次使用的电弧炉炉盖。

(2)取钛铁矿和含有固定碳的还原剂原料，根据钛铁矿和还原剂的组成和含量，按比例混合均匀配制出炉料；

(3)把炉料从电极与电极孔之间的圆环形间隙投入电弧炉内；

(4)提起电极，让电极下端电极头抵在炉料上面，向电极通电，在较低的电极电流下使电极之间引发电弧，把上层炉料熔化成液体，保持电极下端电极头与上层炉料熔化成的液体液面有10～50毫米的间隙，逐渐向下熔化炉料；

(5)随着炉料逐步熔化，炉料的高度逐渐下降，电极下端的电极头与炉料上面之间的间隙逐步增大，向炉内逐步插入电极，调节电极下端的电极头与炉料上面之间的间隙，让电极下端电极头保持与炉料上面有10～50毫米的间隙，在逐步向炉内插入电极的同时，逐步提高电极电流，把炉内的炉料全部熔化成炉料液体；

(6)在炉内的炉料全部熔化成炉料液体后，提高电极电流，使炉内的温度达到还原温度，得到还原后炉料液体；

(7)把电弧炉内还原后炉料液体经炉底出料口放出，放出的炉料液体冷却后得到分离的高钛渣和铁。

在上述插弧冶炼钛铁矿的方法的步骤(5)和步骤(6)之间，一次装入炉内的炉料全部熔化成炉料液体后，炉料液体体积缩小，还可以从电极与电极孔之间的圆环形间隙间歇地向电弧炉内补充投入炉料，待一次装入炉内的炉料和补充投入的炉料全部熔化成液体后，提高电极电流，使炉内达到还原温度，得到还原后炉料液体。由于在冶炼中，可以很方便地补充投入炉料，进一步使单炉的产量提高，综合能耗降低，提高生产效率。

Claims (2)

1.一种插弧冶炼钛铁矿的方法，包括先取电弧炉，电弧炉有炉体，炉体有具有下底的圆筒形外壳，外壳内的下底和内圆周有用建筑材料、保温材料和耐火材料砌筑的炉底和圆筒形炉墙，炉墙的上端有圆环形炉墙口，炉底有出料口，炉墙口的上方吊有可插入炉体内腔的三个电极，然后取钛铁矿和含有固定碳的还原剂原料，根据钛铁矿和还原剂的组成和含量，按比例混合均匀配制出炉料，最后把电弧炉内还原后炉料液体放出，放出的炉料液体冷却后得到分离的高钛渣和铁，其特征在于：

(1)电弧炉的炉墙口上盖有可多次使用的电弧炉炉盖，所述炉盖上有与三个电极相配合的三个电极孔，电极孔的内径比电极的外径大25～50毫米，所述可多次使用的电弧炉炉盖是按如下步骤制作的电弧炉炉盖：

①按电弧炉上口的尺寸用钢板制做炉盖模具，炉盖模具有凸面向上的球冠形部分，球冠形部分的周边连有水平的圆环形边沿，圆环形边沿的尺寸与电弧炉口的炉壁上圆环面尺寸相配合，圆环形边沿的外圆周边连有圆环形水圈，球冠形部分上有与电弧炉上的电极相配合的三个圆孔，圆孔的内径比电极的外径大25～50毫米，圆孔的孔口上部分别有圆筒，圆筒的轴线与球冠形部分的底面圆所在平面相垂直；

②按质量百分数计分别取40％～50％的炭素材料颗粒，30％～40％的镁碳砖颗粒，15％～20％的沥青，

上述炭素材料颗粒是粒径1～5毫米的冶金焦颗粒、石油焦颗粒中的一种或冶金焦颗粒与石油焦颗粒以任意比例混合的混合焦颗粒，或者是上述冶金焦颗粒、石油焦颗粒或混合焦颗粒与粒径1～5毫米的石墨颗粒混合的石墨焦颗粒，石墨焦颗粒中石墨颗粒的质量百分数是8～12％，

上述镁碳砖颗粒是粒径小于30毫米的用新镁碳砖粉碎后的颗粒或用废旧镁碳砖粉碎后颗粒，

上述沥青是煤沥青、石油沥青中的一种或煤沥青与石油沥青以任意比例混合的混合沥青；

③把上述按量取出的炭素材料颗粒和镁碳砖颗粒混合均匀，得到骨料颗粒，把骨料颗粒加热到100℃～300℃，在骨料颗粒内加入上述按量取出的沥青，混合均匀，得到沥青混凝土；

④把炉盖模具放到电弧炉口上，圆环形边沿在电弧炉口的炉墙口圆环面上，球冠的凸面朝上，把沥青混凝土摊放到炉盖模具上，让炉盖模具面上的沥青混凝土的厚度是250～350毫米，把沥青混凝土在炉盖模具上夯实、表面拍平，得到炉盖预制件；

⑤在电弧炉内加入炉料，把电极从电极孔插入，通电加热炉料，让炉内升温加热焙烧炉盖预制件，焙烧炉盖预制件时，把炉盖预制件先在300℃～400℃的温度下焙烧5～10个小时，再在600℃～700℃的温度下焙烧10个小时，得到可多次使用的电弧炉炉盖，

(2)在然后步骤与最后步骤之间，还有如下步骤：

a，把炉料从电极与电极孔之间的圆环形间隙投入电弧炉内；

b，提起电极，让电极下端电极头抵在炉料上面，向电极通电，在较低的电极电流下使电极之间引发电弧，把上层炉料熔化成液体，保持电极下端电极头与上层炉料熔化成的液体液面有10～50毫米的间隙，逐渐向下熔化炉料；

c，随着炉料逐步熔化，炉料的高度逐渐下降，电极下端的电极头与炉料上面之间的间隙逐步增大，向炉内逐步插入电极，调节电极下端的电极头与炉料上面之间的间隙，让电极下端电极头保持与炉料上面有10～50毫米的间隙，在逐步向炉内插入电极的同时，逐步提高电极电流，把炉内的炉料全部熔化成炉料液体；

d，在炉内的炉料全部熔化成炉料液体后，提高电极电流，使炉内的温度达到还原温度，得到还原后炉料液体。

2.按权利要求1所述的插弧冶炼钛铁矿的方法，其特征是：所述的步骤c和步骤d之间，有从电极与电极孔之间的圆环形间隙向电弧炉内补充投入炉料的步骤。

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