CN102690921B - 转底炉还原-燃气熔炼炉熔分综合利用钒钛磁铁矿的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种转底炉还原-燃气熔炼炉熔分综合利用钒钛磁铁矿的方法，首先将钒钛磁铁矿、还原煤及粘结剂混匀后压成球团，干燥后装入转底炉内加热到1150～1350℃，还原30～40分钟；得到的高温金属化球团直接送入用煤气作燃料的蓄热式燃气熔分炉进行熔化分离，控制燃气熔分炉温度在1500-1620℃，得到含钒铁水和钛渣；钛渣用于生产钛白粉的原料，或经过浮选工艺生产富钛料；含钒铁水进入转炉中吹氧得到钒渣和半钢，除去钒渣后半钢继续冶炼成钢水。采用低热值的煤制气作为蓄热式燃气炉熔分的原动力，使煤制气工序与熔分工序相结合，可使用低热值的高炉煤气、煤制天然气，燃气炉熔分得到的含钒铁水碳含量非常低，纯净度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种钒钛磁铁矿的冶炼方法，尤其涉及一种转底炉还原-燃气熔炼炉熔分综合利用钒钛磁铁矿的方法。
背景技术
钒钛磁铁矿是磁铁矿(Fe3O4)－钛铁晶石(2FeO·TiO2)－镁铝尖晶石(MgO·Al2O3)－钛铁矿(FeO·TiO2)密切共生的复合体。钒钛磁铁矿富含铁、钒、钛等多种有价元素，具有极高的利用价值。世界上对钒钛磁铁矿资源综合利用开发并工业化的国家主要有南非、俄罗斯、新西兰和中国等，其中南非和新西兰采用的是回转窑-电炉工艺流程，主要回收Fe和V。中国和俄罗斯采用的高炉-转炉工艺流程，Ti回收效果不理想（Ti作为炉渣白白浪费）。
目前应用最多的是以下几种流程：
（1）高炉-转炉法工艺，即采用高炉冶炼钒钛矿，生产含钒铁水，然后转炉吹炼使钒氧化得到钒渣和半钢，钒渣经过化学处理生产得到钒氧化物，半钢再入转炉、二次精炼炉冶炼成合格的钢水，在实际生产中，高炉流程目前仍需要配加30%左右的普通矿，不能做到100%钒钛矿全炉冶炼，导致钛渣品位在25%以下，一般不回收利用。
（2）回转窑-电炉冶炼工艺，此工艺先用回转窑对钒钛磁铁矿进行预还原（还原温度在1200℃以下），然后将金属化球团送入电炉中冶炼，生产含钒铁水，并进行吹氧冶炼得到钒渣和半钢，半钢再用转炉冶炼成钢水。
（3）转底炉-电炉冶炼工艺，此工艺先用转底炉对钒钛磁铁矿进行预还原（还原温度在1250~1400℃），然后将金属化球团送入电炉中冶炼，生产含钒铁水，并进行吹氧冶炼得到钒渣和半钢，半钢再用转炉冶炼成钢水。然而由于高钛型炉渣熔化性温度高、粘度高，炉渣流动性差，因此在电炉熔分时钒的回收率较低，炉况很难控制，炉衬材料损毁严重。
另外，类似的处理工艺还有：隧道窑还原-电炉流程、竖炉-电炉流程、流化床-电炉流程等直接还原工艺与选矿工艺、电炉冶炼技术相结合的流程。以上几种工艺流程，高炉流程和转底炉-电炉流程在原料处理系统、高炉冶炼、电炉冶炼、铁水脱硫、钒渣提钒等均属于成熟技术，有很多生产线在实际运转，而采用燃气炉熔炼钒钛磁铁矿还没有相应的报道。
现有技术一：
中国专利CN101906498A公布了一种通过隧道窑直接还原将钒钛磁铁矿还原为钒钛海绵铁（还原温度1100~1150℃），然后通过电炉冶炼使渣中的五氧化二钒还原进入钢中，而钛渣则随炉扒出。由于钒钛磁铁矿中铁分别贮存于较易还原的Fe3O4和较难还原的2FeO·TiO2及FeO·TiO2中，难还原的铁矿物中的铁约占全铁的1/3。还原这部分铁氧化物，需要更高的还原温度和更加苛刻的气氛条件，因此当还原温度低于1200℃时，要获得80%以上高金属化率指标，只能大大的延长焙烧时间，这样导致隧道窑直接还原过程产能低、能耗高。另外，低温还原条件下，钒钛磁铁矿易发生粉化和粘结，窑车易损坏，生产作业率较低。
现有技术二：
目前钒钛磁铁矿直接还原-熔分的火法流程中，铁水和钛渣的分离一般是在电炉中完成的。中国专利CN101619371A公布了一种转底炉-电炉工艺处理钒钛磁铁矿的方法，直接还原温度控制在1300℃~1400℃，还原后的直接还原铁热装进入电炉熔化分离，得到含钒铁水和钛渣。通过控制渣中（FeO）的含量（<2%）使得85%以上的钒进入铁水中。但当渣中（FeO）较低时，炉渣流动性不好，需要进一步提高熔池温度以保证渣的流动性，导致能量消耗相对较高，此流程吨含钒铁水的能耗要高于传统的高炉流程。电炉熔分过程中直接还原铁存在再氧化的情况，通过外增碳保持还原性气氛，又会导致铁水中碳含量较高，而燃气熔炼炉则不存在这样的情况。
发明内容
本发明的目的是提供一种转底炉还原-燃气熔炼炉熔分综合利用钒钛磁铁矿的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的转底炉还原-燃气熔炼炉熔分综合利用钒钛磁铁矿的方法，包括步骤：
首先，将钒钛磁铁矿、还原煤及粘结剂混匀后压成球团，球团干燥后的生球装入转底炉内加热到1150～1350℃，还原30～40分钟；
还原得到的高温金属化球团经热送装置直接送入用煤气作燃料的蓄热式燃气熔分炉进行熔化分离，控制燃气熔分炉温度在1500-1620℃，得到含钒铁水和钛渣；
所述钛渣用于生产钛白粉的原料，或经过浮选工艺生产富钛料；
所述含钒铁水进入转炉中吹氧得到钒渣和半钢，除去钒渣后半钢继续冶炼成钢水。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的转底炉还原-燃气熔炼炉熔分综合利用钒钛磁铁矿的方法，由于首先将钒钛磁铁矿、还原煤及粘结剂混匀后压成球团，球团干燥后的生球装入转底炉内加热到1150～1350℃，还原30～40分钟；还原得到的高温金属化球团经热送装置直接送入用煤气作燃料的蓄热式燃气熔分炉进行熔化分离，控制燃气熔分炉温度在1500-1620℃，得到含钒铁水和钛渣；所述钛渣用于生产钛白粉的原料，或经过浮选工艺生产富钛料；所述含钒铁水进入转炉中吹氧得到钒渣和半钢，除去钒渣后半钢继续冶炼成钢水。采用低热值的煤制气作为蓄热式燃气炉熔分的原动力，使煤制气工序与熔分工序相结合，可使用低热值的高炉煤气、煤制天然气，燃气炉熔分得到的含钒铁水碳含量非常低，纯净度高，减轻后续冶炼负担，又可在冶炼时活跃熔池，强化脱气效果。
附图说明
图1为本发明实施例提供的转底炉还原-燃气熔炼炉熔分综合利用钒钛磁铁矿的方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述。
本发明的转底炉还原-燃气熔炼炉熔分综合利用钒钛磁铁矿的方法，其较佳的具体实施方式包括步骤：
首先，将钒钛磁铁矿、还原煤及粘结剂混匀后压成球团，球团干燥后的生球装入转底炉内加热到1150～1350℃，还原30～40分钟；
还原得到的高温金属化球团经热送装置直接送入用煤气作燃料的蓄热式燃气熔分炉进行熔化分离，控制燃气熔分炉温度在1500-1620℃，得到含钒铁水和钛渣；
所述钛渣用于生产钛白粉的原料，或经过浮选工艺生产富钛料；
所述含钒铁水进入转炉中吹氧得到钒渣和半钢，除去钒渣后半钢继续冶炼成钢水。
所述钒钛磁铁矿的粒度为100目~200目，所述还原煤的粒度小于1mm，所述还原煤的加入量占所述钒钛磁铁矿重量的25~30%，所述粘结剂为有机粘结剂，所述粘结剂重量为总混合料的4~6%。
配好的混合原料经斗式提升机运入强力混合机混合，控制压球水分在6%－10%，混匀后的物料送至高压对辊压球机压制成球团。
所述生球的烘干温度不超过350℃，干燥后入炉生球的水分<2%，强度为0.5m高自由落到钢板上的落下强度5~8次。
所述转底炉为蓄热式转底炉，所述热送装置为热装罐，所述球团的金属化率达到88%以上。
所述含钒铁水的成分控制在：C<0.8~1.6%、V>0.36%、Si<0.35%、S<0.08%。
所述含钒铁水在转炉吹炼后得到的钒渣中五氧化二钒>12%，钒氧化率92%以上，铁氧化率1%以下，钒渣可作为后续提取V2O5的原料，吹钒后半钢含碳量<1.5%，残钒<0.04%。
所述钛渣中，各成份的重量含量为：
TiO2>40%、TFe3~5%、V 2O5<0.5%。
本发明采用转底炉高温快速还原，还原时间20～40分钟，产能大、能耗低（现有技术中的隧道窑直接还原过程多达几十个小时，产能低、能耗高）；采用燃气熔分代替昂贵的电能熔分工艺，能耗低，具体是：
（1）与高炉流程相比，采用转底炉直接还原-燃气炉熔分工艺，原料处理流程短，省去了高炉流程所必须的焦化、烧结等工序。流程原料结构简单，只需钒钛矿和普通还原煤，整个工艺过程所需燃料及动力可以全部来自于非焦煤，也无焦煤资源采购的困扰。
（2）与其它直接还原方法相比，转底炉法有三个的特点：一是还原温度比现有其他直接还原法高，还原所需的时间短；二是煤质的要求一般，绝大多数煤种都可使用，如无烟煤、烟煤、褐煤等。三是不仅能还原高品位铁精粉，而且也能使用低品位铁矿粉，并且物料与炉底相对静止不动，粉料率低。
（3）与电炉熔分相比，燃气熔分炉处理钒钛磁铁矿还鲜有报道，本发明中采用低热值的煤制气作为燃料并与蓄热式燃烧技术相结合，降低了熔分过程的能耗；同时避免了电炉电极材料损毁进入铁水与钛渣中，铁水杂质含量较低。整个流程电耗很低，非常适合电力稀缺而煤气、天燃气资源丰富的地区。
（4）电炉需外加碳才能保持还原气氛，燃气炉可以通过烧嘴控制比较低的空燃比，使炉内保持还原气氛，防止金属化球团的再氧化，并且由于燃气炉熔炼不需要向炉内补碳，铁水含碳量较低，铁水纯净度高。
具体实施例的基本工艺流程是：
本发明的钒钛磁铁矿转底炉煤基直接还原-燃气熔分炉综合利用钒钛磁铁矿的方法。首先将一定量的钒钛磁铁矿、还原煤及粘结剂混匀后压球，球团干燥后的生球装入转底炉内加热到1150～1350℃，还原30～40分钟，还原得到的高温金属化球团热装罐直接送入用煤气作燃料的蓄热式燃气熔分炉进行熔化分离，控制燃气熔分炉温度在1500-1620℃，得到含钒铁水和钛渣。还原熔炼得到的高钛渣可作为生产钛白粉的优质原料，也可以经过浮选工艺生产富钛料。燃气炉出渣后的含钒铁水进入转炉中吹氧得到钒渣和半钢，除去钒渣后半钢继续冶炼成钢水。具体工艺流程见附图1。
具体实施例的工艺条件是：
钒钛磁铁矿矿粉的粒度100目~200目，煤粉粒度一般小于1mm，煤粉加入量占矿粉的25~30%，粘结剂采用自制有机粘结剂，一般为总混合料的4~6%。配好的原料经斗式提升机运入强力混合机混合，为控制压球水分在8%左右，混合机需设置加水装置，控制混合料水分<6%，混匀后的物料送至高压对辊压球机压制成生球。生球的烘干温度需低于配煤的热解温度，一般不超过350℃，干燥后入炉球团水分<2%，0.5m高自由落到钢板上的落下强度5~8次。各项指标合格的干球经布料器装入转底炉。蓄热式转底炉各区温度控制在1150~1350℃，球团在炉内的停留时间为30~40min，金属化率达到88%以上。
转底炉产出的热态金属化球团经热送装置进入燃气熔炼炉熔化、还原及渣铁分离。燃气炉温度控制在1500~1620℃，得到含钒铁水和钛渣。钒的还原率>82%，含钒铁水成分控制在[C]<0.8~1.6%，[V]>0.36%，[Si]<0.35%，[S]<0.08%（脱硫后<0.02%）。燃气炉熔分得到的钛渣TiO2>40%，TFe控制在3~5%，V2O5<0.5%。
含钒铁水在转炉吹炼后得到的钒渣中五氧化二钒>12%，钒氧化率92%以上，铁氧化率1%以下，钒渣可作为后续提取V2O5的原料。吹钒后半钢含碳量<1.5%，残钒<0.04%。
具体实施例：
实施例一：
钒钛磁铁矿成分：TFe 59.28%，TiO29.14%，V2O50.47%。100目以上的占90%，采用1mm以下的无烟煤，其中固定碳75.34%，灰分10.94%，挥发分12.5%，全硫0.45%。物料配比为：钒钛矿：煤粉：粘结剂=100：24：6。混匀后采用对辊压球机制成球团，球团烘干后通过布料机进入转底炉炉底，双层布料，厚度约24mm。炉内的还原温度在1200~1350℃，其中1350℃保持时间约17min，整个还原过程39min。转底炉预还原后的金属化率>88%，热装罐进入燃气熔分炉，燃气炉温度在1450~1620℃，熔分时间60min。熔分结束后钛渣和铁水通过不同的通道分别排到铁水包和渣罐中。其中含钒铁水的成分为：[C]=1.02%，[V]=0.35%，[Si]=0.25%，含钒铁水经转炉提钒后得到的钒渣品位为12%（V2O5）。钛渣中二氧化钛品位约40%，可以经过浮选工艺进一步提高钛渣中TiO2的品位，之后作为硫酸法制取钛白粉的原料。整个工艺过程中铁回收率为96.2%，TiO2回收率94.5%，V回收率达到82%。
实施例二：
钒钛磁铁矿成分：TFe 54.45%，TiO216.24%，V2O51.02%。200目以上的占40%，采用1mm以下的无烟煤，其中固定碳75.34%，灰分10.94%，挥发分12.5%，全硫0.45%。物料配比为：钒钛矿：煤粉：粘结剂=100：24：6。混匀后采用对辊压球机制成球团，球团烘干后通过布料机进入转底炉炉底，双层布料，厚度约24mm。炉内的还原温度在1150~1350℃，其中1350℃保持时间约17min，整个还原过程39min。转底炉预还原后的金属化率>90%，热装罐进入燃气熔分炉，燃气炉温度在1450~1600℃，熔分时间60min。熔分结束后钛渣和铁水通过不同的通道分别排到铁水包和渣罐中。其中含钒铁水的成分为：[C]=1.36%，[V]=0.54%，[Si]=0.30%，含钒铁水经转炉提钒后得到的钒渣品位为18.6%（V2O5）。钛渣中二氧化钛品位61.6%，可直接作为硫酸法制取钛白粉的原料。整个工艺过程中铁回收率为95.6%，TiO2回收率95.9%，V回收率达到88.7%。
本发明采用蓄热式转底炉进行快速直接还原，通过蓄热式烧嘴蓄热体充分回收废热，余热得到很好的利用，得到相同金属化率的直接还原铁，蓄热式转底炉比隧道窑、回转窑直接还原阶段节能30%以上。
本发明处理的钒钛磁铁矿TiO2品位为9.14%，接近钛回收利用的下限值，采用燃气炉熔分工艺，可使钛渣品位达到40%，使二氧化钛得到了最大程度的富集，为我国处理低品位钒钛磁铁矿提供了一条可行的工艺路线。
本发明得到的含钒铁水碳含量很低，铁水纯净度高，降低后续冶炼工艺的成本。
本发明采用低热值的煤制气作为蓄热式燃气炉熔分的原动力，使煤制气工序与熔分工序相结合，属于煤炭资源高值化利用与矿产资源综合利用的集成。
本发明采用转底炉直接还原-燃气炉熔分处理钒钛磁铁矿属于新的工艺流程，尤其是燃气炉熔分部分；燃气熔炼炉为蓄热式熔炼炉，可使用低热值的高炉煤气、煤制天然气；本发明中燃气炉熔分得到的含钒铁水碳含量非常低，纯净度高，减轻后续冶炼负担，又可在冶炼时活跃熔池，强化脱气效果，是生产高附加值产品的重要原料。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (1)
1.一种转底炉还原-燃气熔炼炉熔分综合利用钒钛磁铁矿的方法，其特征在于，包括步骤：
首先，将钒钛磁铁矿、还原煤及粘结剂混匀后压成球团，球团干燥后的生球装入转底炉内加热到1150～1350℃，还原30～40分钟，其中1350℃保持时间为17min；
还原得到的高温金属化球团经热送装置直接送入用煤气作燃料的蓄热式燃气熔分炉进行熔化分离，控制燃气熔分炉温度在1500-1620℃，得到含钒铁水和钛渣；
所述钛渣用于生产钛白粉的原料，或经过浮选工艺生产富钛料；
所述含钒铁水进入转炉中吹氧得到钒渣和半钢，除去钒渣后半钢继续冶炼成钢水；
所述钒钛磁铁矿中TiO2品位为9.14%，所述钒钛磁铁矿的粒度为100目～200目，所述还原煤的粒度小于1mm，所述还原煤的加入量占所述钒钛磁铁矿重量的25～30%，所述粘结剂为有机粘结剂，所述粘结剂重量为总混合料的4～6%；
配好的混合原料经斗式提升机运入强力混合机混合，控制压球水分在6%－10%，混匀后的物料送至高压对辊压球机压制成球团；
所述生球的烘干温度不超过350℃，干燥后入炉生球的水分<2%，强度为0.5m高自由落到钢板上的落下强度5～8次；
所述转底炉为蓄热式转底炉，所述热送装置为热装罐，所述球团的金属化率达到88%以上；
所述含钒铁水的成分控制在：C0.8～1.6%、V>0.36%、Si<0.35%、S<0.08%；
所述含钒铁水在转炉吹炼后得到的钒渣中五氧化二钒>12%，钒氧化率92%以上，铁氧化率1%以下，钒渣可作为后续提取V2O5的原料，吹钒后半钢含碳量<1.5%，残钒<0.04%；
所述钛渣中，各成份的重量含量为：
TiO2>40%、TFe3～5%、V2O5<0.5%。
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