CN104178647B - 钛精矿冶炼钛渣品位的确定方法及钛精矿冶炼钛渣方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钛精矿还原冶炼钛渣品位的确定方法，特别适用于大型钛渣冶炼电炉工艺。本发明提供一种钛精矿冶炼钛渣品位的确定方法，包括以下步骤：a采用钛精矿冶炼钛渣，假定所选钛精矿用来冶炼品位分别为70-85％之间不同值的钛渣；b根据步骤a中假定钛渣品位预估钛渣中FeO和Ti₂O₃的含量；c根据假定钛渣品位及所得％Ti₂O₃和％FeO，预估所选钛精矿冶炼钛渣所需电耗，d根据所得电耗，结合所选钛精矿和所得钛渣的市场价格，选择综合生产成本最低的钛渣品位进行冶炼。本发明的方法可实现：在采用某些钛精矿还原冶炼钛渣时，能预先估计所选钛精矿应冶炼哪一品位的钛渣时生产成本最低，从而指导大型钛渣冶炼电炉进行冶炼钛渣。

Description

钛精矿冶炼钛渣品位的确定方法及钛精矿冶炼钛渣方法

技术领域

本发明涉及一种钛精矿还原冶炼钛渣品位的确定方法，特别适用于大型钛渣冶炼电炉工艺。

背景技术

钛渣冶炼行业在国内迅速发展，但普遍技术落后。目前国内在熔炼工艺的技术和经济合理性，主要集中体现在钛渣品位的选择上，经济电耗的钛渣品位需通过控制FeO含量来实现，而实际冶炼过程并未按此操作。由于采用不同矿种冶炼相同品位钛渣，其FeO含量不尽相同，FeO含量的高低直接关系到钛渣冶炼的技术经济指标，因此冶炼电耗也不同。国外先进钛渣冶炼技术一直对外严格保密。钛渣冶炼过程中FeO含量存在着“经济临界点”，如果低于“经济临界点”的钛渣，电耗将随之急剧升高，这对一定的输入功率来说也对应着电炉产能的降低，且其操作难度增大。

另外，钛渣中合适的FeO含量与挂渣层维护密切相关，FeO含量过高，产生的泡沫渣品位低、流动性好，反而会冲刷掉原有的挂渣层；而FeO含量过低，焦炭与钛渣反应缓慢，达不到适宜的泡沫化程度，难以实现挂渣目的。

可见，合适的FeO含量能保证与之相应的经济钛渣品位，节省多余时间和电能，以达到降本增效的目的。因此，如果在采用钛精矿还原冶炼钛渣时，如果能预先估计钛渣中FeO含量，进而得到冶炼钛渣所需电耗，对采用钛精矿冶炼何种品位的钛渣具有至关重要的指导作用，从而能够有效地选择经济电耗的钛渣品位，进而降低冶炼成本，这尤其适用于大型钛渣冶炼电炉。

发明内容

本发明针对上述现状，提供一种钛精矿还原冶炼钛渣品位的确定方法，所得方法能够有效地评估某一特定的钛精矿及还原剂适于冶炼哪一品位的钛渣。

本发明的技术方案：

本发明提供一种钛精矿冶炼钛渣品位的确定方法，包括以下步骤：

a、采用钛精矿还原冶炼钛渣，假定所选钛精矿用来冶炼品位分别为70-85％之间不同值的钛渣；

b、根据步骤a中假定钛渣品位预估不同品位钛渣中FeO的含量，预估方法为：

1)分析检测所选钛精矿及所选还原剂灰分中TiO₂、FeO、Fe₂O₃、MnO、MgO、CaO、SiO₂、Al₂O₃、Cr₂O₃、V₂O₅的含量；

2)预估所选钛精矿冶炼得到的钛渣中杂质氧化物M_xO_y的含量，记为M_xO_y％，采用式1分别计算钛渣中M_xO_y的含量：

M_xO_y含量＝(所选钛精矿和所选还原剂灰分中M_xO_y的含量×M_xO_y的入渣率×假定钛渣品位)/(钛精矿品位×TiO₂的收率)(1)

式1中，M_xO_y为钛渣中杂质氧化物的通式，M为Fe、Mn、Mg、Ca、Si、Al、Cr或V元素中的一种，1≤x≤5，1≤y≤5；

式1中，所选钛精矿和所选还原剂灰分中M_xO_y的含量由步骤1测得，假定钛渣品位为步骤a中所假定的冶炼钛渣品位，M_xO_y的入渣率分别为：MgO93.62％、MnO87.21％、CaO97.1％、V₂O₅82％、Al₂O₃91.5％、SiO₂71.6％、Cr₂O₃100％；钛精矿品位为步骤1所得的TiO₂的含量；TiO₂的收率为97％，

3)预估钛渣中FeO的含量，采用式2-6进行计算：

(％Ti₂O₃)eq＝(％Ti₂O₃)+(M_Ti2O3/M_V2O5)(％V₂O₅)+(M_Ti2O3/M_Cr2O3)(％Cr₂O₃)+(M_Ti2O3/M_Al2O3)(％Al₂O₃)(2)

(％Ti₂O₃)eq＝-2.0737(％FeO)eq+0.64527(3)

(％TiO₂)eq＝(％TiO₂)+(2M_Ti/M_Ti2O3)×(M_TiO2/M_Ti)(％Ti₂O₃)(4)

(％FeO)eq+(％Ti₂O₃)eq+(％TiO₂)＝100％(5)

(％FeO)eq＝(％FeO)+(M_FeO/M_MgO)(％MgO)+(M_FeO/M_MnO)(％MnO)+(M_FeO/M_CaO)(％CaO)+(M_FeO/M_SiO2)(％SiO₂)/2(6)；

式中，(％Ti₂O₃)eq、(％FeO)eq分别表示Ti₂O₃、FeO的等效含量，(％TiO₂)eq表示步骤a中假定的钛渣的品位；M_Ti、M_TiO2、M_Ti2O3、M_V2O5、M_Cr2O3、M_Al2O3、M_FeO、M_MgO、M_MnO、M_CaO、M_SiO2分别为Ti及各氧化物的摩尔质量；％V₂O₅、％MgO、％MnO、％Cr₂O₃、％Al₂O₃、％CaO、％SiO₂为步骤2所得钛渣中各氧化物的含量，％Ti₂O₃、％FeO分别表示钛渣中Ti₂O₃和FeO的含量；本发明中，无特殊指明，各氧化物的含量均指其质量含量；

c、根据假定钛渣品位及步骤b所得％Ti₂O₃和％FeO(即Ti₂O₃和FeO的含量)，预估所选钛精矿冶炼钛渣所需电耗，预估方法为：

采用式7确定钛精矿冶炼钛渣所需电耗：

所选钛精矿冶炼钛渣所需电耗＝理论吨钛渣电耗/电炉电效率(7)

式7中，电炉电效率由冶炼设备和冶炼工艺确定；

式7中，理论吨钛渣电耗采用式8计算：

理论吨钛渣电耗＝钛渣升温吸收热量Q₁+铁水升温吸收热量Q₂+还原反应热Q₃(8)

Q₁、Q₂和Q₃分别采用式9-11得到：

钛渣升温吸收热量Q₁：

式9中：А₁–钛渣质量kg；C_p·q–钛渣比热，取值为0.27142kcal/kg.℃；

t–钛渣出渣温度，为1680-1700℃；λq–熔化热，取值为198.6367kcal/kg；

铁升温吸收热量Q₂：

$Q_2=A_2\·[C_{p_1\·q}\·t_1+{\mathrm{\λ}}_q+C_{p_2\·q}\·(t_2-t_1)]---\left(10\right)$

式10中：А₂-铁质量，铁质量/A₁＝0.46，kg；С_p1·q-固态铁比热，取值为0.11096kcal/kg.℃；C_p2·q-液态铁比热，取值为0.18526kcal/kg.℃；λq–熔化热，取值为67.2754kcal/kg；t₂-出铁温度，为1470-1520℃；t₁-铁熔化温度，取值为1250℃；

还原反应热Q₃：

Q₃＝FeO所需还原反应热+Fe₂O₃所需还原反应热+TiO₂所需还原反应热(11)

FeO所需还原反应热、Fe₂O₃所需还原反应热、TiO₂所需还原反应热的确定方式为：

所选钛精矿还原冶炼钛渣过程中，还原反应及反应热如式12-14，根据所选钛精矿成分和吨钛渣矿耗，结合式13确定Fe₂O₃所需还原反应热，吨钛渣矿耗等于钛渣品位/(钛精矿品位×TiO₂的收率)；根据钛精矿成分和吨钛渣矿耗，以及步骤b得到的钛渣中FeO含量，结合式12确定FeO所需还原反应热；根据步骤b得到的钛渣中Ti₂O₃的含量，将Ti₃O₅等效为TiO₂和Ti₂O₃，通过Ti₂O₃含量进而推算出Ti₃O₅含量，结合式14确定TiO₂所需还原反应热；

FeO+C＝Fe+COΔН＝158.49kJ/mol(12)

Fe₂O₃+3C＝2Fe+3COΔН＝490.02kJ/mol(13)

3TiO₂+C＝Ti₃O₅+COΔН＝264.52kJ/mol(14)

d、根据步骤c所得电耗，再结合所选钛精矿的市场价格，选择综合成本最低(即电耗与原料价格综合比较后成本最低的)的钛渣品位进行冶炼。

优选的，上述步骤b中，式7中的电炉效率的确定方式为：采用现有冶炼工业和现有的冶炼设备对某一钛精矿进行冶炼，冶炼完成后得到该冶炼设备的电炉电效率；当步骤a使用相同的冶炼工业和设备冶炼，所选钛精矿不同，那么两者的电炉电效率相同。

采用现有冶炼工业和现有的冶炼设备对某一钛精矿进行冶炼，冶炼完成后得到该设备的电炉效率；而步骤a中使用相同的冶炼工业和设备冶炼，仅仅是所选钛精矿不同时，两者的电炉效率相同。

更优选的，上述步骤b中，采用25～30MW交流电炉冶炼，式7中的电炉效率为56％。

本发明还提供一种钛精矿还原冶炼钛渣的方法，首先按照上述钛精矿冶炼钛渣品位的确定方法确定冶炼钛渣的品位，再按照确定钛渣品位时所假定的原料配比称料进行还原冶炼得到钛渣。

有益效果：

本发明提供的钛精矿冶炼钛渣品位的确定方法，可实现：在采用某些钛精矿还原冶炼钛渣时，能预先估计所选钛精矿冶炼某一品位钛渣时所得钛渣中FeO含量和Ti₂O₃含量，进而得到冶炼该品位钛渣所需电耗，再结合所选钛精矿等的市场价格，综合评估采用该种矿冶炼哪种品位的钛渣其综合成本最低，从而能够有效地选择经济电耗的钛渣品位，进而降低冶炼成本，这尤其适用于大型钛渣冶炼电炉。

具体实施方式

本发明提供一种钛精矿还原冶炼钛渣品位的确定方法，具体为：

1、钛精矿成分主要有TiO₂、FeO、Fe₂O₃、MnO、MgO、CaO、SiO₂、Al₂O₃、Cr₂O₃、V₂O₅，以及还原剂灰分中杂质氧化物主要有CaO、MgO、SiO₂、Al₂O₃，根据(％FeO)eq，(％Ti₂O₃)e_q和(％TiO₂)总和折合为100％方法，其中认定(％TiO₂)以Ti⁴⁺形式存在渣中，以TiO₂形式表示，将二价离子(Ca²⁺、Mg²⁺、和Mn²⁺)和四价离子Si⁴⁺一半等效为Fe²⁺，和三价离子(Al³⁺、Cr³⁺和V³⁺)代替Ti³⁺，具体(％FeO)eq和(％Ti₂O₃)eq，如下：

(％FeO)eq＝(％FeO)+(M_FeO/M_MgO)(％MgO)+(M_FeO/M_MnO)(％MnO)+(M_FeO/M_CaO)(％CaO)+(M_FeO/M_SiO2)(％SiO₂)/2

(％Ti₂O₃)eq＝(％Ti₂O₃)+(M_Ti2O3/M_V2O5)(％V₂O₅)+(M_Ti2O3/M_Cr2O3)(％Cr₂O₃)+(M_Ti2O3/M_Al2O3)(％Al₂O₃)

其中M_i为氧化物i的摩尔质量，(％FeO)、(％MgO)、(％MnO)、(％Cr₂O₃)、(％Ti₂O₃)、(％Al₂O₃)、(％SiO₂)为钛渣中氧化物含量质量百分比。

另外，使用不同矿(％FeO)eq和(％Ti₂O₃)eq存在一定线性关系，其方程如下：

(％Ti₂O₃)eq＝-2.0737(％FeO)eq+0.64527。

根据钛精矿和还原剂杂质元素成分及用量，结合杂质元素入渣率，计算出钛渣中杂质元素成分含量，接着确定所冶炼钛渣品位(％TiO₂)eq，即钛渣中Ti⁴⁺与(％Ti₂O₃)中Ti³⁺总量之和，接着根据等效法，认为(％FeO)eq，(％Ti₂O₃)eq和(％TiO_2-钛渣中二氧化钛的含量)总和折合为100％，并根据钛渣中杂质元素成分含量计算出(％FeO)eq和(％Ti₂O₃)eq方程，结合(％FeO)eq和(％Ti₂O₃)eq线性关系，即(％TiO₂)eq＝(％TiO₂)+n(％Ti₂O₃)，n为1.11，最终计算出冶炼钛渣品位为70～85％中FeO含量和Ti₂O₃含量。

(2)根据公式理论吨渣电耗＝渣升温吸收热量Q₁+铁水升温吸收热量Q₂+还原反应热Q₃，电炉电效率＝理论吨渣电耗/估算炉前吨渣电耗，其电炉效率的确定方式为：采用现有冶炼工业和现有的冶炼设备对某一钛精矿进行冶炼，冶炼完成后得到该设备的电炉效率；而步骤a中使用相同的冶炼工业和设备冶炼，仅仅是所选钛精矿不同时，两者的电炉效率相同，由此计算出冶炼钛渣品位为70～85％中FeO含量所需理论电耗。

(3)通过不同FeO含量下判断选择适合经济电耗的钛渣品位，由此方法能及时制定生产经济合适品位钛渣的冶炼操作制度，可以降低电耗同时减少更换矿种后调整时间。

实施例1

该方法在攀枝花某钛渣冶炼单位25500kVA钛渣冶炼电炉上采用60％云矿配加40％攀矿方法进行冶炼品位为74％、80％钛渣。首先根据云矿、攀矿和焦丁成分，矿/还原剂配比为100:12，按等效法和物料平衡原理计算出冶炼TiO₂含量为74％，FeO为11.7％；冶炼TiO₂含量为80％，FeO为5.6％；然后根据公式理论吨渣电耗＝渣升温吸收热量+铁水升温吸收热量+还原反应热，电炉电效率＝理论吨渣电耗/估算炉前吨渣电耗，电炉电效率为56％；由此计算出：冶炼74渣，炉前吨渣电耗为2447.23kWh，冶炼80渣，吨渣电耗为2676.97kWh；即冶炼74渣较80渣电耗更少，再结合冶炼时云矿与攀矿的市场价格，最终确定冶炼哪种品位的钛渣，如根据2012年市场价格来看，云矿配加攀矿冶炼74渣价格方面也优于80渣；因此选择采用云矿加攀矿在攀枝花该钛渣冶炼单位该冶炼路上冶炼品位为74渣。再按照上述原料配比称取原料进行还原冶炼74钛渣，从而实现了节省成本的目的；若采用单独冶炼74渣、80渣后再进行比较，那么既浪费了冶炼80渣的时间，又浪费了电耗、原料、人工等。

上述实施例中具体计算过程如下：

(1)％FeO和％Ti₂O₃的计算

钛精矿化学成分％

钛矿	TiO2	FeO	Fe2O3	SiO2	Al2O3	CaO	MgO	MnO	V2O5	Cr2O3
											攀矿	46.39	35.06	5.5	3.88	1.247	0.883	5.47	0.677	0.1	0.01
云矿	45.83	34.98	11.89	2.72	1.17	0.370	0.1	1.11	0.197	0.035

焦丁化学成分％

成分	固定碳	挥发份	灰分	*TFe	*CaO	*MgO	*SiO2	*Al2O3
									焦碳	85.58	1.4	13.42	6.45	5.89	2.58	48.28	23.45

原料成分如下：

由于矿中SiO₂含量少，没有考虑SiO₂还原，而在冶炼钛渣中MgO、Al₂O₃、Cr₂O₃、MnO等杂质基本不还原，并且这些杂质进入钛渣相是一定的。根据生产和冶炼经验，矿和还原剂中杂质成分入渣率为MgO93.62％、MnO87.21％、CaO97.1％、V₂O₅82％、Al₂O₃91.5％、SiO₂71.6％、Cr₂O₃含量较低认为全部进入渣相，由此计算出钛渣中各杂质元素成分如下：按公式

钛渣中各杂质元素成分含量＝矿和还原剂中杂质元素成分含量×入渣率×钛渣品位/(钛精矿品位×TiO₂的收率)，TiO₂的收率为97％。

冶炼74渣，钛渣品位为74％，根据矿/还原剂为100:12，钛渣中杂质氧化物计算如下：

(％MgO)＝2.3％×0.9362×74％/(46.05％×97％)＝3.55％

(％MnO)＝0.94％×0.8721×74％/(46.05％×97％)＝1.35％

(％CaO)＝0.7％×0.971×74％/(46.05％×97％)＝1.08％

(％V₂O₅)＝0.16％×0.82×74％/(46.05％×97％)＝0.21％

(％Cr₂O₃)＝0.025％×74％/(46.05％×97％)＝0.0414％

(％Al₂O₃)＝1.67％×0.915×74％/(46.05％×97％)＝2.39％

(％SiO₂)＝4.16％×0.716×74％/(46.05％×97％)＝4.7％

由此列出方程式①、②、③、④、⑤、⑥如下：

(％FeO)eq＝(％FeO)+(72/40)×3.55％+(72/71)×1.35％+(72/56)×1.08％+(72/60)×4.7％/2＝(％FeO)+11.97％①

(％Ti₂O₃)eq＝(％Ti₂O₃)+(144/182×0.21％+(144/152)×0.0414％+(144/102)×2.39％＝(％Ti₂O₃)+3.59％②

(％FeO)eq+(％Ti₂O₃)eq+(％TiO₂)＝100％③

(％Ti₂O₃)eq＝-2.0737(％FeO)eq+0.64527④

(％TiO₂)eq＝(％TiO₂)+(96/144)×(80/48)(％Ti₂O₃)＝(％TiO₂)+1.11(％Ti₂O₃)⑤

(％TiO₂)eq＝74％⑥

由上面方程式所得：TiO₂含量为74％，FeO为11.7％，Ti₂O₃含量为11.78％；同理冶炼TiO₂含量为80％，FeO为5.6％；Ti₂O₃含量为22.16％。

(2)冶炼钛渣品位为74％、80％中FeO含量所需炉前电耗

1)渣升温吸收热量为Q₁

式中:А–渣质量kg；Ср.q–渣比热,kcal/kg.℃.取值为0.27142，t–钛渣出渣温度为1680℃；

λq–熔化热,kcal/kg.取值为198.6367。

那么生产1吨钛渣，渣升温吸收热量为：

Q₁＝1000·(0.27142·1680+198.6367)＝654622.3000kcal＝2740772.6456kJ

2)铁升温吸收热量为Q₂

Q₂＝A·[Сp₁·q·t₁+λ·q+Cp₂·q·(t₂-t₁)]

式中:А-铁质量,kg；Ср.₁q-固态铁比热,kcal/kg.℃.取值为0.11096；Ср.₂q-液态铁比热,kcal/kg.℃.取值为0.18526；λq–熔化热,kcal/kg.取值为67.2754；t₂-出铁温度，1470℃；t₁-铁熔化取值为1250℃；

那么生产1吨钛渣，铁升温吸收热量为：

Q₂＝463.4167·[0.11096·1250+67.2754+0.18526·(1470-1250)]＝114360.3976kcal＝478804.1127kJ

3)还原反应热Q₃

由于矿中SiO₂含量少，没有考虑SiO₂还原，而在冶炼钛渣中CaO、MgO等杂质基本不还原，所以还原过程中考虑主要反应为FeO的还原、Fe₂O₃的还原和TiO₂的还原，即：

FeO+C＝Fe+COΔН＝158.49kJ/mol(1)

Fe₂O₃+3C＝2Fe+3COΔН＝490.02kJ/mol(2)

3TiO₂+C＝Ti₃O₅+COΔН＝264.52kJ/mol(3)

根据已知钛精矿成分和吨渣矿耗，以及已计算出的钛渣中FeO和Ti₂O₃成分，另外，一般将Ti₃O₅等效为TiO₂和Ti₂O₃，通过计算出钛渣中Ti₂O₃成分进而推算出Ti₃O₅，根据上面提到化学反应方程式(1)、(2)、(3)，并计算出所需还原反应热。

所选钛精矿还原冶炼钛渣过程中，根据所选钛精矿成分和吨钛渣矿耗(等于钛渣品位/(钛精矿品位×TiO₂的收率))，结合式2确定Fe₂O₃所需还原反应热(冶炼钛渣时，Fe₂O₃被认为全部还原为Fe，钛渣中不含Fe₂O₃)；根据钛精矿成分和吨钛渣矿耗，以及前面得到的钛渣中FeO的含量(实际参加反应的FeO的含量＝矿中FeO的含量-钛渣中FeO的含量)，结合式1确定FeO所需还原反应热；根据前面得到的钛渣中Ti₂O₃的含量，将Ti₃O₅等效为TiO₂和Ti₂O₃，通过Ti₂O₃含量进而推算出Ti₃O₅含量，结合式3确定TiO₂所需还原反应热。

进而计算出：冶炼74渣，其炉前吨渣电耗为2447.23kWh，冶炼80渣，其炉前吨渣电耗为2676.97kWh.

实施例2

该方法在攀枝花某钛渣冶炼单位25500kVA钛渣冶炼电炉上采用莫矿进行冶炼品位为80％、85％钛渣。首先根据莫矿成分和干馏煤成分，配比为100:12，按等效法和物料平衡原理，计算出冶炼TiO₂含量为80％，FeO为15％左右，冶炼TiO₂含量为85％，FeO为10％左右，然后根据公式理论吨渣电耗＝渣升温吸收热量+铁水升温吸收热量+还原反应热,电炉电效率＝理论吨渣电耗/估算炉前吨渣电耗，电炉电效率为56％，由此计算出：冶炼80渣，炉前吨渣电耗为2542.96kWh，冶炼85渣，吨渣电耗为2734.59kWh，虽然采用莫矿冶炼80渣比85渣电耗低，但若按2012年莫矿和80渣以及85渣市场价格来看，并核算出其两者的生产成本进行对比，最终确定采用莫矿冶炼85渣要优于80渣。

计算过程如下：

(1)(％FeO)计算

钛精矿化学成分％

钛矿	TiO2	FeO	Fe2O3	SiO2	Al2O3	CaO	MgO	MnO	V2O5	Cr2O3
											莫矿	50.21	24.55	20.47	1.61	0.58	0.11	0.18	1.55	微量	0

无烟煤化学成分％

成分	固定碳	挥发份	灰分	*TFe	*CaO	*MgO	*SiO2	*Al2O3
									无烟煤	89.56	6.28	4.16	8.77	2.21	2.8	46.88	27.83

原料成分如下：

由于矿中SiO₂含量少，没有考虑SiO₂还原，而在冶炼钛渣中MgO、Al₂O₃、Cr₂O₃、MnO等杂质基本不还原，并且这些杂质进入钛渣相是一定的。根据生产和冶炼经验，矿和还原剂中杂质成分入渣率为MgO93.62％、MnO87.21％、CaO97.1％、V₂O₅82％、Al₂O₃91.5％、SiO₂71.6％、Cr₂O₃含量较低认为全部进入渣相，由此计算出钛渣中各杂质元素成分如下：按公式杂质元素成分含量＝矿和还原剂中杂质元素成分含量×入渣率×钛渣品位/(钛精矿品位×TiO₂的收率)，TiO₂的收率一般97％。

冶炼85渣，钛渣品位为85％，根据矿/还原剂为100:12，钛渣中杂质氧化物计算如下：

(％MgO)＝0.19％×0.9362×85％/(50.21％×97％)＝0.32％

(％MnO)＝1.55％×0.8721×85％/(50.21％×97％)＝2.36％

(％CaO)＝0.12％×0.971×85％/(50.21％×97％)＝0.21％

(％V₂O₅)＝0％

(％Cr₂O₃)＝0％

(％Al₂O₃)＝1.15％×0.915×85％/(50.21％×97％)＝1.15％

(％SiO₂)＝2.3％×0.716×85％/(50.21％×97％)＝2.3％

由此列出方程式①、②、③、④、⑤、⑥如下：

(％FeO)eq＝(％FeO)+(72/40)×0.32％+(72/71)×2.36％+(72/56)×0.21％+(72/60)×2.3％/2＝(％FeO)+4.6％①

(％Ti₂O₃)eq＝(％Ti₂O₃)+(144/102)×1.15％＝(％Ti₂O₃)+1.62％②

(％FeO)eq+(％Ti₂O₃)eq+(％TiO₂)＝100％③

(％Ti₂O₃)eq＝-2.0737(％FeO)eq+0.64527④

(％TiO₂)eq＝(％TiO₂)+(96/144)×(80/48)(％Ti₂O₃)＝(％TiO₂)+1.11(％Ti₂O₃)⑤

(％TiO₂)eq＝85％⑥

由上面方程式所得：TiO₂含量为80％，FeO为16％，冶炼TiO₂含量为85％，FeO为12％。

(2)冶炼钛渣品位为80％、85％中FeO含量所需炉前电耗

1)渣升温吸收热量为Q₁

式中:А–渣质量kg；Ср.q–渣比热,kcal/kg.℃.取值为0.27142；t–钛渣出渣温度为1700℃；λq–熔化热,kcal/kg.取值为198.6367。

生产1吨钛渣，渣升温吸收热量为：

Q₁＝1000*(0.27142*1700+198.6367)＝2763500.27KJ

2)铁升温吸收热量为Q₂

Q₂＝A·[Сp₁·q·t₁+λ·q+Cp₂·q·(t₂-t₁)]

式中:А-铁质量,kg；Ср.₁q-固态铁比热,kcal/kg.℃.取值为0.11096；Ср.₂q-液态铁比热,kcal/kg.℃.取值为0.18526；λq–熔化热,kcal/kg.取值为67.2754；t₂-出铁温度,℃，出铁温度为1520℃；t₁-铁熔化温度,℃，取值为1250℃；

生产1吨钛渣，铁升温吸收热量为：

Q₂＝463.42*[0.11096*1250+67.2754+0.18526*(1520-1250)]＝496694.7KJ

3)还原反应热Q₃

由于矿中SiO₂含量少，没有考虑SiO₂还原，而在冶炼钛渣中CaO、MgO等杂质基本不还原，所以还原过程中考虑主要反应为FeO的还原、Fe₂O₃的还原和TiO₂的还原，即：

FeO+C＝Fe+COΔН＝158.49kJ/mol(1)

Fe₂O₃+3C＝2Fe+3COΔН＝490.02kJ/mol(2)

3TiO₂+C＝Ti₃O₅+COΔН＝264.52kJ/mol(3)

根据已知钛精矿成分和吨渣矿耗(等于钛渣品位/(钛精矿品位×TiO₂的收率))，以及已计算出的钛渣中FeO和Ti₂O₃成分，另外，一般将Ti₃O₅等效为TiO₂和Ti₂O₃，通过计算出钛渣中Ti₂O₃成分进而推算出Ti₃O₅，根据上面提到化学反应方程式(1)、(2)、(3)，并计算出所需还原反应热。

由此计算出：冶炼80渣，炉前吨渣电耗为2542.96kWh，冶炼85渣，吨渣电耗为2734.59kWh。

实施例2中，采用本发明的确定方法与单独采用两条生产线分别冶炼85渣和80渣后计算得到的电耗数值趋势基本相同。可见，本发明的方法可实现：在采用某些钛精矿还原冶炼钛渣时，能预先估计所选钛精矿应冶炼哪一品位的钛渣时生产成本最低，从而指导大型钛渣冶炼电炉进行冶炼钛渣。

Claims (4)

1.钛精矿冶炼钛渣品位的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、采用钛精矿还原冶炼钛渣，假定所选钛精矿用来冶炼品位分别为70-85％之间不同值的钛渣；

b、根据步骤a中假定钛渣品位预估不同品位钛渣中FeO的含量和Ti₂O₃的含量，预估方法为：

1)分析检测所选钛精矿及所选还原剂灰分中TiO₂、FeO、Fe₂O₃、MnO、MgO、CaO、SiO₂、Al₂O₃、Cr₂O₃、V₂O₅的含量；

2)预估所选钛精矿冶炼得到的钛渣中杂质氧化物M_xO_y的含量，记为M_xO_y％，采用式1分别计算钛渣中M_xO_y的含量：

M_xO_y含量＝(所选钛精矿和所选还原剂灰分中M_xO_y的含量×M_xO_y的入渣率×假定钛渣品位)/(钛精矿品位×TiO₂的收率)(1)

式1中，M_xO_y为钛渣中杂质氧化物的通式，M为Fe、Mn、Mg、Ca、Si、Al、Cr或V元素中的一种，1≤x≤5，1≤y≤5；

式1中，所选钛精矿和所选还原剂灰分中M_xO_y的含量由步骤1测得，假定钛渣品位为步骤a中所假定的冶炼钛渣品位，M_xO_y的入渣率分别为：MgO93.62％、MnO87.21％、CaO97.1％、V₂O₅82％、Al₂O₃91.5％、SiO₂71.6％、Cr₂O₃100％；钛精矿品位为步骤1所得的TiO₂的含量；TiO₂的收率为97％，

3)预估钛渣中FeO的含量，采用式2-6进行计算：

(％Ti₂O₃)eq＝(％Ti₂O₃)+(M_Ti2O3/M_V2O5)(％V₂O₅)+(M_Ti2O3/M_Cr2O3)(％Cr₂O₃)+(M_Ti2O3/M_Al2O3)(％Al₂O₃)(2)

(％Ti₂O₃)eq＝-2.0737(％FeO)eq+0.64527(3)

(％TiO₂)eq＝(％TiO₂)+(2M_Ti/M_Ti2O3)×(M_TiO2/M_Ti)(％Ti₂O₃)(4)

(％FeO)eq+(％Ti₂O₃)eq+(％TiO₂)＝100％(5)

(％FeO)eq＝(％FeO)+(M_FeO/M_MgO)(％MgO)+(M_FeO/M_MnO)(％MnO)+(M_FeO/M_CaO)(％CaO)+(M_FeO/M_SiO2)(％SiO₂)/2(6)；

式中，(％Ti₂O₃)eq、(％FeO)eq分别表示Ti₂O₃、FeO的等效含量，(％TiO₂)eq表示步骤a中假定的钛渣的品位；M_Ti、M_TiO2、M_Ti2O3、M_V2O5、M_Cr2O3、M_Al2O3、M_FeO、M_MgO、M_MnO、M_CaO、M_SiO2分别为Ti及各氧化物的摩尔质量；％V₂O₅、％MgO、％MnO、％Cr₂O₃、％Al₂O₃、％CaO、％SiO₂为步骤2所得钛渣中各氧化物的含量，％Ti₂O₃、％FeO分别表示钛渣中Ti₂O₃和FeO的含量；各氧化物的含量均指其质量含量；

c、根据假定钛渣品位及步骤b所得％Ti₂O₃和％FeO，预估所选钛精矿冶炼钛渣所需电耗，预估方法为：

采用式7确定钛精矿冶炼钛渣所需电耗：

所选钛精矿冶炼钛渣所需电耗＝理论吨钛渣电耗/电炉电效率(7)

式7中，电炉电效率由冶炼设备和冶炼工艺确定；

式7中，理论吨钛渣电耗采用式8计算：

理论吨钛渣电耗＝钛渣升温吸收热量Q₁+铁水升温吸收热量Q₂+还原反应热Q₃(8)

Q₁、Q₂和Q₃分别采用式9-11得到：

钛渣升温吸收热量Q₁：

式9中：А₁–钛渣质量kg；C_p·q–钛渣比热，取值为0.27142kcal/kg.℃；

t–钛渣出渣温度，为1680-1700℃；λq–熔化热，取值为198.6367kcal/kg；

铁升温吸收热量Q₂：

$Q_2=A_2\·\[C_{p_1\·q}\·t_1+{\mathrm{\λ}}_q+C_{p_2\·q}\·(t_2-t_1)\]---\left(10\right)$

式10中：А₂-铁质量，铁质量/A₁＝0.463，kg；-固态铁比热，取值为0.11096kcal/kg.℃；-液态铁比热，取值为0.18526kcal/kg.℃；λq–熔化热，取值为67.2754kcal/kg；t₂-出铁温度，为1470-1520℃；t₁-铁熔化温度，取值为1250℃；

还原反应热Q₃：

Q₃＝FeO所需还原反应热+Fe₂O₃所需还原反应热+TiO₂所需还原反应热(11)

FeO所需还原反应热、Fe₂O₃所需还原反应热、TiO₂所需还原反应热的确定方式为：

所选钛精矿还原冶炼钛渣过程中，还原反应及反应热如式12-14，根据所选钛精矿成分和吨钛渣矿耗，结合式13确定Fe₂O₃所需还原反应热，吨钛渣矿耗等于钛渣品位/(钛精矿品位×TiO₂的收率)，TiO₂的收率为97％；根据钛精矿成分和吨钛渣矿耗，以及步骤b得到的钛渣中FeO含量，结合式12确定FeO所需还原反应热；根据步骤b得到的钛渣中Ti₂O₃的含量，将Ti₃O₅等效为TiO₂和Ti₂O₃，通过Ti₂O₃含量进而推算出Ti₃O₅含量，结合式14确定TiO₂所需还原反应热；

FeO+C＝Fe+COΔН＝158.49kJ/mol(12)

Fe₂O₃+3C＝2Fe+3COΔН＝490.02kJ/mol(13)

3TiO₂+C＝Ti₃O₅+COΔН＝264.52kJ/mol(14)

d、根据步骤c所得电耗，再结合所选钛精矿的市场价格以及所得钛渣的市场价格，选择综合生产成本最低的钛渣品位进行冶炼。

2.根据权利要求1所述的钛精矿冶炼钛渣品位的确定方法，其特征在于，上述步骤c中，式7中的电炉电效率的确定方式为：采用现有冶炼工业和现有的冶炼设备对某一钛精矿进行冶炼，冶炼完成后得到该冶炼设备的电炉电效率；当步骤a使用相同的冶炼工业和设备冶炼，所选钛精矿不同，那么两者的电炉电效率相同。

3.根据权利要求1或2所述的钛精矿冶炼钛渣品位的确定方法，其特征在于，上述步骤c中，采用25～30MW交流电炉冶炼，式7中的电炉效率为56％。

4.钛精矿还原冶炼钛渣的方法，其特征在于，按照上权利要求1～3任一项所述的钛精矿冶炼钛渣品位的确定方法确定所选钛精矿冶炼钛渣的品位，再按照确定钛渣品位时所假定的原料配比称料进行还原冶炼得到钛渣。