CN104526189A - 一种微波复合还原剂还原钛铁矿制备焊条药皮的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微波复合还原剂还原钛铁矿制备焊条药皮的方法，属于冶金新技术领域。首先将钛铁矿、复合还原剂、添加剂磨碎至粒度为-50目，然后混合均匀得到混合物料，其中复合还原剂为无烟煤和木炭，添加剂为碳酸钠；将得到的混合物料置于微波高温反应器内，加热还原后，冷却至室温，经破碎、去碳、除杂后制备得到还原钛铁矿；将得到的还原钛铁矿与各原料配料后混合均匀得到焊条药皮。本方法采用复合还原剂，该复合还原剂针对现有技术中木炭还原剂成本较高，煤粉还原剂的还原效果不好，本发明采用无烟煤和木炭按照特定的比例组合形成复合还原剂，降低了成本且还原效果较好，其次本发明通过加入添加剂缩短了反应时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种微波复合还原剂还原钛铁矿制备焊条药皮的方法，属于有色冶金技术领域。
背景技术
金红石是焊条药皮的优良原料，而天然金红石日益枯竭，人造金红石主要用于生产氯化法二氧化钛且价格昂贵，所以还原钛铁矿在焊条生产中得到极大的重视，目前80％以上的J442型焊条药皮采用还原钛铁矿作为原料，其主要成分为TiO2和Fe，它既有金红石改善电弧稳定性及再引弧性能、改善熔渣流动性及焊缝成形、减少飞溅的作用，又有铁粉提高焊条熔敷性、改善药皮导电及再引弧性能的作用。目前应用于我国的煤基直接还原钛铁矿的方法主要有:馒头窑、隧道窑法、回转窑法、转底炉法等。但这些工艺存在较多的问题，主要表现在以下几个方面:①工艺复杂，还原时间长，能耗高，环境污染大；②对原料要求高，只能处理FeO含量高的原料；③除碳不完全，除碳工艺复杂；④还原程度不够，FeO含量高，产品质量低；⑤采用回转窑粉料直接还原易产生易结圈。
专利申请号为200710066219.1，名称为“一种钛铁矿制取电焊条用还原钛铁矿生产的方法”提供了一种制备焊条药皮用还原钛铁矿生产的方法，该方法采用复合球团配制-预氧化焙烧-复合球团碳热还原-冷却控制等工序，制得TiO2≥54%，FeO＜5%，C＜0.10%，S＜0.020%和P＜0.020%的电焊条用还原钛铁矿。此方法具有产品质量稳定、对原料适用性强等优点，但是工序复杂，热效率不高，需要将原料球团化，还原时间长，成本高。
专利申请号为95104658.6，名称为“电焊条用还原钛铁矿粉的制取方法”，该方法将钛精矿、焦炭粉、石灰石粉混合而成的还原剂分层相间隔的装入耐火材料罐体中，在1200±100℃经20～30小时还原而成。该方法提高产品品质，但是还原时间非常长。
专利申请号为2012100441081，名称为“一种工业微波窑炉生产还原钛铁矿的工艺方法”将原料送入微波高温窑内依次进行预热、烧结和冷却，但是该方法中采用的还原剂为煤灰还原剂，脱硫剂为石灰，依然存在常规还原剂成本高的缺点。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种微波复合还原剂还原钛铁矿制备焊条药皮的方法。本方法采用复合还原剂，该复合还原剂针对现有技术中木炭还原剂成本较高，煤粉还原剂的还原效果不好，本发明采用无烟煤和木炭按照特定的比例组合形成复合还原剂，降低了成本且还原效果较好，其次本发明通过加入添加剂缩短了反应时间，本发明通过以下技术方案实现。
一种微波复合还原剂还原钛铁矿制备焊条药皮的方法，其具体步骤如下：
步骤1、首先将钛铁矿、复合还原剂、添加剂磨碎至粒度为-50目，然后将磨碎后的钛铁矿、复合还原剂、添加剂混合均匀得到混合物料，其中复合还原剂为无烟煤和木炭，添加剂为碳酸钠，加入的钛铁矿、无烟煤、木炭、碳酸钠控制质量比为100：(9～11)：(2～4)：(0～5)；
步骤2、将步骤1得到的混合物料置于微波高温反应器内，加热至1150℃还原75～100min后，将还原后的产物在隔绝空气的环境中冷却至室温，冷却后的还原产物经破碎、去碳、除杂后制备得到还原钛铁矿；
步骤3、将步骤2中得到的还原钛铁矿与各原料配料后混合均匀得到焊条药皮。
所述步骤1中的钛铁矿主要成分为钛酸铁，包括以下质量百分比组分：TiO243%～46%，Fe2O314%～16%，TFe34%～37%。
所述步骤1中的无烟煤中固定碳≥77%、灰分≤10%，木炭中固定碳≥75%，灰分≤0.6%。
所述步骤2中的微波高温反应器微波功率为3KW，频率为2.45GHz。
上述步骤1中的碳酸钠纯度为99%。
上述步骤2中的还原钛铁矿中氧化铁91%以上被还原成Fe，TiO2含量提高至60%～65%，TiO2、FeO、C、S、P含量都符合制备焊条药皮原料标准。
微波复合还原剂还原钛铁矿原理如下：
。
本发明的有益效果是：（1）炭和钛铁矿是良好的吸波物质，以微波为热源，混合物料升温快，热效率高，还原反应热力学、动力学条件好；（2）该方法使用无烟煤和木炭做还原剂，既保证了还原钛铁矿成分符合制备电焊条的要求。又使还原每吨钛铁矿还原剂成本降低240～340元；(3)添加剂对还原反应有催化作用，反应时间缩短20min。
附图说明
图1是本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示，该微波复合还原剂还原钛铁矿制备焊条药皮的方法，其具体步骤如下：
步骤1、首先将钛铁矿、复合还原剂、添加剂磨碎至粒度为-50目，然后将磨碎后的钛铁矿、复合还原剂、添加剂混合均匀得到混合物料，其中复合还原剂为无烟煤和木炭，添加剂为碳酸钠，加入的钛铁矿、无烟煤、木炭、碳酸钠控制质量比为100：9：2：0，钛铁矿主要成分为钛酸铁，包括以下质量百分比组分：TiO243%，Fe2O316%，TFe37%，无烟煤中固定碳≥77%、灰分≤10%，木炭中固定碳≥75%，灰分≤0.6%；
步骤2、将步骤1得到的混合物料置于微波高温反应器内，加热至1150℃还原100min后，将还原后的产物在隔绝空气的环境中冷却至室温，冷却后的还原产物经破碎、去碳、除杂后制备得到还原钛铁矿；其中微波高温反应器微波功率为3KW，频率为2.45GHz；
步骤3、将步骤2中得到的还原钛铁矿与钛白粉、人造金红石、钛铁矿、中钛锰铁、大理石、白土子、长石、云母、白泥、木粉、淀粉按质量比30：4.5：10：6：9：10：4：8：3：12：2.5：1混合均匀得到焊条药皮。
经上述步骤2获得的还原钛铁矿还原率为89.2%，TiO2含量为63wt.%，Fe18.2wt.%，FeO≤6wt.%，Fe2O3≤1wt.%，C≤0.2wt.%，S、P含量＜0.03wt.%，，还原每吨钛铁矿还原剂成本为210～344元。
对比实验：按常规的方法制备焊条药皮的方法，其具体步骤如下：
步骤1、首先将钛铁矿和木炭磨碎至粒度为-50目，然后按照质量比为100：8混合均匀得到混合物料，钛铁矿主要成分为钛酸铁，包括以下质量百分比组分：TiO243%，Fe2O316%，TFe37%；
步骤2、将步骤1得到的混合物料置于微波高温反应器内，加热至1150℃还原100min后，将还原后的产物在隔绝空气的环境中冷却至室温，冷却后的还原产物经破碎、去碳、除杂后制备得到还原钛铁矿；其中微波高温反应器微波功率为3KW，频率为2.45GHz；
步骤3、将步骤2中得到的还原钛铁矿与钛白粉、人造金红石、钛铁矿、中钛锰铁、大理石、白土子、长石、云母、白泥、木粉、淀粉按质量比30：4.5：10：6：9：10：4：8：3：12：2.5：1混合均匀得到焊条药皮。
经上述步骤2获得的还原钛铁矿还原率为91%，TiO2含量为64.8wt.%，Fe20.3wt.%，FeO≤5wt.%，Fe2O3≤1wt.%，C≤0.2wt.%，S、P含量＜0.04wt.%，还原每吨钛铁矿还原剂成本为480～800元。
实施例2
如图1所示，该微波复合还原剂还原钛铁矿制备焊条药皮的方法，其具体步骤如下：
步骤1、首先将钛铁矿、复合还原剂、添加剂磨碎至粒度为-50目，然后将磨碎后的钛铁矿、复合还原剂、添加剂混合均匀得到混合物料，其中复合还原剂为无烟煤和木炭，添加剂为碳酸钠，加入的钛铁矿、无烟煤、木炭、碳酸钠控制质量比为100：11：4：0，钛铁矿主要成分为钛酸铁，包括以下质量百分比组分：TiO246%，Fe2O314%，TFe34%，无烟煤中固定碳≥77%、灰分≤10%，木炭中固定碳≥75%，灰分≤0.6%；
步骤2、将步骤1得到的混合物料置于微波高温反应器内，加热至1150℃还原100min后，将还原后的产物在隔绝空气的环境中冷却至室温，冷却后的还原产物经破碎、去碳、除杂后制备得到还原钛铁矿；其中微波高温反应器微波功率为3KW，频率为2.45GHz；
步骤3、将步骤2中得到的还原钛铁矿与钛白粉、人造金红石、钛铁矿、中钛锰铁、大理石、白土子、长石、云母、白泥、木粉、淀粉按质量比30：4.5：10：6：9：10：4：8：3：12：2.5：1混合均匀得到焊条药皮。
经上述步骤2获得的还原钛铁矿还原率为92.6%，TiO2含量为65wt.%，Fe21.1wt.%，FeO≤5wt.%，Fe2O3≤1wt.%，C＞0.2wt.%，S、P含量＜0.04wt.%，还原每吨钛铁矿还原剂成本为350～576元。
实施例3
如图1所示，该微波复合还原剂还原钛铁矿制备焊条药皮的方法，其具体步骤如下：
步骤1、首先将钛铁矿、复合还原剂、添加剂磨碎至粒度为-50目，然后将磨碎后的钛铁矿、复合还原剂、添加剂混合均匀得到混合物料，其中复合还原剂为无烟煤和木炭，添加剂为碳酸钠，加入的钛铁矿、无烟煤、木炭、碳酸钠控制质量比为100：10：3：0，钛铁矿主要成分为钛酸铁，包括以下质量百分比组分：TiO245%，Fe2O315%，TFe36%，无烟煤中固定碳≥77%、灰分≤10%，木炭中固定碳≥75%，灰分≤0.6%；
步骤2、将步骤1得到的混合物料置于微波高温反应器内，加热至1150℃还原100min后，将还原后的产物在隔绝空气的环境中冷却至室温，冷却后的还原产物经破碎、去碳、除杂后制备得到还原钛铁矿；其中微波高温反应器微波功率为3KW，频率为2.45GHz；
步骤3、将步骤2中得到的还原钛铁矿与钛白粉、人造金红石、钛铁矿、中钛锰铁、大理石、白土子、长石、云母、白泥、木粉、淀粉按质量比30：4.5：10：6：9：10：4：8：3：12：2.5：1混合均匀得到焊条药皮。
经上述步骤2获得的还原钛铁矿还原率为91.3%，TiO2含量为65wt.%，Fe20.5wt.%，FeO≤5wt.%，Fe2O3≤1wt.%，C≤0.2wt.%，S、P含量＜0.04wt.%，还原每吨钛铁矿还原剂成本为280～460元。
实施例4
如图1所示，该微波复合还原剂还原钛铁矿制备焊条药皮的方法，其具体步骤如下：
步骤1、首先将钛铁矿、复合还原剂、添加剂磨碎至粒度为-50目，然后将磨碎后的钛铁矿、复合还原剂、添加剂混合均匀得到混合物料，其中复合还原剂为无烟煤和木炭，添加剂为碳酸钠，加入的钛铁矿、无烟煤、木炭、碳酸钠控制质量比为100：10：3：5，钛铁矿主要成分为钛酸铁，包括以下质量百分比组分：TiO245%，Fe2O315%，TFe36%，无烟煤中固定碳≥77%、灰分≤10%，木炭中固定碳≥75%，灰分≤0.6%；
步骤2、将步骤1得到的混合物料置于微波高温反应器内，加热至1150℃还原75min后，将还原后的产物在隔绝空气的环境中冷却至室温，冷却后的还原产物经破碎、去碳、除杂后制备得到还原钛铁矿；其中微波高温反应器微波功率为3KW，频率为2.45GHz；
步骤3、将步骤2中得到的还原钛铁矿与钛白粉、人造金红石、钛铁矿、中钛锰铁、大理石、白土子、长石、云母、白泥、木粉、淀粉按质量比30：4.5：10：6：9：10：4：8：3：12：2.5：1混合均匀得到焊条药皮。
经上述步骤2获得的还原钛铁矿还原率为91.3%，TiO2含量为65.2wt.%，Fe20.5wt.%，FeO≤5wt.%，Fe2O3≤1wt.%，C≤0.2wt.%，S、P含量＜0.03wt.%，还原每吨钛铁矿还原剂成本为280～460元。
实施例5
如图1所示，该微波复合还原剂还原钛铁矿制备焊条药皮的方法，其具体步骤如下：
步骤1、首先将钛铁矿、复合还原剂、添加剂磨碎至粒度为-50目，然后将磨碎后的钛铁矿、复合还原剂、添加剂混合均匀得到混合物料，其中复合还原剂为无烟煤和木炭，添加剂为碳酸钠，加入的钛铁矿、无烟煤、木炭、碳酸钠控制质量比为100：10：3：3，钛铁矿主要成分为钛酸铁，包括以下质量百分比组分：TiO245%，Fe2O315%，TFe36%，无烟煤中固定碳≥77%、灰分≤10%，木炭中固定碳≥75%，灰分≤0.6%；
步骤2、将步骤1得到的混合物料置于微波高温反应器内，加热至1150℃还原80min后，将还原后的产物在隔绝空气的环境中冷却至室温，冷却后的还原产物经破碎、去碳、除杂后制备得到还原钛铁矿；其中微波高温反应器微波功率为3KW，频率为2.45GHz；
步骤3、将步骤2中得到的还原钛铁矿与钛白粉、人造金红石、钛铁矿、中钛锰铁、大理石、白土子、长石、云母、白泥、木粉、淀粉按质量比30：4.5：10：6：9：10：4：8：3：12：2.5：1混合均匀得到焊条药皮。
经上述步骤2获得的还原钛铁矿还原率为91.3%，TiO2含量为65.1wt.%，Fe20.6wt.%，FeO≤5wt.%，Fe2O3≤1wt.%，C≤0.2wt.%，S、P含量＜0.03wt.%，还原每吨钛铁矿还原剂成本为280～460元。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (4)
1.一种微波复合还原剂还原钛铁矿制备焊条药皮的方法，其特征在于具体步骤如下：
步骤1、首先将钛铁矿、复合还原剂、添加剂磨碎至粒度为-50目，然后将磨碎后的钛铁矿、复合还原剂、添加剂混合均匀得到混合物料，其中复合还原剂为无烟煤和木炭，添加剂为碳酸钠，加入的钛铁矿、无烟煤、木炭、碳酸钠控制质量比为100：(9～11)：(2～4)：(0～5)；
步骤2、将步骤1得到的混合物料置于微波高温反应器内，加热至1150℃还原75～100min后，将还原后的产物在隔绝空气的环境中冷却至室温，冷却后的还原产物经破碎、去碳、除杂后制备得到还原钛铁矿；
步骤3、将步骤2中得到的还原钛铁矿与各原料配料后混合均匀得到焊条药皮。
2.根据权利要求1所述的微波复合还原剂还原钛铁矿制备焊条药皮的方法，其特征在于：所述步骤1中的钛铁矿主要成分为钛酸铁，包括以下质量百分比组分：TiO243%～46%，Fe2O314%～16%，TFe34%～37%。
3.根据权利要求1或2所述的微波复合还原剂还原钛铁矿制备焊条药皮的方法，其特征在于：所述步骤1中的无烟煤中固定碳≥77%、灰分≤10%，木炭中固定碳≥75%，灰分≤0.6%。
4.根据权利要求1或2所述的微波复合还原剂还原钛铁矿制备焊条药皮的方法，其特征在于：所述步骤2中的微波高温反应器微波功率为3KW，频率为2.45GHz。
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