CN105198464B - 碳化渣炉衬工作层的制备方法 - Google Patents

碳化渣炉衬工作层的制备方法 Download PDF

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本发明属于冶金领域，特别涉及碳化渣炉衬工作层的制备方法。本发明要解决的技术问题是高温熔渣的物理冲刷和化学侵蚀，会消耗冶炼电炉炉衬的耐火材料，缩短冶炼电炉的使用寿命。本发明解决上述技术问题的方案是提供一种碳化渣炉衬工作层的制备方法，包括以下步骤：a、碳化渣破碎，筛分得到大粒碳化渣和小粒碳化渣；b、将废弃的石墨电极粉碎为石墨粉；c、制备打结料；d、沿冶炼电炉内壁方向上，将上层打结料和下层打结料分别打结在冶炼电炉内壁的上层和下层；e、烘炉。本发明克服了炉衬寿命短的问题，有效提高电炉的使用寿命，同时，降低生产成本，使经济效益得到大幅度提高。

Description

碳化渣炉衬工作层的制备方法
技术领域
本发明属于冶金领域，特别涉及碳化渣炉衬工作层的制备方法。
背景技术
攀枝花地区蕴含有丰富的钛资源，占我国钛资源量的90％以上，大都为钒钛磁铁矿。攀钢采用先选铁后选钛的主体工艺路线，经传统高炉炼铁流程钛资源最终进入高炉渣中，因此攀钢高炉渣是钒钛磁铁矿冶炼产生的特有的高钛型高炉渣(TiO2含量约为22％)。为了提取高炉渣中的钛，国内许多研究机构开展了各种技术路线提钛的研究，目前来看，高钛型高炉渣“高温碳化-碳化渣低温氯化制取TiCl4”的工艺路线是最具产业化前景的技术路线之一。经过多年的攻关努力，科研工作者取得了巨大的成果，然而要实现最终的产业化生产还需要解决许多问题，比如减少耐火材料消耗、减少石墨电极消耗、降低吨渣电耗等等。
高钛型高炉渣高温碳化工艺是使用三相交流电弧炉在温度1700℃左右用碳质还原剂还原高钛型高炉渣，冶炼过程分为高炉渣加热阶段和加入碳质还原剂冶炼阶段。但高温熔渣的物理冲刷和化学侵蚀，会消耗冶炼电炉炉衬的耐火材料，缩短冶炼电炉的使用寿命。
发明内容
本发明要解决的技术问题是高温熔渣的物理冲刷和化学侵蚀，会消耗冶炼电炉炉衬的耐火材料，缩短冶炼电炉的使用寿命。
本发明解决上述技术问题的方案是提供一种碳化渣炉衬工作层的制备方法，包括以下步骤：
a、将经烘烤至无水分的碳化渣破碎，筛分得到粒度为2mm～5mm的大粒碳化渣和粒径为0.074mm～0.15mm的小粒碳化渣；
b、将废弃的石墨电极粉碎至粒度为0.074mm～0.15mm的石墨粉；
c、制备打结料：将大粒碳化渣、小粒碳化渣、石墨粉和粘结剂混合均匀，得到打结料；所述的打结料分为上层打结料和下层打结料；
d、沿冶炼电炉内壁方向上，将上层打结料和下层打结料分别打结在冶炼电炉内壁的上层和下层；所述的下层为从炉底开始至整个炉高的25％～40％的冶炼电炉内壁；所述的上层为冶炼电炉内壁除下层以外的其余部位；
e、烘炉：在炉底铺设焦炭，采用高电压、大电流将温度升高到300℃，烘炉24h～48h，得到碳化渣炉衬工作层。
上述碳化渣炉衬工作层的制备方法中，步骤a所述碳化渣的主要成分为：TiC为11～15％、CaO为20～30％、MgO为5～15％、Al2O3为10～20％和SiO2为20～30％。所述的碳化渣为高钛型高炉渣高温碳化工艺产生的碳化渣。
上述碳化渣炉衬工作层的制备方法中，步骤a所述烘烤的温度为110℃～150℃。
上述碳化渣炉衬工作层的制备方法中，步骤c所述的粘接剂为焦油或者沥青。
上述碳化渣炉衬工作层的制备方法中，步骤c所述的上层打结料和下层打结料中，粘接剂的质量为大粒碳化渣和小粒碳化渣总质量1.2～1.6％。
上述碳化渣炉衬工作层的制备方法中，步骤c所述的上层打结料和下层打结料中，大粒碳化渣和小粒碳化渣的质量比为1:1～2:1。
上述碳化渣炉衬工作层的制备方法中，步骤c所述的上层打结料中，石墨粉的质量为大粒碳化渣和小粒碳化渣总质量的9～11％。
上述碳化渣炉衬工作层的制备方法中，步骤c所述的下层打结料中，石墨粉的质量为大粒碳化渣和小粒碳化渣总质量的14～16％。
上述碳化渣炉衬工作层的制备方法中，步骤d所述的打结是采用人工捣打成型或者振动成型。所述人工捣打成型的操作步骤为：沿垂直炉壁方向上将打结料打结3～5层，打结料的总厚度为60mm～120mm；第一层打结料的厚度为30mm～40mm，以后各层打结料的厚度为5mm～20mm。
上述碳化渣炉衬工作层的制备方法中，步骤e所述焦炭的粒度分布为：粒度＜20mm的焦炭15％～20％、粒度20～40mm的焦炭65％～75％、粒度＞40mm的焦炭5％～20％。所述铺设焦炭的厚度为180～230mm。
上述碳化渣炉衬工作层的制备方法中，步骤e所述的高电压为200V～230V。所述的大电流为8000A～12000A。
本发明使用冶炼终产品碳化渣作冶炼电炉的内衬材料，减少了高温碳化过程中高炉渣对炉衬的侵蚀，克服了炉衬寿命短的问题，有效提高电炉的使用寿命，减少了补炉等的时间，提高了电炉的生产效率。同时，使用冶炼终产品以及废弃的石墨电极做打结料，几乎不增加成本，降低生产成本，使经济效益得到大幅度提高。
具体实施方式
碳化渣炉衬工作层的制备方法，包括以下步骤：
a、将经烘烤至无水分的碳化渣破碎，筛分得到粒度为2mm～5mm的大粒碳化渣和粒径为0.074mm～0.15mm的小粒碳化渣；
b、将废弃的石墨电极粉碎至粒度为0.074mm～0.15mm的石墨粉；
c、制备打结料：将大粒碳化渣、小粒碳化渣、石墨粉和粘结剂混合均匀，得到打结料；所述的打结料分为上层打结料和下层打结料；
d、沿冶炼电炉内壁方向上，将上层打结料和下层打结料分别打结在冶炼电炉内壁的上层和下层；所述的下层为从炉底开始至整个炉高的25％～40％的冶炼电炉内壁；所述的上层为冶炼电炉内壁除下次以外的其余部位；所述的打结是采用人工捣打成型或者振动成型。所述人工捣打成型的操作步骤为：沿垂直炉壁方向上打结3～5层，打结料的总厚度为60mm～120mm；第一层打结料的厚度为30mm～40mm，以后各层打结料的厚度为5mm～20mm；
e、烘炉：在炉底铺设焦炭，采用高电压、大电流将温度升高到300℃，烘炉24h～48h，得到碳化渣炉衬工作层；所述的高电压为200V～230V。所述的大电流为8000A～12000A。
上述碳化渣炉衬工作层的制备方法中，步骤a所述碳化渣的主要成分为：TiC为11～15％、CaO为20～30％、MgO为5～15％、Al2O3为10～20％和SiO2为20～30％。所述的碳化渣为电炉冶炼的终产品。
上述碳化渣炉衬工作层的制备方法中，步骤a所述烘烤的温度为110℃～150℃。
上述碳化渣炉衬工作层的制备方法中，步骤c所述的粘接剂为焦油或者沥青。
上述碳化渣炉衬工作层的制备方法中，步骤c所述的上层打结料和下层打结料中，粘接剂的质量为大粒碳化渣和小粒碳化渣总质量1.2～1.6％。
上述碳化渣炉衬工作层的制备方法中，步骤c所述的上层打结料和下层打结料中，大粒碳化渣和小粒碳化渣的质量比为1:1～2:1。其中，大粒碳化渣起骨干作用，保证工作层的强度，小粒碳化渣填充空隙，保证紧密性。
上述碳化渣炉衬工作层的制备方法中，步骤c所述的上层打结料中，石墨粉的质量为大粒碳化渣和小粒碳化渣总质量的9～11％。
上述碳化渣炉衬工作层的制备方法中，步骤c所述的下层打结料中，石墨粉的质量为大粒碳化渣和小粒碳化渣总质量的14～16％。根据冶炼工艺，液态高炉渣直接入炉之后，在升温至冶炼温度(1700℃)之前(尚未形成大熔池)的阶段，熔池主要在电炉的下部，而石墨有良好的抗腐蚀性能，因此下层打结料中石墨的含量较上层稍高，这样可以有效的减小高温熔体对炉衬的腐蚀作用。
上述碳化渣炉衬工作层的制备方法中，步骤e所述焦炭的粒度分布为：粒度＜20mm的焦炭15％～20％、粒度20～40mm的焦炭65％～75％、粒度＞40mm的焦炭5％～20％。所述铺设焦炭的厚度为180～230mm。
上述碳化渣炉衬工作层的制备方法中，步骤e烘炉时采用大电压、大电流快速升温到300℃，使粘结剂结交，并与石墨形成碳素骨架，使碳化渣更加牢固的结为一体。
实施例1
针对某公司9000kVA、18t圆形电炉实施本发明，本实施例采用碳化渣的主要成分如下：TiC为13.95％、CaO为28.4％、MgO为8.85％、Al2O3为17.5％、SiO2为24.95％，其余为残留焦粉、MnO等杂质。
将上述碳化渣进行破碎，颚式破碎机粉碎以及球磨机球磨之后，筛分出粒度为2mm～5mm的大粒碳化渣2200kg和粒度为0.074mm～0.15mm的小粒碳化渣1100kg待用。将废弃的石墨电极(最细部位直径为300mm)经过颚式破碎机粉碎和球磨机球磨之后，筛分粒度为0.074mm～0.15mm的石墨粉500kg待用。
制备打结料：取2mm～5mm的大粒碳化渣600kg和0.074mm～0.15mm的小粒碳化渣300kg、石墨粉135kg，加入13.5kg的沥青，搅拌混合均匀，作为下层打结料；取2mm～5mm的大粒碳化渣1600kg和0.074mm～0.15mm的小粒碳化渣800kg、石墨粉240kg，加入36kg的沥青，搅拌混合均匀，作为上层打结料。
采用人工捣打成型，沿炉壁方向上打结分上下两层(下层高度为670mm，上层高度为1780mm)，垂直炉壁方向上打结方式相同，分4层进行，第一层厚度为35mm，第二层厚度为20mm，第三层厚度为15mm，第四层厚度也为15mm，总体厚度为85mm。
烘炉时在炉底铺上厚度约200mm的焦炭，焦炭粒度分布：＜20mm 16.32％、20～40mm67.90％和＞40mm 15.78％，采用高电压(200V～230V)、大电流(8000A～12000A)迅速将温度升高到300℃，烘炉30h，得到碳化渣炉衬工作层。
实施效果：烘炉完成后，冶炼电炉碳化渣炉衬工作层的厚度均匀，冶炼电炉的寿命提高到115炉次，而原来未使用碳化渣炉衬工作层时冶炼电炉的寿命为80炉次，效果明显。
实施例2
针对某公司9000kVA、18t圆形电炉实施本发明，本实施例采用碳化渣的主要成分如下：TiC为14.16％、CaO为27.40％、MgO为13.61％、Al2O3为16.50％、SiO2为23.95％，其余为残留焦粉、MnO等杂质。
将上述碳化渣进行破碎，颚式破碎机粉碎以及球磨机球磨之后，筛分出粒度为2mm～5mm的大粒碳化渣1700kg和粒度为0.074mm～0.15mm的小粒碳化渣1600kg待用。将废弃的石墨电极(最细部位直径为300mm)经过颚式破碎机粉碎和球磨机球磨之后，筛分粒度为0.074mm～0.15mm的石墨粉500kg待用。
制备打结料：取2mm～5mm的大粒碳化渣450kg和0.074mm～0.15mm的小粒碳化渣450kg、石墨粉144kg，加入11kg的沥青，搅拌混合均匀，作为下层打结料；取2mm～5mm的大粒碳化渣1200kg和0.074mm～0.15mm的小粒碳化渣1200kg、石墨粉264kg，加入30kg的沥青，搅拌混合均匀，作为上层打结料。
采用人工捣打成型，沿炉壁方向上打结分上下两层(下层高度为670mm，上层高度为1780mm)，垂直炉壁方向上打结方式相同，分3层进行，第一层厚度为40mm，第二层厚度为20mm，第三层厚度为20mm，总体厚度为80mm。
烘炉时在炉底铺上厚度约190mm的焦炭，焦炭粒度分布：＜20mm 17.80％、20～40mm72.64％和＞40mm 9.56％，采用高电压(200V～230V)、大电流(8000A～12000A)迅速将温度升高到300℃，烘炉30h，得到碳化渣炉衬工作层。
实施效果：烘炉完成后，冶炼电炉碳化渣炉衬工作层的厚度均匀，冶炼电炉的寿命提高到126炉次，而原来未使用碳化渣炉衬工作层时冶炼电炉的寿命为80炉次，效果明显。
实施例3
针对某公司9000kVA、18t圆形电炉实施本发明，本实施例采用碳化渣的主要成分如下：TiC为14.80％、CaO为24.00％、MgO为14.61％、Al2O3为14.52％、SiO2为27.44％，其余为残留焦粉、MnO等杂质。
将上述碳化渣进行破碎，颚式破碎机粉碎以及球磨机球磨之后，筛分出粒度为2mm～5mm的大粒碳化渣2000kg和粒度为0.074mm～0.15mm的小粒碳化渣1300kg待用。将废弃的石墨电极(最细部位直径为300mm)经过颚式破碎机粉碎和球磨机球磨之后，筛分粒度为0.074mm～0.15mm的石墨粉500kg待用。
制备打结料：取2mm～5mm的大粒碳化渣660kg和0.074mm～0.15mm的小粒碳化渣440kg、石墨粉154kg，加入17kg的沥青，搅拌混合均匀，作为下层打结料；取2mm～5mm的大粒碳化渣1300kg和0.074mm～0.15mm的小粒碳化渣870kg、石墨粉235kg，加入26kg的沥青，搅拌混合均匀，作为上层打结料。
采用人工捣打成型，沿炉壁方向上打结分上下两层(下层高度为860mm，上层高度为1590mm)，垂直炉壁方向上打结方式相同，分4层进行，第一层厚度为40mm，第二层厚度为20mm，第三层厚度为15mm，第四层厚度为15mm，总体厚度为90mm。
烘炉时在炉底铺上厚度约220mm的焦炭，焦炭粒度分布：＜20mm 19.54％、20～40mm74.20％和＞40mm 6.26％，采用高电压(200V～230V)、大电流(8000A～12000A)迅速将温度升高到300℃，烘炉30h，得到碳化渣炉衬工作层。
实施效果：烘炉完成后，冶炼电炉碳化渣炉衬工作层的厚度均匀，冶炼电炉的寿命提高到117炉次，而原来未使用碳化渣炉衬工作层时冶炼电炉的寿命为80炉次，效果明显。

Claims (7)

1.碳化渣炉衬工作层的制备方法，包括以下步骤：
a、将经烘烤至无水分的碳化渣破碎，筛分得到粒度为2mm～5mm的大粒碳化渣和粒径为0.074mm～0.15mm的小粒碳化渣；所述碳化渣的主要成分为：TiC为11～15％、CaO为20～30％、MgO为5～15％、Al2O3为10～20％和SiO2为20～30％；
b、将废弃的石墨电极粉碎至粒度为0.074mm～0.15mm的石墨粉；
c、制备打结料：将大粒碳化渣、小粒碳化渣、石墨粉和粘结剂混合均匀，得到打结料；所述的打结料分为上层打结料和下层打结料；所述的上层打结料中，石墨粉的质量为大粒碳化渣和小粒碳化渣总质量的9～11％；所述的下层打结料中，石墨粉的质量为大粒碳化渣和小粒碳化渣总质量的14～16％；
d、沿冶炼电炉内壁方向上，将上层打结料和下层打结料分别打结在冶炼电炉内壁的上层和下层；所述的下层为从炉底开始至整个炉高的25％～40％的冶炼电炉内壁；所述的上层为冶炼电炉内壁除下层以外的其余部位；
e、烘炉：在炉底铺设焦炭，采用高电压、大电流将温度升高到300℃，烘炉24h～48h，得到碳化渣炉衬工作层。
2.根据权利要求1所述的碳化渣炉衬工作层的制备方法，其特征在于：步骤c所述的粘接剂为焦油或者沥青。
3.根据权利要求1所述的碳化渣炉衬工作层的制备方法，其特征在于：步骤c所述的上层打结料和下层打结料中，粘接剂的质量为大粒碳化渣和小粒碳化渣总质量1.2～1.6％。
4.根据权利要求1所述的碳化渣炉衬工作层的制备方法，其特征在于：步骤c所述的上层打结料和下层打结料中，大粒碳化渣和小粒碳化渣的质量比为1:1～2:1。
5.根据权利要求1所述的碳化渣炉衬工作层的制备方法，其特征在于：步骤d所述的打结是采用人工捣打成型或者振动成型；所述人工捣打成型的操作步骤为：沿垂直炉壁方向上将打结料打结3～5层，打结料的总厚度为60mm～120mm；第一层打结料的厚度为30mm～40mm，以后各层打结料的厚度为5mm～20mm。
6.根据权利要求1所述的碳化渣炉衬工作层的制备方法，其特征在于：步骤e所述焦炭的粒度分布为：粒度＜20mm的焦炭15％～20％、粒度20～40mm的焦炭65％～75％、粒度＞40mm的焦炭5％～20％；所述铺设焦炭的厚度为180～230mm。
7.根据权利要求1所述的碳化渣炉衬工作层的制备方法，其特征在于：步骤e所述的高电压为200V～230V；所述的大电流为8000A～12000A。
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