CN105907957A - 一种转底炉微波还原海砂矿制备电焊条用还原钛铁矿的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种转底炉微波还原海砂矿制备电焊条用还原钛铁矿的方法，属于微波冶金技术领域。首先将海砂矿和煤粉按照海砂矿混合配料得到混合料，然后向混合料中加入粘结剂混合均匀，经湿润压制制成生球团，将球团进行干燥；将干燥后的球团置于微波转底炉中，还原10～30min，然后冷却至室温；将经微波旋转还原的球团在磁场强度下进行电磁铁磁选处理，得到除去未完全反应的细煤粉的电焊条用还原钛铁矿。本发明采用转底炉进行含碳球团压块处理，提高物料接触面积，增大反应强度，制备出符合YB/T5141‑93技术要求的电焊条用还原钛铁矿产品。
Description
技术领域
本发明涉及一种转底炉微波还原海砂矿制备电焊条用还原钛铁矿的方法，属于微波冶金技术领域。
背景技术
金红石型TiO2是电焊条表层药皮中的主要成分，它是焊药的良好的造渣剂、脱氧剂、稀释剂、粘结剂和稳定剂。近年来随着天然金红石日益枯竭，人造金红石产业能耗大、成本高等原因，还原钛铁矿在焊条药皮产业中受到极大的重视。目前国内80％以上的J442 型焊条药皮都采用还原钛铁矿作为原料，其原因一方面在于还原钛铁矿的主要成分为TiO2和金属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；另一方面由于还原钛铁矿体系原料价格较低，因此近几年得到了较广泛的应用。
我国攀西地区蕴藏着丰富的钒钛磁铁矿资源，但由于矿物组成复杂，杂质含量较高，能用于直接还原的钛铁矿资源并不多，而澳大利亚海砂矿相对我国攀西地区的钛铁矿来说，其矿物组成单一、TiO2品位较高，因此是用于制备电焊条用还原钛铁矿的首选原料之一。
目前，应用于我国的煤基直接还原钛铁矿的方法主要以回转窑工艺为主，而转底炉直接还原工艺在工业上应用较少，但从工艺角度分析，转底炉工艺是优于回转窑工艺的。回转窑工艺采用的加热燃料主要是煤粉，为了保证窑内不发生结圈而影响生产，在采用优质低灰份煤的条件下最高温度也只能达到1150℃左右。而对转底炉直接还原工艺而言，采用天然气或煤气作为加热燃料，炉内温度可稳定在1300-1400℃，由于还原温度的不同，转底炉工艺的还原周期要比回转窑工艺少得多，这是最明显的优势。因此，利用转底炉直接还原工艺处理海砂矿前景大好。
经检索国内有申请号为95104658.6的专利提供一种钛铁矿直接还原工艺，将原料与焦粉和石灰粉混合而成的还原剂分层相间隔的加入耐火材料罐中，在1300℃经20-30小时还原周期后得到还原钛铁矿产品，该方法提高了产品质量，但是还原周期非常长；申请号为200710066219.1专利公开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%的高品质电焊条用还原钛铁矿，但此方法存在工序复杂、热效率不高、还原时间长等问题。
发明内容
针对上述现有钛铁矿直接还原工艺存在还原强度弱，还原周期长等问题及不足，本发明提供一种转底炉微波还原海砂矿制备电焊条用还原钛铁矿的方法。本发明采用转底炉进行含碳球团压块处理，提高物料接触面积，增大反应强度；利用微波加热的选择性、内部加热等优势，缩短反应所需的时间，提高能耗利用率；且通过旋转功能，使球团受热均匀，提高球团整体质量；再经磁选工艺除残碳，制备出符合YB/T 5141-93技术要求的电焊条用还原钛铁矿产品，本发明通过以下技术方案实现。
一种转底炉微波还原海砂矿制备电焊条用还原钛铁矿的方法，其具体步骤如下：
（1）混合配料和压块：首先将海砂矿和煤粉按照海砂矿中铁氧化物中的氧与煤粉中碳的摩尔比为1：1～1.2混合配料得到混合料，然后向混合料中加入混合料质量1～2%的粘结剂混合均匀，经湿润压制制成生球团，将球团进行干燥；
（2）微波旋转还原：将步骤（1）干燥后的球团置于微波转底炉中，在通入惰性气体、微波功率为0.2～2.8kW、温度为1250～1350℃、转速为15～20r/min条件下还原10～30min，然后冷却至室温；
（3）磁选：将经步骤（2）微波旋转还原的球团在1200～1300Gs磁场强度下进行电磁铁磁选处理，得到除去未完全反应的细煤粉的电焊条用还原钛铁矿。
所述步骤（1）中的煤粉为无烟煤，挥发份10%以下，灰分15%以下，固定碳70%以上，无烟煤粒径为200目以下。
所述步骤（1）中粘结剂甲基纤维素或可溶性淀粉。
所述步骤（2）中惰性气体为氩气或者氮气，流量为0.1～0.2L/min。
上述电焊条用还原钛铁矿完全符合YB/T 5141-93技术要求
本发明的有益效果是：
（1）与现有技术相比，采用本发明方法所得到电焊条用还原钛铁矿完全符合YB/T5141-93技术要求。
（2）采用转底炉工艺进行含碳球团压块处理，提高物料接触面积，增大反应强度；利用微波加热的选择性、内部加热等优势，缩短反应所需的时间，还原周期仅为10~30min；且通过旋转功能，使球团受热均匀，提高球团整体质量；再经磁选工艺除残碳，得到高质量电焊条用还原钛铁矿。
附图说明
图1是本发明工艺流程图；
图2是本发明实施例3制备得到的电焊条用还原钛铁矿XRD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，该转底炉微波还原海砂矿制备电焊条用还原钛铁矿的方法，其具体步骤如下：
（1）混合配料和压块：首先将100g海砂矿（采用天津某钛厂提供的澳大利亚海砂矿，其化学组成是以质量百分比计TiO250.71%，TFe32.18%，FeO25.77%，SiO20.79%，MgO1.05%，CaO0.28%，Al2O30.69%，P0.058%与S0.009%，粒径为200目以下）和煤粉（市场销售的无烟煤粉，其主要成分以质量百分比计为，挥发份9.21%，灰分13.43%，固定碳72.56%，粒径为200目以下）按照海砂矿中铁氧化物中的氧与煤粉中碳的摩尔比为1：1混合配料得到混合料，然后向混合料中加入混合料质量1%的粘结剂（粘结剂甲基纤维素）混合均匀，经湿润压制制成生球团（加入1ml水湿润，在40MPa压力下制成球团），将球团进行干燥6h；
（2）微波旋转还原：将步骤（1）干燥后的球团置于微波转底炉中，在通入惰性气体（惰性气体为氩气，流量为0.1L/min）、微波功率为1kW、温度为1250℃、转速为20r/min单位条件下还原30min，然后冷却至室温；
（3）磁选：将经步骤（2）微波旋转还原的球团在1200Gs磁场强度下进行电磁铁磁选处理，得到除去未完全反应的细煤粉的电焊条用还原钛铁矿。
上述电焊条用还原钛铁矿通过化学成分分析，确定所述的产物为TiO253.41wt%，FeO8.74wt%，C0.09wt%，S0.007wt%，P0.035wt%的还原钛铁矿，达到牌号为FTH9.20的电焊条用还原钛铁矿技术要求。
实施例2
如图1所示，该转底炉微波还原海砂矿制备电焊条用还原钛铁矿的方法，其具体步骤如下：
（1）混合配料和压块：首先将100g海砂矿（采用天津某钛厂提供的澳大利亚海砂矿，其化学组成是以质量百分比计TiO250.71%，TFe32.18%，FeO25.77%，SiO20.79%，MgO1.05%，CaO0.28%，Al2O30.69%，P0.058%与S0.009%，粒径为200目以下）和煤粉（市场销售的无烟煤粉，其主要成分以质量百分比计为，挥发份9.21%，灰分13.43%，固定碳72.56%，粒径为200目以下）按照海砂矿中铁氧化物中的氧与煤粉中碳的摩尔比为1：1.2混合配料得到混合料，然后向混合料中加入混合料质量1.5%的粘结剂（粘结剂为甲基纤维素）混合均匀，经湿润压制制成生球团（加入1ml水湿润，在40MPa压力下制成球团），将球团进行干燥6h；
（2）微波旋转还原：将步骤（1）干燥后的球团置于微波转底炉中，在通入惰性气体（惰性气体为氮气，流量为0.2L/min）、微波功率为0.2kW、温度为1350℃、转速为15r/min单位条件下还原10min，然后冷却至室温；
（3）磁选：将经步骤（2）微波旋转还原的球团在1300Gs磁场强度下进行电磁铁磁选处理，得到除去未完全反应的细煤粉的电焊条用还原钛铁矿。
上述电焊条用还原钛铁矿通过化学成分分析，确定所述的产物为TiO254.38wt%，FeO6.25wt%，C0.15wt%，S0.006wt%，P0.026wt%的还原钛铁矿，达到牌号为FTH7.20的电焊条用还原钛铁矿技术要求。
实施例3
如图1所示，该转底炉微波还原海砂矿制备电焊条用还原钛铁矿的方法，其具体步骤如下：
（1）混合配料和压块：首先将100g海砂矿（采用天津某钛厂提供的澳大利亚海砂矿，其化学组成是以质量百分比计TiO250.71%，TFe32.18%，FeO25.77%，SiO20.79%，MgO1.05%，CaO0.28%，Al2O30.69%，P0.058%与S0.009%，粒径为200目以下）和煤粉（市场销售的无烟煤粉，其主要成分以质量百分比计为，挥发份9.21%，灰分13.43%，固定碳72.56%，粒径为200目以下）按照海砂矿中铁氧化物中的氧与煤粉中碳的摩尔比为1：1.1混合配料得到混合料，然后向混合料中加入混合料质量2%的粘结剂（粘结剂为可溶性淀粉）混合均匀，经湿润压制制成生球团（加入10ml水湿润，在40MPa压力下制成球团），将球团进行干燥6h；
（2）微波旋转还原：将步骤（1）干燥后的球团置于微波转底炉中，在通入惰性气体（惰性气体为氮气，流量为0.15L/min）、微波功率为2.8kW、温度为1300℃、转速为18r/min单位条件下还原20min，然后冷却至室温；
（3）磁选：将经步骤（2）微波旋转还原的球团在1250Gs磁场强度下进行电磁铁磁选处理，得到除去未完全反应的细煤粉的电焊条用还原钛铁矿（电焊条用还原钛铁矿XRD图如图2所示）。
上述电焊条用还原钛铁矿通过化学成分分析，确定所述的产物为TiO256.21wt%，FeO5.72wt%，C0.14wt%，S0.006wt%，P0.017wt%的还原钛铁矿，达到牌号为FTH7.20的电焊条用还原钛铁矿技术要求。
以上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)
1.一种转底炉微波还原海砂矿制备电焊条用还原钛铁矿的方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）混合配料和压块：首先将海砂矿和煤粉按照海砂矿中铁氧化物中的氧与煤粉中碳的摩尔比为1：1～1.2混合配料得到混合料，然后向混合料中加入混合料质量1～2%的粘结剂混合均匀，经湿润压制制成生球团，将球团进行干燥；
（2）微波旋转还原：将步骤（1）干燥后的球团置于微波转底炉中，在通入惰性气体、微波功率为0.2～2.8kW、温度为1250～1350℃、转速为15~20r/min条件下还原10～30min，然后冷却至室温；
（3）磁选：将经步骤（2）微波旋转还原的球团在1200～1300Gs磁场强度下进行电磁铁磁选处理，得到除去未完全反应的细煤粉的电焊条用还原钛铁矿。
2.根据权利要求1所述的转底炉微波还原海砂矿制备电焊条用还原钛铁矿的方法，其特征在于：所述步骤（1）中的煤粉为无烟煤，挥发份10%以下，灰分15%以下，固定碳70%以上，无烟煤粒径为200目以下。
3.根据权利要求1所述的转底炉微波还原海砂矿制备电焊条用还原钛铁矿的方法，其特征在于：所述步骤（1）中粘结剂甲基纤维素或可溶性淀粉。
4.根据权利要求1所述的转底炉微波还原海砂矿制备电焊条用还原钛铁矿的方法，其特征在于：所述步骤（2）中惰性气体为氩气或者氮气，流量为0.1～0.2L/min。
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