CN105950804B - 一种高炉渣还原方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高温冶金领域，具体涉及一种节能环保、效率高的高炉渣还原方法。针对上述高炉渣还原过程时间长、电耗高、冶炼成本高的问题，本发明提供一种节能环保、效率高的高炉渣还原方法，包括热渣入炉、连续加料和断电出渣三个步骤，本发明采用炼焦工艺除尘灰作为碳质还原剂，粒径范围适宜高炉渣还原反应的进行，不需破碎处理，节约成本，操作简单；连续加料和断电出渣方式保证稳定生产，改善了冶炼环境，降低了综合冶炼成本，为高炉渣还原的规模化进行提供了一条经济的工艺路线。

Description

一种高炉渣还原方法
技术领域
本发明属于高温冶金领域，具体涉及一种节能环保、效率高的高炉渣还原方法。
背景技术
攀西地区钒钛磁铁矿经高炉冶炼后形成含TiO2 21～25％的高钛型高炉渣，年排放量达300多万吨，从高炉渣中损失的TiO2总量达60多万吨，这部分进入高炉渣中的钛是非常宝贵的战略资源，同时也是一笔巨大的财富。因此，从高钛型高炉渣中对钛进行分离提取是实现攀西地区钒钛磁铁矿资源综合利用的重要途径。
近年来，作为高炉渣提钛技术之一的高温碳化～低温氯化工艺以其流程短、处理量大、提钛率高等优点得到了一定的推广和应用，该工艺首先通过高温碳化还原高钛型高炉渣中的TiO2形成TiC，再在低温下氯化制备TiCl4，精制后成为钛白粉或海绵钛的生产原料。
高钛型高炉渣碳化还原是TiO2逐级还原生成TiC的过程，该过程是在高温条件下进行，化学反应速度较快，因此含钛高炉渣能否与碳质还原剂快速充分接触成为整个碳化过程的限制性环节。专利CN101168801A公开了一种含钛原料的还原碳化方法，该专利提供了一种有效控制含钛原料还原碳化炉底上涨及泡沫渣的方法，但其中对碳质还原剂的成分、粒度要求过于宽泛，这在冶炼过程中将导致反应时间过长、电耗增加，进而增加冶炼成本。
发明内容
针对上述高炉渣还原过程时间长、电耗高、冶炼成本高的问题，本发明的发明目的在于提供一种节能环保、效率高的高炉渣还原方法。
本发明解决技术问题的技术方案为提供一种高炉渣还原方法，包括以下步骤：
a、热渣入炉：将温度为1250～1350℃的高炉渣倾倒至碳化电炉内，升温至1530～1580℃；
b、连续加料：将炼焦工艺除尘灰加入电炉中，加料速度为40～60kg/min，加入除尘灰的量为高炉渣重量的18～22％；
c、断电出渣：加料完成后冶炼0.5～1h直至终点，断电出渣。
其中，上述高炉渣还原方法中，步骤a中所述高炉渣为高钛型高炉渣，其主要成分为：TiO2：20～23％，SiO2：23～27％，Al2O3：13～17％，CaO：25～28％，MgO：6.5～8.5％，V2O5：0.2～0.4％，FeO：1～2％。
其中，上述高炉渣还原方法中，步骤b中所述除尘灰主要成分为固定碳：82～85％，灰分：13～16％，挥发分：≤3％。
其中，上述高炉渣还原方法中，步骤b中所述除尘灰的水分含量为≤2％。
其中，上述高炉渣还原方法中，步骤b中所述除尘灰的粒度为：0～0.15mm为0～35％，0.15～1mm为55～100％，1mm以上为0～10％。
本发明的有益效果为：本发明采用了炼焦工艺除尘灰作为高温碳化还原高钛型高炉渣的原料，其固定碳含量较高，在82～85％，保证了还原剂的反应活性；同时该工艺除尘灰粒度大部分为小于1mm，既保证了碳化反应动力学条件，又很好地控制了因还原剂过细在加入过程中造成的大量损失，提高了还原剂的利用率。除尘灰原料易得，且不用粉碎，有效的节约了成本，简化了操作步骤。另外，本发明采用热态高炉渣入炉方式，有效利用了液态高炉渣自身的显热，降低了升温过程电耗；采用除尘灰连续入炉的方式，保证了碳化过程及时、充分发生，缩短了除尘灰入炉时间，提高了电炉的热利用效率；同时，出炉阶段采用断电出渣方式,相比现有技术中采用出完渣后再断电提电极的方式，既保证了出渣过程的安全，改善了冶炼环境，也减少了冶炼送电时间，降低冶炼电耗。
具体实施方式
本发明提供了一种高炉渣还原方法，包括以下步骤：
a、热渣入炉：将温度为1250～1350℃的热态高炉渣倾倒至碳化电炉内，升温至1530～1580℃；
b、连续加料：将炼焦工艺除尘灰加入电炉中，加料速度为40～60kg/min，加入除尘灰的量为高炉渣重量的18～22％；
c、断电出渣：加料完成后冶炼0.5～1h直至终点，断电出渣。
其中，上述高炉渣还原方法中，步骤a中所述高炉渣为高钛型高炉渣，其主要成分为：TiO2：20～23％，SiO2：23～27％，Al2O3：13～17％，CaO：25～28％，MgO：6.5～8.5％，V2O5：0.2～0.4％，FeO：1～2％。
其中，上述高炉渣还原方法中，步骤b中所述除尘灰主要成分为固定碳：82～85％，灰分：13～16％，挥发分：≤3％。
炼焦工艺除尘灰作为炼焦工艺的副产品，价格相对低廉，同时，其粒度分布决定了其不需要经过破碎处理即能在高温冶炼过程中起到很好的碳化效果，因此本发明创造性的将其用来还原高钛型高炉渣，既节约了生产成本，减少了操作步骤，还可以大量消耗炼焦工艺除尘灰，促进废旧回收物的再利用，有效保护了环境。
本发明中，除尘灰水分含量过高容易在下料口处造成堵料，导致生产不能顺行；另外水与加入到电炉中的碳在高温下反应，不仅要消耗一部分还原剂，使其利用率降低，还会由于反应及蒸发吸热等原因增加冶炼电耗，因此，本发明步骤b中所述除尘灰的水分含量控制为≤2％。
本发明中，还原剂粒度过大，扩散将成为反应的关键控速环节，会极大地阻碍其与熔渣中的TiO2接触，减缓碳化反应速率，增加冶炼时间；还原剂粒度过细，会造成还原剂被除尘系统抽走或在熔池表面大量烧损，降低还原剂的利用率。为了平衡两方面的影响，本发明步骤b中所述除尘灰的粒度为：0～0.15mm为0～35％，0.15～1mm为55～100％，1mm以上为0～10％。
本发明步骤c中加完料后一般0.5～1h后出渣，具体的终点判断有以下三点：一是观察到熔池液面有明显下降；二是档位不变时三相电流有明显上升；三是熔池温度已经达到1600℃以上。当上述条件满足时，快速打开炉口后断电出炉得碳化渣。
本发明方法中采用连续加料的方式，相比现有技术的混合料入炉、冶炼过程还原剂分批次加入等方式，实现了生产的连续稳定，为高炉渣高温碳化工艺的工业推广甚至规模生产提供了有力的保障；此外，本发明还采用了断电出渣的方式，该方式降低了电耗，同时减少了出渣过程中的大量烟尘，且不会产生因炉内渣量减少而出现的开弧声，极大地改善了冶炼生产环境。
总体而言，本发明的碳质还原剂及其在高温碳化中的应用不仅很好地加强了碳化反应的动力学条件，缩短了碳化反应时间，同时完成了高炉渣高温碳化连续稳定生产，改善了冶炼环境，降低了综合冶炼成本，为高炉渣提钛工艺的规模化生产提供了一条经济的工艺路线，进一步加强了攀西钒钛磁铁矿资源综合利用效率。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1用本发明还原剂还原高钛型高炉渣
热装高钛型高炉渣24吨，高炉渣入炉温度1295℃，TiO2含量22.05％，加热升温至1550℃(或炉内形成完全流动性熔池)。配加炼焦工艺除尘灰4690kg，固定碳含量82.42％，灰分含量14.52％，挥发分含量2.65％，>1mm含量9.62％且<0.15mm含量33.16％，控制皮带下料速度为40～60kg/min,连续下料过程中不断调整速度，以控制炉内泡沫渣高度，加料完成后持续冶炼32min，观察液面开始明显下降，同时炉渣温度大于1600℃时快速开渣口，完成开口后断电出渣。该碳化还原过程冶炼送电时间2小时34分钟，冶炼高钛型高炉渣平均吨渣电耗831kWh，碳化率达到94.4％。
实施例2用本发明还原剂还原高钛型高炉渣
热装高钛型高炉渣21.7吨，高炉渣入炉温度1308℃，TiO2含量21.88％，加热升温至1548℃(或炉内形成完全流动性熔池)。配加炼焦工艺除尘灰4200kg，固定碳含量84.27％，灰分含量13.72％，挥发分含量1.77％，>1mm含量8.78％且<0.15mm含量34.32％，控制皮带下料速度为40～60kg/min，连续下料过程中不断调整速度，以控制炉内泡沫渣高度，加料完成后持续冶炼37min，观察液面开始明显下降，同时测得炉渣温度达到1650℃时快速开渣口，完成开口后断电出渣。该碳化还原过程冶炼送电时间2小时30分钟，冶炼高钛型高炉渣吨渣电耗875kWh，碳化率达到92.51％。
对比例3用粒度不在本发明范围内的除尘灰还原高钛型高炉渣
热装高钛型高炉渣21.0吨，高炉渣入炉温度1289℃，TiO2含量22.13％，加热升温至1566℃(或炉内形成完全流动性熔池)。配加炼焦工艺除尘灰4120kg，固定碳含量85.60％，灰分含量12.90％，挥发分含量1.36％，>1mm含量37.78％，<0.15mm含量16.84％，控制皮带下料速度为40～60kg/min，加料完成后持续冶炼84min，炉内泡沫渣开始消退，测得炉渣温度为1657℃，迅速开渣口，6min后出渣结束并断电。该碳化还原过程冶炼送电时间3小时15分钟，冶炼高钛型高炉渣吨渣电耗1070kWh，碳化率84.48％。
对比例4用无烟煤还原剂还原高钛型高炉渣
热装高钛型高炉渣19.6吨，高炉渣入炉温度1306℃，TiO2含量21.93％，加热升温至1555℃(或炉内形成完全流动性熔池)。配加无烟煤4550kg，固定碳含量73.75％，灰分含量12.12％，挥发分含量14.13％，>1mm含量9.45％，<0.15mm含量16.86％，控制皮带下料速度为40～60kg/min，加料完成后持续冶炼102min，炉内泡沫渣开始消退，测得炉渣温度为1689℃，迅速开渣口，待炉内熔渣流出时断电直至出渣完毕。该碳化还原过程冶炼送电时间3小时46分钟，冶炼高钛型高炉渣吨渣电耗1278kWh，碳化率87.28％。
对比例5分批次加入还原剂还原高钛型高炉渣
热装高钛型高炉渣20.1吨，高炉渣入炉温度1295℃，TiO2含量22.38％，加热升温至1548℃(或炉内形成完全流动性熔池)。用下料斗加入第一批炼焦除尘灰1300kg，冶炼30分钟后加入第二批炼焦工艺除尘灰1350kg，冶炼30分钟后加入第三批炼焦工艺除尘灰1350kg，共加入4000kg，除尘灰固定碳含量84.29％，灰分含量14.29％，挥发分含量1.42％，>1mm含量8.60％，<0.15mm含量32.25％。加料完成后持续冶炼65min，炉内泡沫渣开始消退，测得炉渣温度为1640℃，迅速开渣口，待有熔渣流出时断电出渣。该碳化还原过程冶炼送电时间3小时2分钟，冶炼高钛型高炉渣吨渣电耗1162kWh，碳化率87.35％。
对比例6不采用断电出渣的方式还原高钛型高炉渣
热装高钛型高炉渣21.5吨，高炉渣入炉温度1311℃，TiO2含量21.55％，加热升温至1560℃(或炉内形成完全流动性熔池)。配加炼焦工艺除尘灰4250kg，固定碳含量84.23％，灰分含量13.54％，挥发分含量1.23％，>1mm含量9.05％且<0.15mm含量31.19％，控制皮带下料速度为40～60kg/min,连续下料过程中不断调整速度，以控制炉内泡沫渣高度，加料完成后持续冶炼28min，观察液面开始明显下降，同时炉渣温度大于1625℃时快速开渣口，8min后炉内碳化渣出完并断电。该碳化还原过程冶炼送电时间2小时48分钟，冶炼高钛型高炉渣吨渣电耗902kWh，高炉渣碳化率92.8％。
通过实施例和对比例可知，本发明通过使用除尘灰作为碳质还原剂、连续加料和断电出渣等方式，减少了高炉渣还原过程中的电耗，碳化率得到提高，且过程操作简单，为高炉渣的还原提供了一种能耗低、生产成本低、操作简便的新方法。

Claims (2)

1.一种高炉渣还原方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、热渣入炉：将温度为1250～1350℃的高炉渣倾倒至碳化电炉内，升温至1530～1580℃；
b、连续加料：将炼焦工艺除尘灰加入电炉中，加料速度为40～60kg/min，加入除尘灰的量为高炉渣重量的18～22％；所述除尘灰的粒度为：0～0.15mm为0～35％，0.15～1mm为55～100％，1mm以上为0～10％；所述除尘灰主要成分为固定碳：82～85％，灰分：13～16％，挥发分：≤3％；所述除尘灰的水分含量为≤2％；
c、断电出渣：加料完成后冶炼0.5～1h直至终点，断电出渣。
2.根据权利要求1所述的高炉渣还原方法，其特征在于：步骤a中所述高炉渣为高钛型高炉渣，其主要成分为：TiO2：20～23％，SiO2：23～27％，Al2O3：13～17％，CaO：25～28％，MgO：6.5～8.5％，V2O5：0.2～0.4％，FeO：1～2％。
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