CN106480244A

CN106480244A - 一种冶炼含钛高炉渣的方法

Info

Publication number: CN106480244A
Application number: CN201610887696.3A
Authority: CN
Inventors: 王东生; 程晓哲; 赵青娥; 王唐林; 黄家旭
Original assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority date: 2016-10-11
Filing date: 2016-10-11
Publication date: 2017-03-08

Abstract

本发明涉及冶金领域，公开了一种冶炼含钛高炉渣的方法，该方法包括使用还原剂在熔池中还原含钛高炉渣中的二氧化钛，所述方法包括在熔池底部预先加入一部分还原剂，再将含钛高炉渣引入熔池并进行升温，待熔渣温度升高至冶炼温度时，往熔池中喷吹加入另一部分还原剂。采用该方法冶炼周期缩短，还原剂利用率高。

Description

一种冶炼含钛高炉渣的方法

技术领域

本发明涉及冶金领域，具体地，涉及一种冶炼含钛高炉渣的方法。

背景技术

攀枝花地区蕴含有丰富的钛资源，占我国钛资源总量的90％以上。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20～24％。为了提取高炉渣中的钛，国内许多研究机构开展了相关研究，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。

高温碳化工艺是在温度1500～1700℃，用碳质还原剂还原高钛型高炉渣，反应在三相交流电炉中进行，得到TiC的含量为11～15％的碳化渣。之前专利CN201844678U提出了一种还原剂添加装置，采用皮带将还原剂输送到上部料罐，经可以旋转的溜槽后降落至电炉，且电炉只有一个加料口。此种加料方式存在以下问题：作业现场粉尘大、皮带上料时间长、下料堵料、还原剂偏析，另外在电炉内还原剂下落过程中与电炉内上升烟气对流，还原剂烧损严重，无法使用粒度极细的焦粉，同时碳化渣中残留部分没有反应的大颗粒焦粉，还原剂利用率低，冶炼周期长。

因此，开发一种高效的冶炼含钛高炉渣的方法是非常必要的。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的高炉渣冶炼方法中还原剂利用率低、冶炼周期长等缺陷，提供了一种冶炼含钛高炉渣的方法，采用该方法冶炼周期缩短，还原剂利用率高。

具体地，本发明提供了一种冶炼含钛高炉渣的方法，该方法包括使用还原剂在熔池中还原含钛高炉渣中的二氧化钛，其中，所述方法包括在熔池底部预先加入一部分还原剂，再将含钛高炉渣引入熔池并进行升温，待熔渣温度升高至冶炼温度时，往熔池中喷吹加入另一部分还原剂。

采用本发明提供的冶炼方法，通过改变还原剂的加入方式，通过熔渣升温前炉底预加还原剂的技术，提前加入还原剂，充分利用升温阶段所需时间，缩短冶炼周期。另外，在优选的实施方式中，通过细化还原剂粒度，增大还原剂的比表面积，以增加熔渣中TiO₂与C接触、反应的机会，缩短反应时间，提高还原剂的利用率；采用自耗式喷枪将还原剂喷入熔池表面或内部，降低了还原剂的非必要消耗，与专利CN201844678U所采用加还原剂方式相比，节约还原剂用量约10～20重量％。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

本发明提供了一种冶炼含钛高炉渣的方法，该方法包括使用还原剂在熔池中还原含钛高炉渣中的二氧化钛，所述方法包括在熔池底部预先加入一部分还原剂，再将含钛高炉渣引入熔池并进行升温，待熔渣温度升高至冶炼温度时，往熔池中喷吹加入另一部分还原剂。

在本发明中，在熔池底部预先加入的一部分还原剂的量可以在较大范围内变动，例如，在熔池底部预先加入的一部分还原剂可以为总还原剂用量的10-60重量％，另一部分还原剂的用量可以为总还原剂用量的40-90重量％。为了提高还原剂的利用率以及考虑到冶炼效果，所述在熔池底部预先加入的还原剂为总还原剂用量的25-40重量％，另一部分还原剂的用量为总还原剂用量的60-75重量％。

在本发明中，所述总还原剂用量指的是在熔池底部预先加入的一部分还原剂和待熔渣温度升高至冶炼温度时，往熔池中喷吹加入另一部分还原剂的总和。所述总还原剂的用量可以根据含钛高炉渣中TiO₂的含量来确定。考虑到冶炼过程中的损耗，总还原剂的用量为高炉渣中TiO₂与C完全反应生成TiC化学反应计量所需理论配碳量的130-150重量％。具体的计算方法可以为本领域的常规选择，为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。

本发明对所述还原剂的种类没有特别的限定，可以为本领域的常规选择。例如，所述还原剂可以为碳质还原剂，优选为焦粉、无烟煤和木炭中的一种或多种。所述还原剂中固定碳含量优选大于80重量％，水分含量优选不超过1重量％(如0.1-1重量％)。

根据本发明，所述还原剂的粒度可以在较大范围内变动。例如，在所述还原剂中，粒度小于150μm的还原剂的含量可以为90-100重量％，粒度为150-250μm的还原剂的含量可以为0-10重量％。其中，粒度大于74μm且小于150μm的还原剂的含量可以为0-20重量％，粒度为45-74μm的还原剂的含量可以为40-70重量％，粒度小于45μm的还原剂的含量可以为10-40重量％。为了达到更好的冶炼效果同时提高利用率，优选的，在所述还原剂中，粒度大于74μm且小于150μm的还原剂的含量为5-20重量％，粒度为45-74μm的还原剂的含量为45-65重量％，粒度小于45μm的还原剂的含量为15-35重量％。所述粒度满足上述要求的还原剂可以采用本领域常规的磨煤机制备。

在本发明中，所述还原剂分两次加入，其中，“待熔渣温度升高至冶炼温度时，往熔池中喷吹加入另一部分还原剂”，其中，喷吹加入另一部分还原剂的时间点没有严格的限定，可以在熔渣温度升高至冶炼温度之后立刻加入，也可以在升高至冶炼温度之前开始逐渐加入，还可以在升高温度之后一段时间内加入，例如5min之内。

在本发明中，引入熔池的含钛高炉渣的温度没有特别的限定，可以加入室温(通常为25℃)下的高炉渣，也可以加入液态高炉渣(也可以称为热渣)。所述液态高炉渣可以通过高炉渣渣罐运至冶炼厂，渣面破壳后通过直接倾翻或者溜槽倒入电炉内。所述液态高炉渣的温度可以为1280-1320℃。

在本发明中，含钛高炉渣的冶炼可以在电炉中进行，例如可以在三相交流电炉中进行。所述电炉的型号包括形状功率等均可以为本领域的常规选择。

在本发明中，加入含钛高炉渣之后可以进行熔渣升温的步骤。所述升温的步骤和速率可以为本领域的常规选择。所述熔渣升温的最终温度即为冶炼的温度。所述冶炼的温度可以为本领域的常规选择，例如可以为1500-1700℃，优选为1600-1650℃。

根据本发明，往熔池中喷吹加入另一部分还原剂的方式为：使用一个或多个石墨喷枪向熔池表面或液面以下喷入还原剂。优选的，所述石墨喷枪插入熔池的液面以下的深度可以为熔池液面高度的15-65％，根据电炉炉容和高径比设计，所述熔池液面高度通常为0.7-2m。在加还原剂之前和加完还原剂之后，所述石墨喷枪的位置尽量不要在熔池的液面以下以减少损耗。

在本发明中，所述石墨喷枪为特制自耗式石墨喷枪。所述石墨喷枪可以包括内外两层结构，外层为石墨，所述石墨的厚度可以为40-80mm；内层为耐热钢管，所述耐热钢管的内径可以为15-50mm，所述耐热钢管的厚度可以为5-12mm，所述内层和外层的连接方式可以为紧密接触。所述紧密接触指的是耐热钢管和石墨直接进行接触，不需要使用粘结剂等。根据一种具体的实施方式，所述石墨喷枪可以通过在石墨中心打孔之后插入耐热钢管制备而成。

根据本发明，所述石墨喷枪的个数可以根据电炉的功率和形状进行设置，例如通常可以为1-3个，所述石墨喷枪优选在电炉周围成中心对称设置。所述石墨喷枪的角度可以为斜向下30～60°。

在本发明中，往熔池中喷吹加入另一部分还原剂可以由惰性气体提供喷吹动力。根据一种优选的实施方式，将所述另一部分还原剂加入喷吹罐中，由惰性气体提供喷吹动力。所述惰性气体通常指的是零族气体或氮气中的一种或多种，优选为氮气。所述惰性气体的压力可以为0.4-0.9MPa。

在本发明中，往熔池中喷吹加入另一部分还原剂的喷吹速度可以为50-200kg/min，优选为70-160kg/min。所述喷吹速度可以通过调节喷吹罐和惰性气体阀门开度来进行控制。所述喷吹的时间可以根据所述另一部分还原剂的量进行确定。

根据本发明，往熔池中加入另一部分还原剂之后，继续冶炼10-80min。所述方法还可以包括：气体生成量减少，泡沫渣明显消退，迅速开渣出渣。具体出渣的时间点的判断为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。

在本发明中，所述含钛高炉渣可以为本领域的常规选择。例如，所述含钛高炉渣含有20-25重量％的TiO₂、6-8重量％的MgO、26-29重量％的CaO、25-29重量％的SiO₂和11-14重量％的Al₂O₃。

根据本发明的一种优选的实施方式，所述方法包括以下步骤：1)预先加入还原剂；2)加入高炉渣；3)熔渣升温；4)喷吹加入还原剂；5)出渣。

其中，各个步骤的过程和条件在上文中均有描述，在此不再赘述。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

在以下实施例和对比例中，所用电炉为攀钢集团研究院有限公司功率为9000KVA电炉。使用的喷枪为石墨喷枪，所述石墨喷枪包括内外两层结构，外层为石墨，石墨的厚度为60mm，内层为耐热钢管，耐热钢管的内径为30mm，耐热钢管的厚度为10mm，内层和外层紧密接触。电炉设置3个喷枪，环绕电炉呈中心对称。

所述焦粉为攀钢焦化厂制备的焦粉，焦粉的固定碳含量为86.42重量％，水分含量为1重量％，使用前需经磨煤机加工成指定粒度的细粒级焦粉。

所述含钛高炉渣为攀钢炼铁厂生产的高炉渣，TiO₂含量约为23重量％。

碳化率＝碳化钛中Ti含量/碳化渣中Ti总含量×100％，

吨渣电耗＝冶炼总电耗/装渣量。

实施例1

本实施例用于说明本发明提供的冶炼含钛高炉渣的方法。

本实施例使用的焦粉粒度分布：150-250μm的含量为6重量％，74-150μm的含量为15重量％，45-74μm的含量为55重量％，小于45μm的含量为24重量％。

在电炉炉底预加入焦粉1006kg，热装含钛高炉渣20t，高炉渣入炉温度为1305℃；采用高功率送电，经30min后，熔渣加热升温至1540℃，液面流动性良好；打开喷吹罐和氮气阀门，逐渐下放石墨喷枪，喷枪深入熔池液面下约0.7m，调节喷吹罐和氮气阀门开度以此来调节喷吹速度，氮气压力为0.6MPa，焦粉加入速度控制在120kg/min，喷入焦粉2347kg，用时20min，喷吹完成后将喷枪及时提出液面以减少高温烧损。加还原剂完成后持续冶炼42min，观察液面开始明显下降，同时炉渣温度达到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约1小时40分钟，冶炼含钛高炉渣平均吨渣电耗775kWh，碳化率达到89.7％。

实施例2

本实施例用于说明本发明提供的冶炼含钛高炉渣的方法。

本实施例使用焦粉粒度分布：150-250μm的含量为8重量％，74-150μm的含量为5重量％，45-74μm的含量为65重量％，小于45μm的含量为22重量％。

在电炉炉底预加入焦粉1341kg，热装含钛高炉渣20t，高炉渣入炉温度为1305℃；采用高功率送电，经30min后，熔渣加热升温至1540℃，液面流动性良好；打开喷吹罐和氮气阀门，逐渐下放石墨喷枪，喷枪深入熔池液面下约0.4m，调节喷吹罐和氮气阀门开度以此来调节喷吹速度，氮气压力为0.4MPa，焦粉加入速度控制在80kg/min，喷入焦粉2012kg，用时25min，喷吹完成后将喷枪及时提出液面以减少高温烧损。加还原剂完成后持续冶炼33min，观察液面开始明显下降，同时炉渣温度达到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约1小时41分钟，冶炼含钛高炉渣平均吨渣电耗773kWh，碳化率达到88.1％。

实施例3

本实施例用于说明本发明提供的冶炼含钛高炉渣的方法。

本实施例使用焦粉粒度分布：150-250μm的含量为2重量％，74-150μm的含量为20重量％，45-74μm的含量为45重量％，小于45μm的含量为33重量％。

在电炉炉底预加入焦粉840kg，热装含钛高炉渣20t，高炉渣入炉温度为1305℃；采用高功率送电，经30min后，熔渣加热升温至1540℃，液面流动性良好；打开喷吹罐和氮气阀门，逐渐下放石墨喷枪，喷枪深入熔池液面下约1.2m，调节喷吹罐和氮气阀门开度以此来调节喷吹速度，氮气压力为0.9MPa，焦粉加入速度控制在150kg/min，喷入焦粉2531kg，用时17min，喷吹完成后将喷枪及时提出液面以减少高温烧损。加还原剂完成后持续冶炼42min，观察液面开始明显下降，同时炉渣温度达到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约1小时40分钟，冶炼含钛高炉渣平均吨渣电耗787kWh，碳化率达到89.7％。

实施例4

本实施例用于说明本发明提供的冶炼含钛高炉渣的方法。

按照实施例1的方法进行，不同的是，在所述焦粉中，150-250μm的含量为2重量％，大于74μm且小于150μm的含量为4重量％，45-74μm的含量为56重量％，小于45μm的含量为38重量％。该碳化还原过程冶炼送电时间1小时32分钟，吨渣电耗767kWh，碳化率达到88％。

实施例5

本实施例用于说明本发明提供的冶炼含钛高炉渣的方法。

按照实施例1的方法进行，不同的是，喷枪没有插入熔池，而是位于熔池液面上方0.2m处。该碳化还原过程冶炼送电时间1小时49分钟，吨渣电耗806kWh，碳化率达到86.3％。

实施例6

本实施例用于说明本发明提供的冶炼含钛高炉渣的方法。

按照实施例1的方法进行，不同的是，将焦粉替换成无烟煤，无烟煤的固定碳含量为88.38重量％，水分含量为1重量％，无烟煤粒度分布：74-150μm的含量为4重量％，45-74μm的含量为59重量％，小于45μm的含量为37重量％。该碳化还原过程冶炼送电时间1小时46分钟，吨渣电耗781kWh，碳化率达到87.9％。

实施例7

本实施例用于说明本发明提供的冶炼含钛高炉渣的方法。

按照实施例1的方法进行，不同的是，在电炉炉底预加入的焦粉的量为335kg，第二次采用石墨喷枪加入的焦粉的量为3018kg，喷枪深入溶池液面下约0.7m，氮气压力为0.6MPa，加入速度为120kg/min，用时25min。加还原剂完成后持续冶炼47min，观察液面开始明显下降，开口出渣。该碳化还原过程冶炼送电时间1小时59分钟，吨渣电耗825kWh，碳化率达到88.7％。

实施例8

本实施例用于说明本发明提供的冶炼含钛高炉渣的方法。

按照实施例1的方法进行，不同的是，在电炉炉底预加入的焦粉的量为2012kg，第二次采用石墨喷枪加入的焦粉的量为1341kg，喷枪深入溶池液面下约0.7m，氮气压力为0.6MPa，加入速度为120kg/min，用时12min。加还原剂完成后持续冶炼73min，观察液面开始明显下降，开口出渣。该碳化还原过程冶炼送电时间2小时16分钟，吨渣电耗884kWh，碳化率达到87.4％。

对比例1

本对比例用于说明参比的冶炼含钛高炉渣的方法。

使用与实施例1相同规格的焦粉，不同的是，不包括在电炉炉底预加入焦粉的步骤，而是将全部焦粉使用石墨喷枪加入，使用石墨喷枪的方法与实施例1完全相同。熔渣经53min加热升温至1540℃，液面流动性良好，然后插入喷枪，喷入焦粉3353kg，焦粉加入速度控制在120kg/min，用时28min，加还原剂完成后持续冶炼44min开口出渣。该碳化还原过程冶炼送电时间2小时10分钟，吨渣电耗847kWh，碳化率达到86.4％。

对比例2

本对比例用于说明参比的冶炼含钛高炉渣的方法。

使用与实施例1相同规格的焦粉，不同的是，将全部焦粉全部以预加入的形式加入电炉炉底，没有石墨喷枪加入焦粉的步骤。

在电炉炉底预加入焦粉3353kg，热装含钛高炉渣20t，高炉渣入炉温度为1305℃；采用高功率送电，经30min后，熔渣加热升温至1545℃，液面流动性良好，持续冶炼153min后，开口出渣，吨渣电耗1106kWh，碳化率达到70.8％。

对比例3

本对比例用于说明参比的冶炼含钛高炉渣的方法。

按照公开号为CN201844678U的专利申请“还原剂添加装置及具有该添加装置的钛渣电炉”进行还原剂的添加，具体步骤为：热装含钛高炉渣20t，高炉渣入炉温度为1302℃；采用高功率送电，经44min后，熔渣加热升温至1540℃，之后从顶部加入焦粉3353kg，用时90min，加还原剂完成后持续冶炼32min，观察液面开始明显下降，同时炉渣温度达到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约2小时57分钟，冶炼含钛高炉渣平均吨渣电耗1059kWh，碳化率达到82.7％。

从以上实施例和对比例的结果可以看出，与未采用本发明方法的对比例1-3相比，采用本发明提供的冶炼含钛高炉渣的方法的实施例1-8，冶炼送电时间更短，在保证碳化率的前提下，吨渣电耗更低。特别地，分别比较实施例1与实施例5-8的结果可以看出，采用优选的熔池液面以下喷入还原剂的方式和采用优选范围内的预先加入的还原剂的比例，吨渣电耗更低和/或碳化率更高。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims

1.一种冶炼含钛高炉渣的方法，该方法包括使用还原剂在熔池中还原含钛高炉渣中的二氧化钛，其特征在于，所述方法包括在熔池底部预先加入一部分还原剂，再将含钛高炉渣引入熔池并进行升温，待熔渣温度升高至冶炼温度时，往熔池中喷吹加入另一部分还原剂。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在熔池底部预先加入的一部分还原剂为总还原剂用量的10-60重量％，优选为25-40重量％；另一部分还原剂的用量为总还原剂用量的40-90重量％，优选为60-75重量％；

优选地，总还原剂的用量为高炉渣中TiO₂与C完全反应生成TiC化学反应计量所需理论配碳量的130-150重量％；

优选地，所述还原剂为碳质还原剂，更优选为焦粉、无烟煤和木炭中的一种或多种；

优选地，所述还原剂中固定碳含量大于80重量％。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述还原剂中，粒度小于150μm的还原剂的含量为90-100重量％，粒度为150-250μm的还原剂的含量为0-10重量％；

优选地，粒度大于74μm且小于150μm的还原剂的含量为0-20重量％，粒度为45-74μm的还原剂的含量为40-70重量％，粒度小于45μm的还原剂的含量为10-40重量％。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，冶炼的温度为1500-1700℃，优选为1600-1650℃。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，往熔池中喷吹加入另一部分还原剂的方式为：使用一个或多个石墨喷枪向熔池表面或液面以下喷入还原剂；

优选地，石墨喷枪插入熔池的液面以下的深度为熔池液面高度的15-65％，所述熔池液面高度更优选为0.7-2m。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述石墨喷枪包括内外两层结构，外层为石墨，所述石墨的厚度为40-80mm；内层为耐热钢管，所述耐热钢管的内径为15-50mm，所述耐热钢管的厚度为5-12mm，所述内层和外层的连接方式为紧密接触。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，往熔池中喷吹加入另一部分还原剂由惰性气体提供喷吹动力，惰性气体的压力为0.4-0.9MPa；

优选地，往熔池中加入另一部分还原剂的喷吹速度为50-180kg/min，优选为80-150kg/min。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：往熔池中加入另一部分还原剂之后，继续冶炼10-80min。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述含钛高炉渣含有20-25重量％的TiO₂、6-8重量％的MgO、26-29重量％的CaO、25-29重量％的SiO₂、11-14重量％的Al₂O₃。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的方法，其中，所述方法包括以下步骤：1)预先加入还原剂；2)加入高炉渣；3)熔渣升温；4)喷吹加入还原剂；5)出渣。