CN108004366A - 一种采用钒钛磁铁矿还原磁选制备铁粉生产耐磨介质的方法 - Google Patents
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Abstract
一种采用钒钛磁铁矿还原磁选制备铁粉生产耐磨介质的方法，将超贫钒钛磁铁矿经选矿后获得钒钛磁铁矿粉，经还原、磨矿并磁选，获得天然微合金还原铁精粉；将铁精粉与还原剂相间隔装入耐火罐中进行还原反应，还原反应中在还原剂中配入脱硫剂白云石以降低产品海绵铁的含量，装罐后进隧道窑进行还原，得到天然微合金低硫铁精粉；对物料进行压制，压成块之后进入中频炉熔融，在熔融过程中对铁水加入碳和金属锰，调整铁水中的碳和锰含量，浇筑到模具中，制作出耐磨介质。优点是：该耐磨介质产品稳定性好，制作的机器配件耐磨性好，更具韧性，使用寿命长。利用此原料制成的耐磨介质为天然微合金成分较其它耐磨介质更耐磨。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用钒钛磁铁矿还原磁选制备铁粉生产耐磨介质的方法。
背景技术
铸钢配件的磨损不仅引起设备零配件失效，导致工件更换和维修颇繁，工作效率降低，生产成本增加，而且会造成设备和人员的安全隐患事故，因此，设备配件的耐磨性直接影响设备的使用寿命、生产成本以及生产效率。
低品位钒钛磁铁矿还原-磁选法制备铁粉，其主要原理是将钒钛磁铁精矿在固态条件下进行选择性的直接还原，矿物中的铁氧化物被还原成金属铁，而钒钛仍保持氧化物形态，将所得产品细磨后分选可得高品位铁粉精矿。精矿铁粉中以固融形式存在的Ti、V、Co、Ni等元素融入固溶体溶质原子铁中，从而使合金固溶体强度与硬度提高。这种合金尤其用在耐磨介质具有更优越的耐磨性，是普通磨矿介质寿命的2倍～3倍。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种采用钒钛磁铁矿还原磁选制备铁粉生产耐磨介质的方法，该耐磨介质产品稳定性好，制作的机器配件耐磨性好，更具韧性，使用寿命长。利用此原料制成的耐磨介质为天然微合金成分较其它耐磨介质更耐磨。
本发明的技术解决方案是：
一种采用钒钛磁铁矿还原磁选制备铁粉生产耐磨介质的方法，其具体步骤如下：
(1)天然微合金还原铁粉的制备
将超贫钒钛磁铁矿经选矿后获得钒钛磁铁矿粉,配入硫酸钠、萤石和兰炭，进行还原，经磨矿并磁选，获得天然微合金还原铁精粉；
(2)还原铁粉降硫处理
将铁精粉与还原剂相间隔装入耐火罐中进行还原反应，还原反应中在还原剂中配入脱硫剂以降低产品海绵铁的含量，所述还原剂为兰炭和冶金焦，所述脱硫剂为白云石，其中，冶金焦、兰炭和白云石的质量比为45:40:10，装料时，由耐火罐的中心至内缘依次分层装入掺有脱硫剂的还原剂、铁精粉、掺有脱硫剂的还原剂，装罐后进隧道窑进行还原，还原温度为1145℃-1155℃，还原时间为55小时，冷却到200℃以下，出窑卸罐，得到天然微合金低硫铁精粉；
(3)耐磨介质的制备
对物料进行压制，压成块之后进入中频炉熔融，在1500℃-1650℃熔炼2小时-3小时，在熔融过程中对铁水加入占铁水质量0.1％-0.3％的碳和占铁水质量0.2％-0.4％的金属锰，调整铁水中的碳和锰含量，浇筑到模具中，制作出耐磨介质。
进一步的，步骤(2)装料时，五个耐火罐为一柱，一柱装还原料80kg～90kg，一柱装还原剂50kg～60kg。
进一步的，步骤(2)采用直径305mm的耐火罐装料时，由耐火罐的中心至内缘依次分层装入的还原剂、还原料、还原剂形成的还原剂层直径为130mm、还原料层厚度为55mm、还原剂层厚度为30mm。
进一步的，步骤(2)中所述冶金焦中的硫含量为0.5％-1％，兰炭中的硫含量为0.3％-0.5％。
进一步的，步骤(2)装料时，利用桶状的模具Ⅰ2和模具Ⅱ4将耐火罐由中心至内缘分成三个区域依次装入的掺有脱硫剂的还原剂、铁精粉、掺有脱硫剂的还原剂，耐火罐由中心至内缘依次形成直径为210mm的掺有脱硫剂的还原剂层Ⅰ、厚度为55mm的铁精粉层、厚度为30mm的掺有脱硫剂的还原剂层Ⅱ，抽出模具。
本发明的有益效果：
(1)以钒钛磁铁矿为原料生产天然微合金铁粉，制成耐磨介质，已达到球磨机所用耐磨介质的要求；其强度和耐磨性比用一般球磨介质更加耐磨，同时其它合金硅钒以及过渡元天然微合金素增加了介质的韧性与冲击性能，使磨矿介质更不易碎裂。同时用钒钛磁铁矿生产的天然微合金铁粉生产的耐磨介质为低磷、低硫的合金耐磨介质。使合金耐磨介质具有更优越的性能，具有更广泛的用途。
(2)利用钒钛矿还原磁选后得到的铁粉，在经过中频炉冶炼，最后制得用于球磨机使用的锻、球等耐磨介质。利用此原料制成的耐磨介质为天然微合金成分较其它耐磨介质更具韧性，更耐磨。
附图说明
图1是本发明使用的耐火罐的装料示意图；
图中：图1-掺有脱硫剂的还原剂层Ⅰ，2-模具Ⅰ，3-铁精粉层，4-模具Ⅱ，5-掺有脱硫剂的还原剂剂层Ⅱ。
具体实施方式
实施例1
(1)超贫钒钛磁铁矿选矿
将TiO2含量4.3％、TFe含量13％的朝阳钒钛磁铁矿，粉碎至粒度-50目，用磁选机进行两级选矿，得到TFe品位在46.82％，TiO2品位在20.25％的钒钛铁精矿，具体含量如表1所示；
表1钒钛磁铁矿的产品指标(％)
(2)配料、还原
将钒钛磁铁矿粉、硫酸钠、萤石和兰炭按照质量比100:7:3:5转入混料机混匀后，装入耐火罐中，装料时，利用桶状的模具将耐火罐由中心至内缘分成三个区域依次装入的还原剂、还原料、还原剂，还原剂组成为冶金焦16kg、兰炭19kg、白云石5kg和焦末10kg；五个耐火罐为一柱，一柱装还原料90kg，一柱装还原剂50kg；装罐后进入138米隧道窑进行还原，还原温度为1100℃，高温还原时间为40小时，将钒钛磁铁矿铁精粉中的氧化铁还原成海绵装金属铁，还原金属铁颗粒聚集增大最后达到可以分选的效果，金属铁粒度常见为20μm～30μm，50μm～60μm次之，最大为70μm～100μm，钛矿主要为五氧化三钛(黑钛石)，粒度为20μm～40μm，进行磨选处理可得到良好的铁、钛分离指标；产品冷却到200℃以下出窑卸罐；
(3)磨选
将经还原的钒钛磁铁矿铁精粉(钒钛海绵铁)经颚式破碎机破碎至粒度≤30mm，进入一段球磨机(Φ1200×7000mm)进行磨矿，出磨后矿料经螺旋分级机分级粒度＞325目的粗料返回球磨再磨，粒度≤325目的的细料进入水力旋流器再次分级，分级后细料(100目～325目占80％wt)进入一次磁选(CTB618型400GS)，粗料进入二段球磨(Φ900×6000mm)，二段球磨出的粗物料返回二段球磨继续球磨，细料(100目～325目占81％wt)进入一次磁选；一次磁选获得的铁精矿进入摇床重选，摇床后的铁精矿进入精矿池浓缩脱水准备烘干，摇床后的尾矿和一次磁选的富钒钛料进入二次磁选(CTB618型3800GS)，二次磁选，得到铁精粉；
(4)还原铁粉降硫处理
将铁精粉与还原剂兰炭(硫含量为0.5wt％)和冶金焦(硫含量为0.8wt％)相间隔装入耐火罐中进行还原反应，还原反应中在还原剂中配入脱硫剂白云石(中含CaO≥30wt％，MgO≥20wt％)以降低产品海绵铁的含量，其中，冶金焦、兰炭和白云石的质量比为45:42:15,装料采用内390mm的耐火罐装料，装料时，利用桶状的模具Ⅰ2和模具Ⅱ4(壁厚2.5mm)将耐火罐由中心至内缘分成三个区域依次装入的掺有脱硫剂的还原剂、铁精粉、掺有脱硫剂的还原剂，耐火罐由中心至内缘依次形成直径为210mm的掺有脱硫剂的还原剂层Ⅰ1、厚度为55mm的铁精粉层3、厚度为30mm的掺有脱硫剂的还原剂层Ⅱ5，抽出模具；装罐后进隧道窑进行还原，还原温度为1145℃-1155℃，还原时间为55小时，冷却到200℃以下，出窑卸罐，得到低硫铁精粉。
(5)耐磨介质的制备
对低硫铁精粉进行压制，压成块之后进入中频炉熔融，在1550℃-1600℃熔炼2.5小时，在熔融过程中对铁水加入占铁水质量0.2％的碳和占铁水质量0.3％的金属锰，调整铁水中的碳和锰含量，浇筑到模具中，制作出耐磨介质。耐磨介质的产品指标如表2所述
表2
| C | Si | Mn | P | S | Ni | Mo | Cu | |
| 检样1 | 0.40 | 0.20 | 0.50 | 0.003 | 0.004 | 0.26 | 0.12 | 0.24 |
| 检样2 | 0.42 | 0.22 | 0.52 | 0.002 | 0.002 | 0.22 | 0.10 | 0.22 |
| Al | V | Ti | W | Co | B | Nb | Fe | |
| 检样1 | 0.002 | 0.08 | 0.001 | 0.086 | 0.033 | 0.006 | 0.000 | ≥98 |
| 检样2 | 0.002 | 0.09 | 0.001 | 0.088 | 0.034 | 0.006 | 0.000 | ≥98 |
从检验数值看，利用钒钛磁铁矿生产的天然微合金铁粉制成的耐磨介质，已达到球磨机所用耐磨介质的要求。其强度和耐磨性比用一般球磨介质更加耐磨，同时其它合金由增加了介质的韧性与冲击性能使磨矿介质更不易碎裂。同时用钒钛磁铁矿生产的天然微合金铁粉生产的耐磨介质为低磷、低硫的合金耐磨介质。使合金耐磨介质具有更优越的性能。
实施例2
低硫铁精粉的制备方法同实施例1。
耐磨介质的制备：对物料进行压制，压成块之后进入中频炉熔融，在1500℃-1550℃熔炼2小时，在熔融过程中对铁水加入占铁水质量0.1％的碳和占铁水质量0.2％的金属锰，调整铁水中的碳和锰含量，浇筑到模具中，制作出耐磨介质。
实施例3
低硫铁精粉的制备方法同实施例1。
耐磨介质的制备：对物料进行压制，压成块之后进入中频炉熔融，在1600℃-1650℃熔炼3小时，在熔融过程中对铁水加入占铁水质量0.3％的碳和占铁水质量0.4％的金属锰，调整铁水中的碳和锰含量，浇筑到模具中，制作出耐磨介质。
以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种采用钒钛磁铁矿还原磁选制备铁粉生产耐磨介质的方法，其特征是：
具体步骤如下：
(1)天然微合金还原铁粉的制备
将超贫钒钛磁铁矿经选矿后获得钒钛磁铁矿粉,配入硫酸钠、萤石和兰炭，进行还原，经磨矿并磁选，获得天然微合金还原铁精粉；
(2)还原铁粉降硫处理
将铁精粉与还原剂相间隔装入耐火罐中进行还原反应，还原反应中在还原剂中配入脱硫剂以降低产品海绵铁的含量，所述还原剂为兰炭和冶金焦，所述脱硫剂为白云石，其中，冶金焦、兰炭和白云石的质量比为45:40:10，装料时，由耐火罐的中心至内缘依次分层装入掺有脱硫剂的还原剂、铁精粉、掺有脱硫剂的还原剂，装罐后进隧道窑进行还原，还原温度为1145℃-1155℃，还原时间为55小时，冷却到200℃以下，出窑卸罐，得到天然微合金低硫铁精粉；
(3)耐磨介质的制备
对物料进行压制，压成块之后进入中频炉熔融，在1500℃-1650℃熔炼2小时-3小时，在熔融过程中对铁水加入占铁水质量0.1％-0.3％的碳和占铁水质量0.2％-0.4％的金属锰，调整铁水中的碳和锰含量，浇筑到模具中，制作出耐磨介质。
2.根据权利要求1所述的采用钒钛磁铁矿还原磁选制备铁粉生产耐磨介质的方法，其特征是：步骤(2)装料时，五个耐火罐为一柱，一柱装还原料80kg～90kg，一柱装还原剂50kg～60kg。
3.根据权利要求1所述的采用钒钛磁铁矿还原磁选制备铁粉生产耐磨介质的方法，其特征是：步骤(2)采用直径305mm的耐火罐装料时，由耐火罐的中心至内缘依次分层装入的还原剂、还原料、还原剂形成的还原剂层直径为130mm、还原料层厚度为55mm、还原剂层厚度为30mm。
4.根据权利要求1所述的采用钒钛磁铁矿还原磁选制备铁粉生产耐磨介质的方法，其特征是：步骤(2)中所述冶金焦中的硫含量为0.5％-1％，兰炭中的硫含量为0.3％-0.5％。
5.根据权利要求1所述的采用钒钛磁铁矿还原磁选制备铁粉生产耐磨介质的方法，其特征是：步骤(2)装料时，利用桶状的模具Ⅰ2和模具Ⅱ4将耐火罐由中心至内缘分成三个区域依次装入的掺有脱硫剂的还原剂、铁精粉、掺有脱硫剂的还原剂，耐火罐由中心至内缘依次形成直径为210mm的掺有脱硫剂的还原剂层Ⅰ、厚度为55mm的铁精粉层、厚度为30mm的掺有脱硫剂的还原剂层Ⅱ，抽出模具。
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