CN108411126B - 一种基于预还原的钛渣冶炼系统和方法 - Google Patents

一种基于预还原的钛渣冶炼系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于预还原的钛渣冶炼系统和方法，其特征在于：系统包括煤仓、振动筛、粗煤粉仓、细煤粉仓、钛精矿仓、混料仓、回转窑和电炉，回转窑包括预热段和还原段，其中：振动筛与煤仓出口相接，振动筛的筛上物出口、筛下物出口分别与粗煤粉仓、细煤粉仓相接，粗煤粉仓出口与回转窑一端相接，细煤粉仓出口通过细煤粉皮带秤与混料仓相接，钛精矿仓设于细煤粉仓一侧，且钛精矿仓的出口通过钛精矿皮带秤与混料仓相接，混料仓出口与回转窑另一端相接，回转窑的固溶物出口与电炉相接、烟气出口通过管道与发电站相连。可降低原料中的高价铁含量，节能，解决电炉炉况不稳、泡沫渣多、炉温偏高和电耗高的问题，提高能源利用率，钛渣、铁渣的分离状况满足要求，钛精矿无需强化研磨。

Description

一种基于预还原的钛渣冶炼系统和方法
技术领域
本发明涉及一种钛渣冶炼系统，尤其是一种基于预还原的钛渣冶炼系统，还涉及钛渣冶炼方法，属于冶炼领域。
背景技术
高钛渣是钛冶金过程中的一种重要中间产品，电炉冶炼高钛渣工艺仍将是未来一段时间的主流工艺。如果钛精矿中的高价铁含量高，则要求电炉炉温相应提高，随之带来一系列的影响：
1）炉内泡沫渣较多；2）电耗增加；3）炉膛上部保护渣层挂渣不稳，松动脱落，炉壁耐火材料易受侵蚀；4）炉壁挂渣脱落进入熔体，造成炉况剧烈波动；5）钛渣过还原，产品成本增加，经济性降低。
因此如何降低进入电炉原料中的高价铁含量，控制炉温成为保障电炉生产钛渣工艺稳定的一项关键因素。
发明内容
为了解决的是钛精矿中高价铁含量高，造成电炉冶炼炉况不稳，经济性降低的问题。本发明提供一种基于预还原的钛渣冶炼系统和方法，本发明的具体方案如下：
一种基于预还原的钛渣冶炼系统，包括煤仓、振动筛、粗煤粉仓、细煤粉仓、钛精矿仓、混料仓、回转窑和电炉，回转窑包括预热段和还原段，其中：振动筛与煤仓出口相接，振动筛的筛上物出口、筛下物出口分别与粗煤粉仓、细煤粉仓相接，粗煤粉仓出口与回转窑一端相接，细煤粉仓出口通过细煤粉皮带秤与混料仓相接，钛精矿仓设于细煤粉仓一侧，且钛精矿仓的出口通过钛精矿皮带秤与混料仓相接，混料仓出口与回转窑另一端相接，回转窑的固溶物出口与电炉相接、烟气出口通过管道与发电站相连。
进一步地，所述发电站通过管道与电炉的含CO的尾气出口相连，发电站的尾气出口通过管道与脱硫收尘器相连，发电站发出的电通过输电线与电炉相连。
进一步地，所述回转窑中段设有与鼓风机连通的二次风入口。
进一步地，所述振动筛的筛上物出口、筛下物出口均通过输送带或倾斜料槽分别与粗煤粉仓、细煤粉仓相接，粗煤粉仓出口通过管道及喷吹装置与回转窑一端相接，回转窑固体物出口通过输送带或倾斜料槽与电炉相接。
进一步地，所述混料仓出口通过料斗及倾斜的料管与回转窑另一端相接。
进一步地，所述电炉的钛渣口、铁渣口分别与钛渣包、铁渣包相接，钛渣包、铁渣包分别与钛渣熔铸装置、铁渣熔铸装置相接。
本发明涉及的基于预还原的钛渣冶炼方法，包括如下步骤：
步骤（1）、筛分分级
振动筛对煤仓的物料进行筛分，振动筛的目数为160目-200目，筛下的细煤粉进入细煤粉仓；筛上的粗粉煤进入粗煤粉仓后，从粗煤粉仓出口随一次风吹入回转窑；
步骤（2）、混料
钛精矿仓的钛精矿经过钛精矿皮带秤进入混料仓，细煤粉仓的细煤粉经过细煤粉皮带秤进入混料仓，细煤粉按钛精矿量的1～5%质量百分比与钛精矿混合；混合料从回转窑尾部进入回转窑的预热段；
步骤（3）、预热
回转窑中部通过鼓风机鼓入空气作为二次风，煤粉和钛精矿混合料在预热段预热至温度达到550～800℃；为保障混合料经过预热段后达到550～800℃，需要在回转窑中段鼓入空气作为二次风，使部分CO燃烧放热；
步骤（4）、预还原
预热后的混合料与粗煤粉在还原段进行预还原，预还原段温度1000～1200℃，CO浓度超过90%，预还原时间10～40min，预热的混合料中的高价铁在回转窑还原段被还原，得到还原后的固溶物；随一次风一起喷入的煤粉和混合料中的细煤粉，既作为燃料同时也作为还原剂，进行直接还原过程；
步骤（5）、电炉冶炼
还原后的固溶物送入电炉冶炼得到钛渣和铁渣，冶炼温度为1300-1600℃；电炉冶炼温度比直接冶炼钛精矿的温度低50～100℃，整体温度区间为1300～1600℃，因此时的高价铁量已很少，所以电炉冶炼时间可缩短1/5～1/4；
当固溶物送入电炉冶炼时,将石油焦或/和无烟煤加入到电炉中，并通过检测电炉炉温和电炉中的CO含量，控制石油焦或/和无烟煤的加入量，保持电炉炉温为1300-1600℃，同时保持炉内还原气氛，用于将固溶物中的Fe2+还原为金属铁，使金属铁进入铁渣；
步骤（6）、煤气回收
回转窑产生的尾气和电炉产生的尾气均送发电站进行煤气发电，发电后的电经变电、配电后送电炉回用，可满足电炉冶炼所需电量的10～30%，从而提高能源利用率，其中：钛渣和铁渣熔铸所用工艺及设备均为当前钛渣生产常规工艺、设备。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
（1）、本发明对粉煤进行筛分，从回转窑的不同部位进入，随一次风一起喷入的煤粉和混合料中的细煤粉，即做燃料也做还原剂，进行直接还原过程。进而降低进入电炉原料中的高价铁含量，电炉冶炼温度比现有技术低50～100℃，冶炼时间可缩短1/5～1/4。原料钛精矿中高价铁含量的降低，也能够解决电炉炉况不稳，泡沫渣多、炉温偏高和电耗高的问题。
（2）、本发明整体系统和工艺联合电炉和发电厂，发电后经变、配电后送电炉回用，可满足电炉冶炼所需电量的10～30%，从而提高能源利用率。
（3）、本发明最终得到的钛渣、铁渣的分离状况满足要求，其中，钛渣成分TiO2＞90%，达到技术指标。
（4）、该工艺后续工序可与现有钛渣生产熔铸工序直接对接。对钛精矿成分适用性广，钛精矿也无需经过强化研磨获得超细料。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是对本发明一部分实例，而不是全部的实例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例的基于预还原的钛渣冶炼系统，包括煤仓1、振动筛2、粗煤粉仓3、细煤粉仓4、钛精矿仓5、混料仓8、回转窑9和电炉10，回转窑9包括预热段和还原段，其中：振动筛2与煤仓1出口相接，振动筛2的筛上物出口、筛下物出口分别与粗煤粉仓3、细煤粉仓4相接，粗煤粉仓3出口通过管道及常规的煤粉喷吹装置与回转窑左端相接，使粗煤粉随一次风喷吹进入回转窑中，细煤粉仓4出口通过细煤粉皮带秤6与混料仓8相接，钛精矿仓5设于细煤粉仓4右侧，且钛精矿仓5的出口通过钛精矿皮带秤7与混料仓8相接，混料仓8出口与回转窑9右端相接，回转窑9的固溶物出口与电炉10相接、烟气出口通过管道与发电站11相连；所述发电站11通过管道与电炉10的含CO的尾气出口相连，发电站11的尾气出口通过管道与脱硫收尘器16相连，发电站11发出的电通过输电线与电炉10相连；所述回转窑9中段设有与鼓风机连通的二次风入口；所述振动筛2的筛上物出口、筛下物出口均通过输送带或倾斜料槽分别与粗煤粉仓3、细煤粉仓4相接，回转窑9固溶物出口通过输送带或倾斜料槽与电炉10相接；所述混料仓8出口通过料斗及倾斜的料管与回转窑9右端相接；所述电炉10的钛渣口、铁渣口分别与钛渣包12、铁渣包13相接，钛渣包12、铁渣包13分别与钛渣熔铸装置14、铁渣熔铸装置15相接。
工作时，通过振动筛2对煤仓1的煤粉a进行筛分后，筛上的粗煤粉c进入粗煤粉仓3中，筛下的细煤粉b进入细煤粉仓4中，粗煤粉仓3中的粗煤粉随一次风d经回转窑9左端送入回转窑9中；钛精矿仓5的钛精矿经过钛精矿皮带秤7计量后进入混合料仓8，细煤粉仓4的细煤粉b经过煤粉皮带秤6计量后进入混合料仓8与钛精矿混合，再从回转窑右端9进入回转窑9中，预热后的混合料与粗煤粉c 在还原段进行还原，还原后的Fe• FeO•TiO2固溶物g进入电炉10冶炼;当固溶物g进入电炉10冶炼时,将石油焦或/和无烟煤加入电炉10中，并通过检测电炉10炉温和电炉10中的CO含量，控制石油焦或/和无烟煤的加入量，保障电炉10炉温和炉内还原气氛，同时用于将固溶物g中的Fe2+还原为金属铁，金属铁进入铁渣k；回转窑9产生的含CO的尾气f和电炉10产生的含CO的尾气 i经管道送入发电站11进行煤气发电，发电站11发出的电l供给电炉10使用，发电站11产生的尾气m经脱硫收尘器16完成脱硫、收尘后，排空；电炉10对固溶物g进行冶炼后，得到钛渣j和铁渣k，分别经钛渣包12和铁渣包13送入对应的钛渣熔铸装置14和铁渣熔铸装置15，完成钛渣j和铁渣k的熔铸；回转窑9中段与鼓风机相连，通过鼓风机向回转窑9内鼓入二次风e，提高预热混合料的温度。钛渣和铁渣熔铸所用工艺及设备均为现有技术。
实施例2
本实施例涉及的基于上述装置的钛渣冶炼方法，包括如下步骤：
步骤（1）、筛分分级
采用振动筛2对煤仓1的煤粉a进行筛分，振动筛的目数为160目，筛下的细煤粉b进入细煤粉仓4；筛上的粗粉煤c进入粗煤粉仓3后，通过管道及常规的煤粉喷吹装置随一次风d经回转窑9左端吹入回转窑9中；
步骤（2）、混料
钛精矿仓5的钛精矿经过钛精矿皮带秤7称重后进入混合料仓8，细煤粉仓4的细煤粉经过煤粉皮带秤6称重后进入混合料仓8，其中：细煤粉按钛精矿质量的1%与钛精矿混合；混合料从混合料仓8出口，经料斗和倾斜的料管从回转窑9右端进入回转窑9的预热段；
步骤（3）、预热
回转窑9中部鼓入空气作为二次风e，煤粉和钛精矿混合料在预热段预热，通过控制二次风量使部分CO燃烧放热，来控制预热段温度至550℃；
步骤（4）、还原
预热后的混合料与粗煤粉在还原段进行还原，通过控制一次风d的量和喷煤量，来控制还原段温度为1000℃、CO浓度大小94%，还原时间10min，使预热的混合料中的高价铁被还原出来，得到固溶物，检测得到Fe3+＜3%；
步骤（5）、电炉冶炼
还原后的固溶物送入电炉10冶炼得到钛渣j和铁渣k，冶炼温度从1700降低到1600℃；电炉10冶炼周期由原来的14h缩短到11h，钛渣j、铁渣k分离状况满足要求，分析钛渣j成分中的TiO2为90%，达到技术指标；
步骤（6）、煤气回收
回转窑9产生的尾气和电炉10产生的尾气通过管道均送发电站11进行煤气发电，发出来的电经变电站、配电站处理后，经电力输送线路送电炉10使用，使吨渣所需外部供电量由原来的2700kWh减少到2200kWh。
实施例3
本实施例涉及的基于上述装置的钛渣冶炼方法，包括如下步骤：
步骤（1）、筛分分级
采用大型振动筛2对煤仓1的煤粉a进行筛分，大型振动筛的目数为200目，筛下的细煤粉b进入细煤粉仓4；筛上的粗粉煤c进入粗煤粉仓3后，通过管道及常规的煤粉喷吹装置随一次风d经回转窑9左端吹入回转窑9中；
步骤（2）、混料
钛精矿仓5的钛精矿经过钛精矿皮带秤7进入混合料仓8，细煤粉仓4的细煤粉经过煤粉皮带秤6进入混合料仓8，细煤粉按钛精矿量的5%与钛精矿混合；混合料从回转窑9尾部进入回转窑9的预热段；
步骤（3）、预热
回转窑9中部鼓入空气作为二次风e，煤粉和钛精矿混合料在预热段经烟气预热，通过控制二次风量使部分CO燃烧放热，控制预热段窑中温度750℃；
步骤（4）、还原
预热后的混合料与粗煤粉在还原段进行还原，通过控制一次风d的量和喷煤量，控制还原段温度为1200℃，CO浓度91%，还原时间15min，预热的混合料中的高价铁在回转窑9还原段被还原，得固溶物，检测得到Fe3+＜5%；
步骤（5）、电炉冶炼
还原后的固溶物送入电炉10冶炼得到钛渣j和铁渣k，冶炼温度降低到1450℃；电炉冶炼周期由原来14h缩短到11h，钛渣j和铁渣k的分离状况满足要求；分析钛渣j中的成分TiO2为92%，达到技术指标；
步骤（6）、煤气回收
回转窑9产生的尾气和电炉10产生的尾气通过管道均送发电站11进行煤气发电，发出来的电经变电站、配电站处理后，经电力输送线路送电炉10使用，使吨渣所需外部供电量由原来的2700kWh减少到2100kWh。其余与实施例1相同。
实施例4
本实施例涉及的基于上述装置的钛渣冶炼方法，包括如下步骤：
步骤（1）、筛分分级
采用大型振动筛2对煤仓1的煤粉a进行筛分，大型振动筛的目数为180目，筛下的细煤粉b进入细煤粉仓4；筛上的粉煤c进入粗煤粉仓3后，通过管道及常规的煤粉喷吹装置随一次风d经回转窑9左端吹入回转窑9中；
步骤（2）、混料
钛精矿仓5的钛精矿经过钛精矿皮带秤7进入混合料仓8，细煤粉仓4的细煤粉经过煤粉皮带秤6进入混合料仓8，其中：细煤粉按钛精矿质量的3%与钛精矿混合；混合料从混合料仓8出口，经料斗和倾斜的料管从回转窑9右端进入回转窑9的预热段；
步骤（3）、预热
回转窑9中部鼓入空气作为二次风e，煤粉和钛精矿混合料在预热段经烟气预热，通过控制二次风量使部分CO燃烧放热，控制预热段窑中温度750℃；
步骤（4）、还原
预热后的混合料与粗煤粉在还原段进行还原，通过控制一次风d的量和喷煤量，控制还原段温度1150℃，CO浓度91%，还原时间35min，使预热的混合料中的高价铁被还原出来，得到固溶物，检测得到Fe3+＜4%；
步骤（5）、电炉冶炼
还原后的固溶物送入电炉10冶炼得到钛渣j和铁渣k，冶炼温度从现有的1700降低到1200℃；电炉10冶炼周期由原来14h缩短到10h，钛渣j和铁渣k的分离状况满足要求，分析钛渣j成分中的TiO2为91%，达到技术指标；
步骤（6）、煤气回收
回转窑9产生的尾气和电炉10产生的尾气通过管道均送发电站11进行煤气发电，发出来的电经变电站、配电站处理后，经电力输送线路送电炉10使用，吨渣所需外部供电量由原来的2700kWh减少到2200kWh。其余与实施例1相同。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (6)

1.一种基于预还原钛渣冶炼系统进行钛渣冶炼的方法，其特征在于：
所述钛渣冶炼系统包括：煤仓、振动筛、粗煤粉仓、细煤粉仓、钛精矿仓、混料仓、回转窑和电炉，回转窑包括预热段和还原段，其中：振动筛与煤仓出口相接，振动筛的筛上物出口、筛下物出口分别与粗煤粉仓、细煤粉仓相接，粗煤粉仓出口与回转窑一端相接，细煤粉仓出口通过细煤粉皮带秤与混料仓相接，钛精矿仓设于细煤粉仓一侧，且钛精矿仓的出口通过钛精矿皮带秤与混料仓相接，混料仓出口与回转窑另一端相接，回转窑的固溶物出口与电炉相接、烟气出口通过管道与发电站相连；
所述方法包括如下步骤：
步骤（1）、筛分分级
振动筛对煤仓的物料进行筛分，振动筛的目数为160目-200目，筛下的细煤粉进入细煤粉仓；筛上的粗粉煤进入粗煤粉仓后，从粗煤粉仓出口随一次风吹入回转窑；
步骤（2）、混料
钛精矿仓的钛精矿经过钛精矿皮带秤进入混料仓，细煤粉仓的细煤粉经过细煤粉皮带秤进入混料仓，细煤粉按钛精矿量的1～5%质量百分比与钛精矿混合；混合料从回转窑尾部进入回转窑的预热段；
步骤（3）、预热
回转窑中部通过鼓风机鼓入空气作为二次风，煤粉和钛精矿混合料在预热段预热至温度达到550～800℃；
步骤（4）、还原
预热后的混合料与粗煤粉在还原段进行还原，还原段温度为1000～1200℃，CO浓度大于90%，还原时间为10～40min，预热的混合料中的高价铁在回转窑还原段被还原，得到还原后的固溶物；
步骤（5）、电炉冶炼
还原后的固溶物送入电炉冶炼得到钛渣和铁渣，冶炼温度为1300-1600℃；
步骤（6）、煤气回收
回转窑产生的尾气和电炉产生的尾气均送发电站进行煤气发电，发电后的电经变电、配电后送电炉回用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述发电站通过管道与电炉的含CO的尾气出口相连，发电站的尾气出口通过管道与脱硫收尘器相连，发电站发出的电通过输电线与电炉相连。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述回转窑中段设有与鼓风机连通的二次风入口。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述振动筛的筛上物出口、筛下物出口均通过输送带或倾斜料槽分别与粗煤粉仓、细煤粉仓相接，粗煤粉仓出口通过管道及喷吹装置与回转窑一端相接，回转窑固体物出口通过输送带或倾斜料槽与电炉相接。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述混料仓出口通过料斗及倾斜的料管与回转窑另一端相接。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述电炉的钛渣口、铁渣口分别与钛渣包、铁渣包相接，钛渣包、铁渣包分别与钛渣熔铸装置、铁渣熔铸装置相接。
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