CN110055366A - 一种利用钛铁矿直接冶炼钛铁合金的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种利用钛铁矿直接冶炼钛铁合金的方法，工艺步骤为：(1)对钛铁矿直接进行干燥处理；(2)将固态碳质还原剂和造渣剂与钛铁矿混料研磨，不经烧结直接喷吹到涡流熔融还原高温炉漩涡中心并被卷入到熔池中；(3)在1500℃‑1650℃温度的熔池中进行涡流熔融还原10min‑60min；(4)得到含钛铁水和熔融渣分别溢流分离；(5)含钛铁水加入合金元素直接冶炼成合金产品；(6)熔融渣在高温下调整组成使其符合水泥要求；(7)熔融渣冷却、破碎、研磨直接成为水泥熟料。该方法可利用钛铁矿直接冶炼钛铁合金，同时冶炼渣完全资源化利用。

Description

一种利用钛铁矿直接冶炼钛铁合金的方法
技术领域：
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种利用钛铁矿直接冶炼钛铁合金的的方法。
背景技术：
钛铁合金是用作钢铁的纯化剂的钛与铁的中间合金。钛铁合金是生产链条钢、锚链钢、造船用钢、不锈钢、电焊条以及电子、军工产品等的重要原料。全国特钢行业年需求量在45000吨。钛元素和铁的合金熔点和钢接近，比重和钢差不多，又不易氧化，其生产工艺又比生产该纯金属和非金属简单，生产成本比纯的单体金属和非金属低的多，价格低，特别适合于炼钢和生产各种高科技材料中使用。因此铁合金成为炼钢和新材料工业中的重要材料。
钛铁合金的主要冶炼方法为重熔法和金属热还原法。重熔法主要用于制备优质钛铁以海绵钛为原料来源有限，价格受市场影响大，成本高。铝热还原法因其原料钛铁混合物来源广泛，产品质量不稳定，杂质过多导致使用范围受限。
为了优化现有钛铁合金生产工艺，研究者进行了大量的研发工作，如梅百荣发明的“一种利用钛铁矿制备钛铁合金的方法，申请号：CN201510063532.4”将钛铁矿干燥，控制水分含水率小于5％，将干燥后的钛铁矿进行破碎，在流化床焙烧炉内进行预热、800-1000℃下选择性还原，在还原流化床内使用煤气对钛铁矿进行还原，将还原后的钛铁矿破碎到小于100目，然后进行物理分离，得到粉状钛铁合金和炉渣，将粉状钛铁合金熔炼制备块状合金；苏永山等人发明的“钛铁合金电炉冶炼法，申请号：CN200710034283.1”将钛精矿、金红石、生石灰、铁矿粉、硅铁等矿料按配比加入到能承受3000℃以上温度的耐高温冶炼炉内，加热至1800～2200℃，将炉内矿料完全熔化；将还原剂和增热剂加入到耐高温冶炼炉内完全熔化的矿料中，利用金属铝释放出的还原热将耐高温冶炼炉内的温度提升到3000℃以上，使矿料中二氧化钛还原为金属钛，与铁聚合成钛铁合金；将冶炼好的钛铁合金随耐高温冶炼炉冷却至500℃以下后，再把凝固的钛铁合金整体从耐高温冶炼炉取出置入冷却池内冷却。
发明内容：
本发明的目的为了开发成本低廉，产量高，产品质量稳定的钛铁合金制备工艺，提供一种利用钛铁矿直接冶炼钛铁合金的方法，即将固态碳质还原剂和造渣剂与干燥的钛铁矿混料研磨，不经烧结直接在高温熔池中进行涡流熔融还原，得到含钛铁水和熔融渣分别溢流分离，含钛铁水制得钛铁合金产品，熔融渣在高温下调整组成经冷却、破碎、研磨直接成为水泥熟料。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种利用钛铁矿直接冶炼钛铁合金的方法，包括以下步骤：
(1)对钛铁矿进行干燥处理至含水1％以下，形成干燥后钛铁矿；
(2)将固态碳质还原剂和造渣剂与干燥后钛铁矿混料，研磨至0.2mm筛余1～4％，形成混合料，将混合料直接加入到涡流熔融还原高温炉漩涡中心，并被卷入熔池中，搅拌速度120～150r/min，其中，所述的还原剂按混合料中Fe的摩尔量的1.2～1.5倍添加，造渣剂为CaO和CaF2的混合物，CaO按混合料碱度为1.0～1.4添加，CaF2质量按CaO质量的10～30％添加；
(3)在1500～1650℃的熔池中进行涡流搅拌熔融还原10～60min，生成包括含钛铁水和熔融渣的还原产物；
(4)得到的含钛铁水和熔融渣分层，并进行连续溢流分离，含钛铁水加入合金元素直接冶炼成合金产品，所述的合金产品中Ti含量为15～55％；
(5)熔融渣在高温下进行调整组成使其符合水泥要求后，冷却至室温、经破碎与研磨直接成为水泥熟料。
所述的步骤(1)中，钛铁矿包括组分及质量百分含量为TiO220～60％，TFe 30～50％，其它5～30％。
所述的步骤(1)中，干燥温度为150～200℃。
所述的步骤(2)中，碱度按下式(1)方法计算：
式(1)中，mCaO为混合料中氧化钙的质量，mSiO2为混合料中氧化硅的质量，mTiO2为混合料中二氧化钛的质量。
所述的步骤(2)中，还原剂为焦煤。
所述的步骤(3)中，钛还原涉及的主反应如下：
TiO2+2C＝2CO+Ti (2)
TiO2+2CO＝2CO2+Ti (3)
TiO2+C＝CO2+Ti (4)
所述的步骤(3)中，铁还原涉及的主反应如下：
FexOy+yC＝yCO+xFe (5)
FexOy+yCO＝yCO2+xFe (6)
FexOy+y/2C＝y/2CO2+xFe (7)
所述的步骤(5)中，冷却方式采用空气冷却或随炉冷却。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：
(1)采用涡流高温熔融还原，反应动力条件充分，易加入粉料，设备和工艺简单，成本低廉；
(2)冶炼钛铁合金的同时，熔融渣经冷却、破碎、研磨直接成为水泥熟料，矿石利用率达100％，不产生任何尾渣；
(3)水泥熟料无需另外烧结，大幅度降低能耗。
附图说明：
图1为本发明的一种利用钛铁矿直接冶炼钛铁合金的方法工艺流程示意图。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明实施例中的一种利用钛铁矿直接冶炼钛铁合金的方法的工艺流程示意图如图1所示。
本发明实施例中高铁高钛赤泥干燥时的温度为150～200℃。
本发明实施例中的涡流熔融还原是指发明“一种涡流搅拌熔融还原炼铁方法(CN106435080A)”公开的方法，所涉及的涡流熔融还原高温炉为该方法使用的设备，形成的涡流熔融高温炉漩涡高径比为0.5-2.5；
本发明实施例中熔融渣调整组分是加入钙质原料、硅质原料和/或铁质原料。钙质原料选用石灰石、电石渣中的至少一种；硅质原料选用高岭土、黏土、粉煤灰、尾矿渣中的至少一种；铁质原料选用高铁赤泥、铁渣、钢渣中的至少一种；
实施例1
一种利用钛铁矿直接冶炼钛铁合金的方法，包括以下步骤：
原料钛铁矿中TiO2含量在20％，TFe含量50％，其它30％；
(1)对钛铁矿直接进行干燥处理至含水1％以下；
(2)将固态碳质还原剂和造渣剂与钛铁矿混料研磨至0.2mm筛余4％，形成混合料，混合料不经烧结直接加入到涡流熔融还原高温炉漩涡中心，并被卷入熔池中，搅拌速度150r/min，还原剂焦煤按混合料中Fe的摩尔量的1.5倍添加，CaO质量按混合料碱度为1.2添加，CaF2质量按CaO质量的20％添加；
(3)在1650℃温度的熔池中进行涡流搅拌熔融还原10min，生成包括含钛铁水和熔融渣的还原产物；
(4)还原含钛铁水和熔融渣分层并进行连续溢流分离，含钛铁水加入合金元素直接冶炼成钛铁合金产品，合金中Ti含量为15％。
(5)熔融渣在高温下加入钙质、硅质、铁质原料调整组成使其符合水泥熟料要求；
(6)熔融渣经空冷至室温、破碎、研磨，制成水泥熟料，水泥熟料中CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的含量分别为62％、20％、4％、3％，满足水泥熟料的成分要求。
实施例2
一种利用钛铁矿直接冶炼钛铁合金的方法，包括以下步骤：
原料钛铁矿中TiO2含量在50％，TFe含量30％，其它20％
(1)对钛铁矿直接进行干燥处理至含水1％以下；
(2)将固态碳质还原剂和造渣剂与钛铁矿混料研磨至0.2mm筛余1％，形成混合料，混合料不经烧结直接加入到涡流熔融还原高温炉漩涡中心，并被卷入熔池中，搅拌速度120r/min，还原剂焦煤按混合料中Fe的摩尔量的1.2倍添加，CaO质量按混合料碱度为1添加，CaF2质量按CaO质量的30％添加；
(3)在1500℃温度的熔池中进行涡流搅拌熔融还原60min，生成包括钛铁合金和熔融渣的还原产物；
(4)还原钛铁合金和熔融渣分层并进行连续溢流分离，含钛铁水加入合金元素直接冶炼成钛铁合金产品，合金中Ti含量为55％。
(5)熔融渣在高温下加入钙质、硅质、铁质原料调整组成使其符合水泥熟料要求；
(6)熔融渣经空冷、破碎、研磨，制成水泥熟料，水泥熟料中CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的含量分别为62％、21％、4％、2.5％，满足水泥熟料的成分要求。
实施例3
一种利用钛铁矿直接冶炼钛铁合金的方法，包括以下步骤：
原料钛铁矿中TiO2含量在50％，TFe含量30％，其它20％
(1)对钛铁矿直接进行干燥处理至含水1％以下；
(2)将固态碳质还原剂和造渣剂与钛铁矿混料研磨至0.2mm筛余3％，形成混合料，混合料不经烧结直接加入到涡流熔融还原高温炉漩涡中心，并被卷入熔池中，搅拌速度150r/min，还原剂焦煤按混合料中Fe的摩尔量的1.5倍添加，CaO质量按混合料碱度为1.4添加，CaF2质量按CaO质量的10％添加；
(3)在1650℃温度的熔池中进行涡流搅拌熔融还原40min，生成包括钛铁合金和熔融渣的还原产物；
(4)还原钛铁合金和熔融渣分层并进行连续溢流分离，含钛铁水加入合金元素直接冶炼成钛铁合金产品，合金中Ti含量为53％。
(5)熔融渣在高温下加入钙质、硅质、铁质原料调整组成使其符合水泥熟料要求；
(6)熔融渣经空冷、破碎、研磨，制成水泥熟料，水泥熟料中CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的含量分别为64％、20％、5％、2.5％，满足水泥熟料的成分要求。

Claims (6)

1.一种利用钛铁矿直接冶炼钛铁合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对钛铁矿进行干燥处理至含水1％以下，形成干燥后钛铁矿；
(2)将固态碳质还原剂和造渣剂与干燥后钛铁矿混料，研磨至0.2mm筛余1～4％，形成混合料，将混合料直接加入到涡流熔融还原高温炉漩涡中心，并被卷入熔池中，搅拌速度120～150r/min，其中，所述的还原剂按混合料中Fe的摩尔量的1.2～1.5倍添加，造渣剂为CaO和CaF2的混合物，CaO按混合料碱度为1.0～1.4添加，CaF2质量按CaO质量的10～30％添加；
(3)在1500～1650℃的熔池中进行涡流搅拌熔融还原10～60min，生成包括含钛铁水和熔融渣的还原产物；
(4)得到的含钛铁水和熔融渣分层，并进行连续溢流分离，含钛铁水加入合金元素直接冶炼成合金产品，所述的合金产品中Ti含量为15～55％；
(5)熔融渣在高温下进行调整组成使其符合水泥要求后，冷却至室温、经破碎与研磨直接成为水泥熟料。
2.根据权利要求1所述的一种利用钛铁矿直接冶炼钛铁合金的方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，钛铁矿包括组分及质量百分含量为TiO2 20～60％，TFe 30～50％，其它5～30％。
3.根据权利要求1所述的一种利用钛铁矿直接冶炼钛铁合金的方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，干燥温度为150～200℃。
4.根据权利要求1所述的一种利用钛铁矿直接冶炼钛铁合金的方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，碱度按下式(1)方法计算：
式(1)中，mCaO为混合料中氧化钙的质量，mSiO2为混合料中氧化硅的质量，mTiO2为混合料中二氧化钛的质量。
5.根据权利要求1所述的一种利用钛铁矿直接冶炼钛铁合金的方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，还原剂为焦煤。
6.根据权利要求1所述的一种利用钛铁矿直接冶炼钛铁合金的方法，其特征在于，所述的步骤(5)中，冷却方式采用空气冷却或随炉冷却。
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