CN110106364A - 用含钛炉渣制备碳化钛渣的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及含钛炉渣冶炼方法领域，尤其是一种缩短反应时间、降低冶炼电耗的用含钛炉渣制备碳化钛渣的方法，包括如下步骤：a、将含钛炉渣加入到矿热炉或电弧炉内并升温，当温度到达设定值时，加入碳质还原剂，并利用碳质还原剂与炉内的含钛炉渣反应；b、将炉内烟气温度及CO浓度值作为反应控制的判定依据，依据炉内烟气温度及CO浓度值来调节输入功率和还原剂加料速度，从而维持CO浓度值，控制反应处于最佳平稳状态；c、还原剂加料结束，当CO浓度值逐步下降至设定浓度时，开始出渣，结束反应，得到碳化钛渣。利用本发明可缩短反应时间，降低冶炼电耗，提高含钛炉渣制备碳化钛渣的技术经济性，本发明尤其适用于含钛炉渣制备碳化钛渣的工艺之中。

Description

用含钛炉渣制备碳化钛渣的方法
技术领域
本发明涉及含钛炉渣冶炼方法领域，尤其是一种用含钛炉渣制备碳化钛渣的方法。
背景技术
钛是一种重要的战略资源，钛产品在各个领域有着广泛的用途。钛白粉被用于涂料、纺织、造纸、油墨、化妆品等领域；金属钛被用于航空航天、能源、武器、汽车、医疗、建筑等行业。先进的钛工业是综合国力的重要标志，大力发展钛工业对巩固国防和国民经济建设有重要的战略意义。
含钛炉渣中含有10％～30％的TiO2，若不加以利用，不但会污染环境，还会造成钛资源的严重浪费。将含钛炉渣转化为碳化钛渣是一条可行的提钛路线，通过高温下碳热还原将含钛炉渣中的TiO2转化为TiC，再进一步制备成四氯化钛、钛白粉或碳化钛产品，可实现含钛炉渣中钛资源的综合利用。
在含钛炉渣制备碳化钛渣的过程中，维持快的反应速率和准确的终点判断是实现低成本、高效冶炼的关键。现有的冶炼方法往往会有反应不平稳或反应速率过慢，会延长反应时间，降低热效率，增加冶炼电耗等问题；而出炉时机判断不准确，会导致碳化钛含量忽高忽低，产品指标波动大，钛收率低等缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种缩短反应时间、降低冶炼电耗的用含钛炉渣制备碳化钛渣的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：用含钛炉渣制备碳化钛渣的方法，包括如下步骤：a、首先，将含钛炉渣加入到矿热炉或电弧炉内并升温，当温度到达设定值时，加入碳质还原剂，并利用碳质还原剂与炉内的含钛炉渣反应；b、其中，在反应过程中，将炉内烟气温度及CO浓度值作为反应控制的判定依据，并依据炉内烟气温度及CO浓度值来调节输入功率和还原剂加料速度，从而维持CO浓度值，并控制反应处于最佳平稳状态；c、还原剂加料结束，当CO浓度值逐步下降至设定浓度时，开始出渣，结束反应，得到碳化钛渣。
进一步的是，所述含钛炉渣中TiO2含量为10％～30％。
进一步的是，所述矿热炉或电弧炉安装有烟气净化系统，并在烟气净化系统的除尘烟道上设置有烟气温度和烟气成分在线检测装置。
进一步的是，所述烟气温度和烟气成分值在线检测装置实时监测炉内产生的高温烟气温度及烟气中CO浓度值。
进一步的是，所述烟气温度值为还原剂加入时机的判定依据。
进一步的是，烟气温度在850℃～960℃范围时加入还原剂。
进一步的是，所述烟气中CO浓度值作为反应进行程度的判定依据。
进一步的是，步骤c中，当反应接近终点时，CO浓度开始下降，待CO浓度下降至10％以下时，视为反应达到终点，开始出渣。
进一步的是，步骤a中，含钛炉渣首先加入矿热炉或电弧炉内进行加热，待炉内烟气温度达到850℃时，开始加入碳质还原剂。
进一步的是，步骤b的反应过程中，CO浓度值稳定在50％～70％之间。
本发明的有益效果是：本发明通过将炉内烟气温度及CO浓度值作为反应控制的判定依据，有效的提高了对整个反应过程的调节能力。其中，依靠维持CO浓度值以及通过烟气温度值的监控，可以使反应处于最佳状态，一方面可以把握最佳加料时机，使输入功率与反应速率相匹配，最大利用电炉热效率；另一方面，准确的终点判断可保证产品质量，避免过多的电量输入造成能量浪费。利用本发明可缩短反应时间，降低冶炼电耗，提高含钛炉渣制备碳化钛渣的技术经济性，本发明尤其适用于含钛炉渣制备碳化钛渣的工艺之中。
具体实施方式
用含钛炉渣制备碳化钛渣的方法，包括如下步骤：a、首先，将含钛炉渣加入到矿热炉或电弧炉内并升温，当温度到达设定值时，加入碳质还原剂，并利用碳质还原剂与炉内的含钛炉渣反应；b、其中，在反应过程中，将炉内烟气温度及CO浓度值作为反应控制的判定依据，并依据炉内烟气温度及CO浓度值来调节输入功率和还原剂加料速度，从而维持CO浓度值，并控制反应处于最佳平稳状态；c、还原剂加料结束，当CO浓度值逐步下降至设定浓度时，开始出渣，结束反应，得到碳化钛渣。
本发明通过将炉内烟气温度及CO浓度值作为反应控制的判定依据，从而对整个反应的过程实现了实时监测以及可控，并依据炉内烟气温度及CO浓度值来调节输入功率和还原剂加料速度，从而维持CO浓度值，并控制反应处于最佳平稳状态，使含钛炉渣高效、低成本、稳定的转化为碳化钛渣，实现含钛炉渣经济综合利用，同时也最大利用电炉热效率，避免过多的电量输入造成能量浪费。
为了达到较为理想的反应状态，优选所述含钛炉渣中TiO2含量为10％～30％。一般的，最终得到的碳化钛渣为含钛炉渣中85％以上的TiO2转化为TiC后得到的炉渣。
为了实时监测炉内烟气温度及烟气中CO浓度，从而实现对整个反应过程的控制，可以选择这样的方案：所述矿热炉或电弧炉安装有烟气净化系统，并在烟气净化系统的除尘烟道上设置有烟气温度和烟气成分在线检测装置。这样的方案为实时监测炉内烟气温度及烟气中CO浓度提供可可行的结构基础，方便对整个反应过程的灵活、实时的控制。
作为本发明的核心构思之一，优选所述烟气温度值为还原剂加入时机的判定依据，结合实践经验，一般优选烟气温度在850℃～960℃范围时加入还原剂，最晚不超过1000℃加入还原剂。另外，优选所述烟气中CO浓度值作为反应进行程度的判定依据，结合实践经验，在步骤c中，当反应接近终点时，CO浓度开始下降，待CO浓度下降至10％以下时，视为反应达到终点，开始出渣。另外，在步骤a中，含钛炉渣首先加入矿热炉或电弧炉内进行加热，优选待炉内烟气温度达到850℃时，开始加入碳质还原剂。优选步骤b的反应过程中，CO浓度值稳定在50％～70％之间，从而实现维持炉内反应处于快速稳定状态。
本发明可有效避免过程中出现的反应不平稳或反应速率过慢，出炉时机判断不准确，产品指标波动大，钛收率低等问题。本发明通过将烟气温度及烟气成分值作为反应进程的判定依据，依靠维持CO浓度值来使反应处于最佳状态，一方面可以把握最佳加料时机，使输入功率与反应速率相匹配，最大利用电炉热效率；另一方面，准确的终点判断可保证产品质量，避免过多的电量输入造成能量浪费。利用本发明可缩短反应时间，降低冶炼电耗，实现低成本、高效生产，提高含钛炉渣制备碳化钛渣的技术经济性。
实施例
实施例1
本实施例处理的含钛炉渣中TiO2含量为10％，将含钛炉渣热装进电弧炉，送电升温；当烟气温度达到850℃时，开始加入还原剂；CO浓度快速上升至50％，监测CO浓度曲线，通过调节输入功率和还原剂加料速度，使反应过程中CO浓度稳定在50％左右；加料结束，待CO浓度逐步下降时，密切关注CO浓度曲线，相同输入功率下，CO浓度持续下降至5％，开始出渣，结束反应。
实施例2
本实施例处理的含钛炉渣中TiO2含量为20％，将含钛炉渣装进电弧炉中，送电升温；待烟气温度达到900℃时，开始加入还原剂；CO浓度快速上升至60％，监测CO浓度曲线，通过调节输入功率和还原剂加料速度，使反应过程中CO浓度稳定在60％左右；加料结束，待CO浓度逐步下降时，密切关注CO浓度曲线，相同输入功率下，CO浓度持续下降至10％，开始出渣，结束反应。
实施例3
本实施例处理的含钛炉渣中TiO2含量为30％，将含钛炉渣装进电弧炉中，送电升温；待烟气温度达到960℃时，开始加入还原剂；CO浓度快速上升至70％，监测CO浓度曲线，通过调节输入功率和还原剂加料速度，使反应过程中CO浓度稳定在70％左右；加料结束，待CO浓度逐步下降时，密切关注CO浓度曲线，相同输入功率下，CO浓度持续下降至5％，开始出渣，结束反应。
通过上述实施例的控制手段，含钛炉渣中钛的转化率可达90％以上。调节输入功率和还原剂加料速度维持反应平稳，是指加料过程中CO浓度下降时，首先检查是否输入功率过低，若是，可适当提高输入功率；若输入功率已较高，则检查是否加料速度过慢或过快，通过调节合适的加料速度使CO浓度维持在较高的稳定值。所述调节手段不限于上述方法，所述CO浓度稳定值根据实际反应可略低于50％，或高于80％。

Claims (10)

1.用含钛炉渣制备碳化钛渣的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、首先，将含钛炉渣加入到矿热炉或电弧炉内并升温，当温度到达设定值时，加入碳质还原剂，并利用碳质还原剂与炉内的含钛炉渣反应；
b、其中，在反应过程中，将炉内烟气温度及CO浓度值作为反应控制的判定依据，并依据炉内烟气温度及CO浓度值来调节输入功率和还原剂加料速度，从而维持CO浓度值，并控制反应处于最佳平稳状态；
c、还原剂加料结束，当CO浓度值逐步下降至设定浓度时，开始出渣，结束反应，得到碳化钛渣。
2.如权利要求1所述的用含钛炉渣制备碳化钛渣的方法，其特征在于：所述含钛炉渣中TiO2含量为10％～30％。
3.如权利要求1或2所述的用含钛炉渣制备碳化钛渣的方法，其特征在于：所述矿热炉或电弧炉安装有烟气净化系统，并在烟气净化系统的除尘烟道上设置有烟气温度和烟气成分在线检测装置。
4.如权利要求3所述的用含钛炉渣制备碳化钛渣的方法，其特征在于：所述烟气温度和烟气成分值在线检测装置实时监测炉内产生的高温烟气温度及烟气中CO浓度值。
5.如权利要求1所述的用含钛炉渣制备碳化钛渣的方法，其特征在于：所述烟气温度值为还原剂加入时机的判定依据。
6.如权利要求1或5所述的用含钛炉渣制备碳化钛渣的方法，其特征在于：烟气温度在850℃～960℃范围时加入还原剂。
7.如权利要求1所述的用含钛炉渣制备碳化钛渣的方法，其特征在于：所述烟气中CO浓度值作为反应进行程度的判定依据。
8.如权利要求1或7所述的用含钛炉渣制备碳化钛渣的方法，其特征在于：步骤c中，当反应接近终点时，CO浓度开始下降，待CO浓度下降至10％以下时，视为反应达到终点，开始出渣。
9.如权利要求1所述的用含钛炉渣制备碳化钛渣的方法，其特征在于：步骤a中，含钛炉渣首先加入矿热炉或电弧炉内进行加热，待炉内烟气温度达到850℃时，开始加入碳质还原剂。
10.如权利要求1所述的用含钛炉渣制备碳化钛渣的方法，其特征在于：步骤b的反应过程中，CO浓度值稳定在50％～70％之间。
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