CN110564956A - 一种从铁精矿中分离富集钒和生产纯铁的冶炼系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种从铁精矿中分离富集钒和生产纯铁的冶炼系统，包括：钒钛磁铁矿压球干燥后获得的钒钛磁铁矿球团；煤基竖炉，煤基竖炉选择性还原钒钛磁铁矿球团得到金属化球团；电弧炉，电弧炉用于将金属化球团在电弧炉内进行熔分富集。本发明钒的回收率可达93以上％，钒渣品位约6‑8％。同时熔分出钢水纯度高，铁含量达99.7％以上，且钢水中磷、硫、硅、锰、钛含量低，经简单精炼可生产出磁纯铁和军工纯铁。

Description

一种从铁精矿中分离富集钒和生产纯铁的冶炼系统
技术领域：
本发明属于有色冶金技术领域，具体涉及一种从铁精矿中分离富集钒和生产纯铁的冶炼系统。
背景技术：
钢铁材料是我国工业基础产品，其产量大，产品种类多，不同种类产品价格相差巨大。生产工业纯铁的原料通常为普通铁精粉及钒钛磁铁矿。
目前，国内生产工业纯铁的企业，大都采用传统的普通铁精粉为原料，采用“烧结(或球团矿)—高炉炼铁—炼钢精炼—连铸—热轧”长流程进行生产工业纯铁，但由于工业纯铁对夹渣物含量要求极严格，精炼要求高，成本较高。另一种普遍应用的工业纯铁生产方法是铁熔液电解法，但其电解铁成本高。
针对陕南地区已经查明的钒钛磁铁矿矿产，分布集中，储量较大，经分析，陕南地区钒钛磁铁矿与攀枝花矿、承德矿、四川宏达坦桑尼亚矿等钒钛矿相比，具有Fe品位高、V多(V2O5％＝0.90～1.05％)、Ti少等显著特点，提高V的利用率及获得Fe的高附加值产品是该矿资源综合利用的重要方向。
传统实现钒钛磁铁矿铁、钒资源利用的工艺流程主要有高炉-转炉流程和隧道窑、转底炉、回转窑等直接还原-矿热炉熔分深还原流程两大类。
高炉-转炉流程冶炼钒钛磁铁矿的工艺流程中，钒钛磁铁矿和普通矿一起入高炉冶炼得到含钒铁水和高炉渣(TiO2＝22％)，其中含钒铁水入提钒转炉进行提钒，高炉渣堆存。提钒转炉产物钒渣进行深加工生产V2O5，半钢入炼钢转炉进行钢水生产。该流程实现了Fe、V资源的利用。存在高炉操作难度大，铁前工序环境污染严重、钒回收率低等问题；典型应用：国内攀钢、承德、威钢、德钢等。
直接还原-矿热炉熔分深还原工艺流程可实现钒钛磁铁矿中铁、钒综合回收利用。该工艺流程的特点：可实现铁、钒资源的回收利用，含钒铁水可铸块外卖；存在矿热炉熔分铁水成分复杂，得到含钒铁水市场容量有限，另外其钒资源价值并未体现出来。典型应用：攀钢10万吨中试线、龙蟒、新西兰、南非等。
从钒资源的利用角度来看，不论是“高炉+转炉流程”还是“直接还原+矿热炉熔分深还原工艺流程”处理钒钛磁铁矿的提钒工艺，钒均是先被还原进入铁水中，后续再氧化把钒提出来，钒的回收率相对较低；从铁资源的利用角度来看，传统工艺产生的铁水因成分复杂，大部分均生产较低附加值产品。
发明内容：
本发明克服上述不同工艺流程的缺点，提供了一种从铁精矿中分离富集钒和生产纯铁的冶炼系统，通过该方法能直接生产获得纯铁、富钒渣，且工艺流程短，钒、铁回收率高。
本发明技术方案如下：
一种从铁精矿中分离富集钒和生产纯铁的冶炼系统，包括：
煤基竖炉，钒钛磁铁矿压球干燥后获得的钒钛磁铁矿球团,煤基竖炉选择性还原钒钛磁铁矿球团得到金属化球团；
电弧炉，电弧炉用于将金属化球团在电弧炉内进行熔分富集,钒继续以氧化物形态进入渣相，从而实现钒渣富集目的。
所述煤基竖炉选择性还原是指：烘干球团与还原剂、脱硫剂按1:0.4:0.02比例自然混合成炉料，加入煤基竖炉还原室内，在1050℃-1250℃稳定下，还原8-9小时，经惰性气体保护性冷却产品排出；排出煤基竖炉的炉料经磁选后，获得金属化球团和还原剂。
所述煤基竖炉选择性还原过程中，还原剂选择分级后，大颗粒作为还原剂回收循环利用，还原过程中最大限度还原铁但保持钒不被还原而仍以氧化物形态存在。
所述电弧炉内进行熔分富集是指：煤基竖炉直接还原生产的金属化球团，采取电弧炉熔分冶炼，钒继续以氧化物形态进入渣相，从而实现钒渣富集目的。
所述铁精矿是指钒钛磁铁矿和普通铁精矿，以下特指钒钛磁铁矿为例，普通铁精粉技术方案类似。
所述电弧炉熔分铁钒分离是指：竖炉直接还原生产的金属化球团，采取电弧炉熔分冶炼工艺操作，有效实现钒继续以氧化物形态保持在渣相，从而实现钒渣富集目的。同时，因海绵铁熔分出钢水纯度高，铁含量达99.7％以上，且钢水中磷、硫、硅、锰、钛含量低，可用于生产工业纯铁或军工纯铁。
所述电炉渣是指富钒渣(原料为钒钛磁铁矿时)和普通电炉渣(原料为普通铁精粉)。
本发明在工艺上创新性地提出采用“煤基竖炉选择性还原+电弧炉熔分”短流程工艺进行生产，钒在熔分工序直接进入渣中，避免被还原进入铁水中再次氧化进入渣中这一过程，钒回收率大幅提高，同时在此工序中产生了纯度高的工业纯铁。
本发明根据煤基竖炉直接还原生产的金属化球团碳含量的高低，将金属化球团可分为低碳钒钛金属化球团和高碳钒钛金属化球团。电弧炉冶炼过程中针对碳含量不同的球团，可采取不同的冶炼工艺操作，具体包括：大流量供氧、配加铁矿石及加入纯碱等措施以及合理的供电制度匹配，从而实现钒渣富集目的。
正常生产得到低碳球团：电弧炉冶炼金属化球团，电弧炉直接熔分，钒基本入渣，钢水中钒含量为0.06％以下，低碳球团渣中V2O5含量为5.88％～6.08％，高碳球团钒全部进入钢水，渣中V2O5含量为很低。
生产不稳定，出现高碳球团：电弧炉冶炼金属化球团，电弧炉直接熔分，可采取不同的冶炼工艺操作，具体包括：控温、大流量供氧、配加铁矿石及加入纯碱等措施以及合理的供电制度匹配，从而实现钒渣富集目的。
不同供氧流量对钒影响：在小流量供氧时，钢中钒含量缓慢下降；而增加供氧流量后，氧化效果明显提升，钢中钒含量迅速下降。大流量供氧下渣中V2O5含量在3.61％～5.16％。小流量供氧下，渣中V2O5含量2.70％～2.90％。大流量供氧下钢水钒含量下降较快，有更好的提钒入渣效率。
加入纯碱对钒影响：在提钒过程中，纯碱的加入可以促进钒氧化入渣。在球团碳含量较高，吹氧发生碳氧反应熔池温度较高不利于提钒的条件下，可考虑加入纯碱实现较高碳含量下的提钒目标，在渣面加入纯碱后，钢中钒含量迅速下降，这表明纯碱有助于提钒。
加入铁矿石对钒影响：电弧炉冶炼金属化球团过程中，除了向熔池吹氧外，还可以通过加入铁矿石进行供氧。铁矿石不但可为熔池供氧，还可以调节熔池温度，有利于提钒入渣。在炉料中配加铁矿石，可明显降低熔清时钢中钒含量，减轻了熔清后吹氧提钒的压力，有助于提钒入渣的工艺目标。
原料为普通铁精粉时，采用上述工艺，得到纯铁及电炉渣。
本发明创新性地提出采用“煤基竖炉选择性还原+电弧炉熔分”短流程工艺进行生产纯铁和钒的富集，还原过程中使得钒保留在渣相，熔分过程中钒以氧化物形态直接进入渣中，大幅提高钒元素回收率，传统的含钒铁水提钒工艺的钒回收率只有46％，而本发明钒的回收率可达93％以上，钒渣品位约6-8％。同时熔分出钢水纯度高，铁含量达99.7％以上，且钢水中磷、硫、硅、锰、钛含量低，经简单精炼可生产出磁纯铁和军工纯铁，生产成本低。
煤基竖炉直接还原生产的金属化球团导电性良好，在电弧炉中起弧顺利，电弧炉熔分钒钛金属化球团工艺路线是可行的，实现钒的回收利用。
本发明根据煤基竖炉直接还原生产的金属化球团碳含量的高低，将金属化球团可分为低碳钒钛金属化球团和高碳钒钛金属化球团。电弧炉冶炼过程中针对碳含量不同的球团，可采取不同的冶炼工艺操作，具体包括：大流量供氧、配加铁矿石及加入纯碱等措施以及合理的供电制度匹配，从而实现钒渣富集目的。
正常生产得到低碳球团：电弧炉冶炼金属化球团，电弧炉直接熔分，钒基本入渣，钢水中钒含量仅为0.067％，低碳球团渣中V2O5含量为5.88％-6.08％，高碳球团钒全部进入钢水，渣中V2O5含量为很低。生产不稳定，出现高碳球团：电弧炉冶炼金属化球团，电弧炉直接熔分，可采取不同的冶炼工艺操作，具体包括：大流量供氧、配加铁矿石及加入纯碱等措施以及合理的供电制度匹配，从而实现钒渣富集目的。
不同供氧流量对钒影响：在小流量供氧时，钢中钒含量缓慢下降；而增加供氧流量后，氧化效果明显提升，钢中钒含量迅速下降。大流量供氧下渣中V2O5含量在3.61％-5.16％。小流量供氧下，渣中V2O5含量2.70％-2.90％。大流量供氧下钢水钒含量下降较快，有更好的提钒入渣效率。
加入纯碱对钒影响：在提钒过程中，纯碱的加入可以促进钒氧化入渣。在球团碳含量较高，吹氧发生碳氧反应熔池温度较高不利于提钒的条件下，可考虑加入纯碱实现较高碳含量下的提钒目标，在渣面加入纯碱后，钢中钒含量迅速下降，这表明纯碱有助于提钒。
加入铁矿石对钒影响：电弧炉冶炼金属化球团过程中，除了向熔池吹氧外，还可以通过加入铁矿石进行供氧。铁矿石不但可为熔池供氧，还可以调节熔池温度，有利于提钒入渣。在炉料中配加铁矿石，可明显降低熔清时钢中钒含量，减轻了熔清后吹氧提钒的压力，有助于提钒入渣的工艺目标。
附图说明：
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明做进一步说明：
1.结合本发明工艺流程图所示，按照重量百分比，将钒钛磁铁精矿(成分：TFe64.38％FeO 29.67％Fe2O3 59.08％TiO2 2.98％V2O5 0.95％)和粘结剂，按一定比例(约1:0.05)进行配料混匀，经压球，烟气余热烘干后，将还原剂、脱硫剂与干球按比例混合给入煤基竖炉内，还原温度保持1100-1250℃，控制还原时间为8-9h左右，产品平均金属化率93.59％，可直接熔分或少量冶金操作下熔分实现钒渣的富集及钒的高回收率；钒的回收率可达93.29％，钒渣品位6.4％。另外钢水成分为99.75％，硅含量小于0.001％、锰含量小于0.001％，磷含量为0.004％。
2.结合本发明工艺流程图所示，按照重量百分比，将钒钛磁铁精矿(成分：TFe61.88％FeO 25.04％Fe2O3 60.65％TiO2 3.33％V2O5 0.91％)和粘结剂，按一定比例(约1:0.05)进行配料混匀，经压球，烟气余热烘干后，将还原剂、脱硫剂与干球按比例混合给入煤基竖炉内，还原温度保持1100-1250℃，控制还原时间为8-9h左右，产品平均金属化率92.89％，可进行少量冶金操作下熔分实现钒渣的富集及钒的高回收率；钒回收率93.08％，钒渣品位6.0％。另外钢水成分为99.71％，硅含量小于0.001％、锰含量小于0.001％，磷为0.004％。
3.电弧炉熔分煤基竖炉选择性还原生产的钒钛磁铁矿金属化球团(按照重量百分比，MD 95.9％,FeO4.49％,V2O5 1.20％,C 0.67％)，球团碳含量较低，该球团在电弧炉熔分过程中无冶金操作的条件下，电弧炉内渣流动性好，渣铁分离效果好，最终可以实现钢中钒含量低于0.07％，钒渣品位7.28％，钒的回收率93％以上。钢水中铁品位99.72％，硅含量小于0.001％、锰含量小于0.001％，磷为0.004％，铁的回收率95.79％。
4.电弧炉熔分煤基竖炉选择性还原生产的钒钛磁铁矿金属化球团(按照重量百分比，MD95.8％,FeO4.48％,V2O5 1.18％,C 1.61％)，球团碳含量较高，氧枪大流量累计供氧1小时、200Kg铁矿石与金属化球团混合入炉、通过炉门加纯碱120Kg工艺操作后，渣流动性好，渣铁分离效果好，最终可以实现钢中钒含量低于0.09％，钒渣品位6.16％，钒的回收率93％以上。钢水中铁品位99.70％，磷为0.004％，硫为0.03％，铁的回收率96％。
5.结合本发明工艺流程图所示，按照重量百分比，将铁精矿(成分：TFe 63.18％FeO 23.40％CaO0.59％MgO 0.51％Al2O3 1.76％)和粘结剂，按一定比例(约1:0.05)进行配料混匀，经压球，烟气余热烘干后，将还原剂、脱硫剂与干球按比例混合给入煤基竖炉内，还原温度保持1100-1250℃，控制还原时间为7-8h左右，产品平均金属化率96％以上。煤基竖炉选择性还原生产的钒钛磁铁矿金属化球团用电弧炉熔分，无冶金操作的条件下，电弧炉内渣流动性好，渣铁分离效果好，最终可以实现钢水中铁品位99.8％，磷为0.004％以下，铁的回收率97％。
本发明在工艺上创新性地提出采用“煤基竖炉选择性还原+电弧炉熔分”短流程工艺进行生产，钒在熔分工序直接进入渣中，避免被还原进入铁水中再次氧化进入渣中这一过程，钒回收率大幅提高。
煤基竖炉直接还原生产的金属化球团导电性良好，在电弧炉中起弧顺利，电弧炉熔分钒钛金属化球团工艺路线是可行的，熔分吹氧过程可实现提钒入渣，实现钒的回收利用。

Claims (4)

1.一种从铁精矿中分离富集钒和生产纯铁的冶炼系统，其特征在于，包括：
煤基竖炉，钒钛磁铁矿压球干燥后获得的钒钛磁铁矿球团,煤基竖炉选择性还原钒钛磁铁矿球团得到金属化球团；
电弧炉，电弧炉用于将金属化球团在电弧炉内进行熔分富集,钒继续以氧化物形态进入渣相，从而实现钒渣富集目的。
2.如权利要求1所述的冶炼系统，其特征在于，所述煤基竖炉选择性还原是指：烘干球团与还原剂、脱硫剂按1:0.4:0.02比例自然混合成炉料，加入煤基竖炉还原室内，在1050℃-1250℃稳定下，还原8-9小时，经惰性气体保护性冷却产品排出；排出煤基竖炉的炉料经磁选后，获得金属化球团和还原剂。
3.如权利要求2所述的冶炼系统，其特征在于，所述煤基竖炉选择性还原过程中，还原剂选择分级后，大颗粒作为还原剂回收循环利用，还原过程中最大限度还原铁但保持钒不被还原而仍以氧化物形态存在。
4.如权利要求1所述的冶炼系统，其特征在于，所述电弧炉内进行熔分富集是指：煤基竖炉直接还原生产的金属化球团，采取电弧炉熔分冶炼，钒继续以氧化物形态进入渣相，从而实现钒渣富集目的。
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