CN110592303B - 一种含钒钛磁铁矿冶炼含钒生铁的方法 - Google Patents

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Abstract

一种含钒钛磁铁矿冶炼含钒生铁的方法，属于金属冶炼技术领域，该方法以钒钛磁铁矿为原料，加入适量的溶剂，在矮炉身矿热炉中埋弧冶炼。本方法可利用低级的碳质还原剂，其中粒度0mm～20mm的用作还原剂，粒度为20mm～80mm的用于在电弧燃烧区形成“残碳层”；根据电炉容量定时放铁排渣，分离炉渣和铁水，铁水冷却后即为富钒生铁；可采用一步或两步法生产。本发明可将含钒钢渣中90％的钒富集在生铁中得到含钒生铁，且生产工艺简单、可操作性强，生产成本低，便于在工业生产中展开。

Description

一种含钒钛磁铁矿冶炼含钒生铁的方法
技术领域
本发明属于金属冶炼技术领域，特别是涉及到一种含钒钛磁铁矿冶炼含钒生铁的方法。
背景技术
世界上已知的钒储量量有98％源于钒钛磁铁矿，集中分布在南非、俄罗斯、中国、等少数几个国家和地区。钒钛磁铁矿也是世界公认的难冶炼矿种之一，其综合利用难度大。截止目前，处理理钒钛磁铁精矿的方法有回转窑—电炉法、高炉—转炉法、还原—磨选法和熔融还原法等。这些方法在一定程度上可以实现对钒钛磁铁矿的应用，但均存在着一定的局限性。
高炉法具有可控性差、强滞后性以及生产局限性等不足，且易造成环境污染。还原—磨选法通过选择性还原和球磨磁选后可获得铁粉精矿和富钒钛料。然而，还原—磨选法生产规模较小，且钒钛磁铁精矿还原温度较高，容易造成生产事故。采用回转窑—电炉法冶炼钒钛磁铁精矿时，容易产生泡沫渣，尤其当炉渣中TiO2含量大于30％时，冶炼无法进行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种含钒钛磁铁矿冶炼含钒生铁的方法，以钒钛磁铁矿为原料，加入适量的熔剂，在矮炉身矿热炉中埋弧冶炼。可将含钒钢渣中90％的钒富集在生铁中得到含钒生铁，且生产工艺简单、可操作性强，生产成本低，便于在工业生产中展开。
一种含钒钛磁铁矿冶炼含钒生铁的方法，其特征是：包括以下步骤，且以下步骤顺次进行，
步骤一、原料选择
选取原料组分为Fe：40％～62％，V2O5：0.5％～5％，TiO2：5％～15％，SiO2：0～20％，MnO：0～3％，MgO：0～2％，Al2O3：0～5％的钒钛磁铁矿，将其粉碎至粒度小于60mm的碎块矿或粉矿备用；
步骤二、还原剂选择
选取固定碳含量为75wt％～85wt％，且粒度小于80mm的碳质作为还原剂；
步骤三、冶炼
向矮炉身矿热炉炉底加入100mm～300mm厚焦炭，作为初始碳层进行送电引弧，将步骤一中选取的钒钛磁铁矿碎块矿或粉矿与含CaO、MgO、Al2O3、SiO2的熔剂以及步骤二中选取的还原剂混合，投入矮炉身矿热炉中，将矮炉身矿热炉变压器二次输出电压调到最小值，通电后一次电流升高至120A，冶炼6小时后排出熔渣温度为1500℃～1550℃的炉渣和1450℃～1500℃的铁水；
步骤四、渣铁分离
炉渣与铁水经流槽、避渣器进行渣铁分离，渣铁分离后获得含钒铁水和钢渣；含钒铁水可通过模铸获得含钒生铁块，或直接供吹氧提取钒渣；提取钒渣后的半钢可通过铸铁机浇筑成块。
所述步骤一中的粉矿通过烧结处理获得。
所述步骤二中的碳质为焦炭、兰炭、无烟煤或褐煤。
所述步骤二选取的碳质还原剂中，粒度小于20mm用于还原剂，粒度20mm～80mm用于在电弧燃烧区形成残碳层。
所述步骤三中矮炉身矿热炉的变压器功率为1800kVA～66000kVA，电压为73V～180V。
所述步骤三冶炼获得的炉渣与钒钛磁铁矿碎块矿或粉矿混合加入碳质还原剂，投入矮炉身矿热炉中，将矮炉身矿热炉变压器二次输出电压调到最小值，通电后一次电流升高至120A，进行二次冶炼6小时，获得钢渣和富钒铁水。
所述矮炉身矿热炉的炉衬为镁质材料砌筑，冶炼完成后向炉中补加氧化铁皮。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：一种含钒钛磁铁矿冶炼含钒生铁的方法，以钒钛磁铁矿为原料，加入适量的熔剂，在矮炉身矿热炉中埋弧冶炼。可将含钒钢渣中90％的钒富集在生铁中得到含钒生铁，且生产工艺简单、可操作性强，生产成本低，清洁环保，便于在工业生产中展开。
具体实施方式
一种含钒钛磁铁矿冶炼含钒生铁的方法，包括以下步骤，
步骤一、原料选择
选取原料组分为Fe：40％～62％，V2O5：0.5％～5％，TiO2：5％～15％，SiO2：0～20％，MnO：0～3％，MgO：0～2％，Al2O3：0～5％的钒钛磁铁矿，将其粉碎至粒度小于60mm的碎块矿或粉矿备用；
步骤二、还原剂选择
选取固定碳含量为75wt％～85wt％，且粒度小于80mm的碳质作为还原剂；
步骤三、冶炼
首次开炉送电前，向矮炉身矿热炉炉底加入100mm～300mm厚焦炭，作为初始碳层进行送电引弧，将步骤一中选取的钒钛磁铁矿碎块矿或粉矿与含CaO、MgO、Al2O3、SiO2的熔剂以及步骤二中选取的还原剂混合，投入矮炉身矿热炉中，根据炉型选合适的二次电压及送电制度，待达到计划用电量时，即可开眼渣铁混出；
步骤四、渣铁分离
钢渣和铁水经流槽、避渣器实现渣铁分离，渣铁分离后获得含钒铁水和钢渣，含钒铁水可通过模铸获得含钒生铁块、或直接供吹氧提取钒渣，提钒后的半钢可通过铸铁机浇筑成块，其中铁水含钒量可根据使用要求，通过原料结构予以调整。
本发明冶炼采用五元渣系：CaO-MgO-Al2O3-SiO2-TiO2，三元碱度1.2～1.8；MgO：6％～12％；Al2O3：9％～16％；TiO2：10％～50％，为了控制铁水中Si、Ti含量和渣的流动性，抑制TiO2、SiO2的还原和低价钛的形成，渣中FeO控制在3％；当FeO大于4％将影响钒的还原。出炉后可向炉中补加部分氧化铁皮，以防止炉底上涨。
本发明碳质还原剂的用量，根据FeO等计划还原量予以调整。只有配炭准确才得到合格的含钒生铁，如果碳质还原剂的用量不够，将影响钒的还原，得不到合格的含钒生铁；如果碳质还原剂的用量太多，会加重TiO2、SiO2的还原和低价钛的形成，导致炉底上涨。
本发明为了得到高钒铁水，可采用二步法冶炼。第一步选择性还原，按FeO还原度90％配炭，缺碳操作，得到普通铁水(微钒，V％<0.2％)，和富钒渣。第二步，以富钒渣和钒钛磁铁矿为原料，按适当比例，采用足碳冶炼。得到高钒铁水，钒的还原率90％以上。
通过控制电炉变压器的功率以及电压可以改变冶炼时间及产量。由于不同电炉变压器的功率不同，则对应的电压不同，本工艺使用电炉变压器的功率可以为1800kVA～66000kVA，对应的电压则为73V～180V。实际操作过程中，如果电炉变压器的功率不在本范围内，可以根据实际情况调节相应的电压。
实施例一、采用一步法冶炼含钒铁水
选取的含钒钛磁铁矿的具体组分含量如下表，
Figure GDA0002549721880000041
采用的还原剂组分如下表，
还原剂成分 固定碳，％ 灰分，％ 挥发分，％ H<sub>2</sub>O,％ 烧损
焦炭 84 14 2 12 10
油页岩灰渣 2.86 90.5 6.64 9.97
采用的熔剂组分如下表，
灰分组成 FeO SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> MgO CaO P
焦炭 6 45 3 1.2 4
油页岩灰渣 7.47 55.56 18.16 1.64 3.27 0.103
采用的造渣剂组分如下表，
造渣剂成分 FeO SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> MgO CaO
白云石 20.94 29.24
石灰石 50
先在1800KVA电炉空炉中，加入垫底焦碳2000kg；按下表料批比例，充分搅拌均匀后加入到炉内；调整电炉变压器(功率为1800kVA)二次输出电压至最低档73V；通电后一次电流由10A缓慢增加到120A，6小时后出炉；出炉后的渣铁分离，得到渣和含钒生铁。
Figure GDA0002549721880000042
Figure GDA0002549721880000051
获得的含钒生铁的成分为：Fe：93.25％、C：4.01％、P：0.01％、Mn：0.69％、V：1.44％、Si：0.07％、Ti：0.54％、S：0.03％。
实施例二、采用两步法冶炼高钒生铁
第一步冶炼富钒渣。按下表料批比例，充分搅拌均匀后加入到炉内；调整电炉变压器(功率为1800kVA)二次输出电压至最低档73V；通电后一次电流由10A缓慢增加到120A，6小时后出炉；；出炉后的渣铁分离，得到富钒渣和普通生铁。
南非钒钛磁铁矿 100.0
配炭量 20.3
小粒：5mm～15mm 12.2
大块：30mm～60mm 8.1
灰渣 13.2
白云石 19.0
获得的普通生铁成分为：C：2.50％、Fe：96％、P：0.01％、Mn：0.77％、V：0.07％、Si：0.05％、Ti：0.45％、S：0.03％。
获得的富钒渣成分为：TFe：20.6％、FeO：16.02％、V2O5：3.01％、SiO2：17.96％、TiO2：25％、MnO：2.40％、Cr2O3:0.56％、CaO：11.86％、MgO：10.66％、Al2O3：12.53％、S：0.20％、P2O5：0.10％。
第二步冶炼富钒渣。按下表料批比例，充分搅拌均匀后加入到炉内；调整电炉变压器(功率为1800kVA)二次输出电压至最低档73V；通电后一次电流由10A缓慢增加到120A，6小时后出炉；出炉后的渣铁分离，得到渣和富钒生铁。
南非钒钛磁铁矿 52
矿富钒渣 48
配炭量 16
小粒：5mm～15mm 9
大块：30mm～60mm 7
油页岩灰渣 14
白灰 15
获得富钒生铁成分为：Fe：89％、C：4.5％、P：0.04％、Mn：1.25％、V：3.13％、Si：0.47％、Ti：0.60％、S：0.03％。
以上所述仅是本发明的优选实施方案，本发明并非限定于此。本领域技术人员可以根据该系统进行各种变形和改进，而所有的这些变化均在本发明得保护范围。

Claims (4)

1.一种含钒钛磁铁矿冶炼含钒生铁的方法，其特征是：包括以下步骤，且以下步骤顺次进行：
步骤一、原料选择
选取原料组分为Fe：40％～62％，V2O5：0.5％～5％，TiO2：5％～15％，SiO2：0～20％，MnO：0～3％，MgO：0～2％，Al2O3：0～5％的钒钛磁铁矿，将其粉碎至粒度小于60mm的碎块矿或粉矿备用；
步骤二、还原剂选择
选取固定碳含量为75wt％～85wt％，且粒度小于80mm的碳质作为还原剂；
步骤三、冶炼
向矮炉身矿热炉炉底加入100mm～300mm厚焦炭，作为初始碳层进行送电引弧，将步骤一中选取的钒钛磁铁矿碎块矿或粉矿与含CaO、MgO、Al2O3、SiO2的熔剂以及步骤二中选取的还原剂混合，投入矮炉身矿热炉中，将矮炉身矿热炉变压器二次输出电压调到最小值73V，通电后一次电流升高至120A，冶炼6小时后排出熔渣温度为1500℃～1550℃的炉渣和1450℃～1500℃的铁水；
所述矮炉身矿热炉的变压器功率为1800kVA～66000kVA，电压为73V～200V；
步骤四、渣铁分离
炉渣与铁水经流槽、避渣器进行渣铁分离，渣铁分离后获得含钒铁水和钢渣；含钒铁水可通过模铸获得含钒生铁块，或直接供吹氧提取钒渣；提取钒渣后的半钢可通过铸铁机浇筑成块；
所述步骤二选取的碳质还原剂中，粒度小于20mm用于还原剂，粒度20mm～80mm用于在电弧燃烧区形成残碳层。
2.根据权利要求1所述的一种含钒钛磁铁矿冶炼含钒生铁的方法，其特征是：所述步骤一中的粉矿通过烧结处理获得。
3.根据权利要求1所述的一种含钒钛磁铁矿冶炼含钒生铁的方法，其特征是：所述步骤二中的碳质为焦炭、兰炭、无烟煤或褐煤。
4.根据权利要求1所述的一种含钒钛磁铁矿冶炼含钒生铁的方法，其特征是：所述矮炉身矿热炉的炉衬为镁质材料砌筑，冶炼完成后向炉中补加氧化铁皮。
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