CN110714106A - 一种高钛型钒钛磁铁矿的高炉优化冶炼方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高钛型钒钛磁铁矿的高炉优化冶炼方法，将高钛型钒钛磁铁矿、普通铁矿、焦炭等以不同比例组成料批，加入炉内，通过风口向炉内送入富氧空气，进行冶炼，确保高钛型钒钛磁铁矿中的铁、钒、铬、钛等金属元素充分还原出来；并在炉缸下部喷吹富氧压缩空气，使钒钛矿成渣带平面以下、渣铁介面以上的区域内维持强氧化气氛，使从结晶体TiO₂还原出来的钛氧化成非结晶体TiO₂炉渣，抑制了TiC+TiN难熔混合物的生成，有利于渣铁分离；冶炼过程中，通过改变钒钛矿和普通铁矿的用量使炉渣中的TiO2含量小于26％以内，并控制好铁水中的硅和钛水平以确保炉温稳定，从而确保操作稳定，炉况顺行，使渣铁分离好畅流，提高铁、钒、铬等金属的回收率，提高经济效益。

Description

一种高钛型钒钛磁铁矿的高炉优化冶炼方法

技术领域

本发明属于金属冶炼技术领域，具体涉及一种高钛型钒钛磁铁矿的高炉优化冶炼方法。 由于攀西地区蕴藏有100亿钒钛磁铁矿资源，含有军工急需的钒、铬、铁等10余种战略金属。 可向目前四川有四家年产铁2000万吨的高炉和其他来攀开发钒、铬、钛资源的开发商推广应 用。

背景技术

高钛型钒钛磁铁矿高炉冶炼工艺，是大三线建设决定的工艺，又是世界性难题。1995年 后，公司和铁厂领导利用钒钛矿高炉成渣带下移，易接受风量的特点，与普通矿高炉系数争 高低。但一个劲地加大鼓风量，提高利用系数，结果造成炉况失常，炉内悬料、崩料和座料， 使喷吹口设备烧坏，无法修复，最后取消炉缸仅喷吹压缩空气的喷吹装置。导致粘渣增多， 事故不断。迫使增加普矿的用量来消粘。普矿开始从10％逐步增加到36％以上，结果：战略资 源钒回收减少35％，其价值占包括钢铁总收入的三分之一，可见钒的流失多大；但渣铁分离 并不彻底，粘渣没有完全消除，铁损增加到8～12％；炉前劳动强度和污染程度比普通矿冶炼 高炉大2至3倍。这种以增加普矿用量使高钛型钒钛矿降成低钛型钒钛矿冶炼是得不偿失， 很不科学。四川还有西钢钒、威钢和德胜三个钢铁厂的高炉是这种误操作。

发明内容

为了纠正现有按普通矿高炉冶炼规律冶炼高钛型钒钛磁铁矿，本发明提供一种高钛型钒 钛磁铁矿的高炉优化冶炼方法，此方法是对攀钢高炉冶炼钒钛磁铁矿近50年的正反两方面的 经验和教训的总结，并补充完善，优化现有的高钛型钒钛磁铁矿高炉冶炼新技术，以回收军 工急需钒、铬、钛等10余种战略资源为重点，相应发展钢铁产品。

本发明技术解决方案通过以下技术方案实现：

本发明提供一种高钛型钒钛磁铁矿高炉的优化冶炼方法，包括：将高钛型钒钛磁铁矿、 普通铁矿(不含钛元素的铁矿)、焦炭和石灰石组成料批，加入高炉中，通过风口向炉内送 入富氧空气进行冶炼；并在高炉炉缸内下部喷吹富氧压缩空气，使高炉内钒钛矿成渣带平面 以下、渣铁界面以上的区域维持强氧化气氛，使从结晶体TiO₂还原出来的钛(Ti)氧化成非 结晶体TiO₂热熔炉渣，然后及时将铁水和炉渣从铁口和渣口放出炉外；冶炼过程中，通过改 变钒钛矿或普通铁矿的用量使炉渣中的TiO₂含量小于26％，使渣、铁分离好，铁损控制在4～5％； 并控制好铁水中的硅(Si)和钛(Ti)水平，以确保炉温稳定。

进一步，高炉烧结矿(含钒钛矿95％、普通矿5％和石灰石等)中，含铁(Fe)47.5％，二 氧化钛(Ti02)11～13％。

进一步，所述料批中，普通铁矿用量为高钛型钒钛磁铁矿用量的5％以内，有利于提高钒、 铬、钛等资源的回收，使其回收率达85％以上。

进一步，所述铁水中的硅(Si)含量控制在0.17％，钛(Ti)含量控制在0.16％。

进一步，所述焦炭的灰份为11～13％，粒度＞5cm，转鼓指数为500kg。

进一步，所述高炉入炉风温为1200～1250℃。

进一步，所述炉顶压力为1.2～1.5kg/cm²。

进一步，所述富氧空气的送风压力大于0.25MPa，富氧量占入炉风量的4～5％(v/v)。

进一步，所述富氧压缩空气的压力0.25～0.30MPa，所述富氧压缩空气中的富氧量为压缩 空气量的2.0～2.5％。

进一步，所述高炉炉缸内下部设有用于喷吹富氧压缩空气的喷吹口，所述喷吹口的位置 设于炉缸内下部的渣口平面以上。这样，从喷吹口送入的富氧压缩空气可与从风口鼓入的富 氧气体相互配合，控制好炉缸内的氧化反应，使随之还原出来的渣、铁熔液中的钛(Ti)得 到充分的氧化反应，生成TiO₂炉渣，抑制碳化钛TiC和氮化钛TiN难熔混合物的生成，利于 渣铁分离。

优选地，所述喷吹口的数量为3-5套；更优选地，所述喷吹口的数量为4套。

优选地，所述喷吹口的标高比上渣口高150-250cm；更优选地，所述喷吹口的标高比上 渣口高200-250cm；最优选地，所述喷吹口的标高比上渣口高200cm。其中，喷吹口的中心面 要随着渣铁界面的升降而变化。

优选地，相邻所述喷吹口之间的间隔角度根据高炉容积大小设计，为60-90°。具体来 说，当高炉容积为1000～1200cm³时，间隔角度为90°；当高炉容积为1500cm³时，间隔角度为72°；当高炉容积为2000cm³时，间隔角度为60°。设置喷吹口的位置时，要充分考虑各 口布置的均匀性和炉皮开孔受力的影响。

进一步，所述渣口，除铁水的出铁时间外常开，在出铁时间内关闭，在铁水的出铁时间 结束后立即打开下渣口放渣，再过10～15分钟后打开上渣口放渣。

进一步，所述铁水的出铁次数为12次/昼夜。由于钒钛矿铁水和炉渣在炉缸内有“等不 得”和“停不得”的特点，炉前操作要增加出铁次数，勤放渣铁，及时排放炉渣。

进一步，出铁场吊车的吨位为75/10吨，且出铁场要设置跨渣线和跨铁线。冶炼钒钛矿 出铁场的吊车比炼普通矿吨位增加一级，吨位增加是为清除渣铁沟特别是主铁沟凝结的大铁 块(砣)；跨渣线为清除出渣侧的残渣，能够预防出铁时跑大流，很多炉渣跑到跨渣线，便 于清理；跨铁线与出铁场连成平台，便于清除铁罐嘴凝结的残铁和给装满铁水罐铺隔热材料， 防止铁水降温。

进一步，所述铁水(即钒钛铁水)要进行脱硫预处理，脱硫后的铁水含硫量小于0.055％。 所述脱硫方式可以按照本领域常规的脱硫方法进行，常以石灰为主，加电石等的脱硫剂，采 用机械搅拌法。

进一步，所述铁水脱硫后要进行转炉提钒。转炉提钒是将氧枪插入转炉内三分之一深度， 喷吹纯氧，使钒(V)氧化成V₂O₅钒渣，用扒渣机将钒渣扒出于渣盘上，提钒后铁水称半钢， 后续炼钢。

进一步，转炉提钒后提取得到的钒渣(含V₂O₅)为粗钒渣，将粗钒渣精整为精钒渣，所 述精钒渣含V₂O₅ 25～28％。钒钛矿中的钒是战略资源，通过转炉提钒，提取V₂O_s钒渣，精钒渣 最后可送高钒铁厂生产高钒生铁或钒氮合金等产品，支援军工建设。

进一步，所述炉渣(即高炉冶炼的含钛干渣)要进行提钛。高炉冶炼的含钛干渣含TiO₂ 24～26％，采用熔盐氯化工艺回收钛金属，生产TiCl₄，后续制钛白粉或钛材。

如上所述，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明在高炉风口鼓入富氧空气，并在高炉炉缸内下部喷吹富氧压缩空气，确保以 高钛型钒钛磁铁矿中的铁、钒、铬等金属为主的元素充分还原出来，并使钒钛矿成渣带平面 以下、渣铁介面以上的炉缸范围内维持很强的氧化气氛，使氧化成(TiO₂)的能力大于钛(Ti) 与碳(C)和氮(N)的结合生成(TiC)+(TiN)的能力，这就抑制了TiC+TiN难熔混合物的 生成，有利于渣铁分离。

2、由于炉高钛型钒钛磁铁矿高炉冶炼的铁水和熔渣在炉内有“热不得，冷不得，等不得， 温度波动范围很窄小”的特性，本发明中，通过增加或减少入炉钒钛矿和焦炭的用量解决了 “热不得，冷不得”的问题；通过勤放渣铁和及时排放渣、铁解决了“等不得”的问题；通 过控制好铁水中的硅(Si)和钛(Ti)水平解决了“炉温波动范围小”的问题，从而确保操作稳定，炉况顺行，渣、铁好分离，畅流。

3、传统的高钛型钒钛磁铁高炉冶炼易出粘渣，使渣、铁分离不好，本发明中，在高炉冶 炼钒钛矿时加入普通铁矿，并通过增加普通铁矿用量进行调控，普矿用量可控制到高钛型钒 钛磁铁矿用量的5％以内，同时使炉渣中TiO₂维持在26％左右，能使渣、铁好分离，畅流，有 利于提高铁、钒、铬等金属的回收率，本发明中铁、钒、铬等金属的回收率达85％以上，铁 损控制在4～5％，达到普通矿高炉冶炼水平。

本发明所创效益是炼普通矿企业无法比拟，更重要的是支援了国防建设，可向钒钛矿高 炉冶炼的其它兄弟单位和新来攀西的开发商推广应用该技术。

附图说明

图1为本发明实施例的工艺流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的技术方案。应理解，本发明提到的一个或多个方 法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可 以插入其他方法步骤；还应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范 围。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制 各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变 更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明提供一种高钛型钒钛磁铁矿的高炉优化冶炼方法，结合图1所示，具体实施过程 如下：

一、高炉冶炼的前提条件

1、容积1350m³高炉1座，出铁口1个，出渣口2个，喷吹口4个。

2、高炉烧结矿(含钒钛矿95％、普通矿5％和石灰石等)含铁(Fe)47.5％，二氧化钛(TiO2) 11～13％。

3、焦炭：灰份11～13％，粒度＞5cm，转鼓指数500kg。

4、富氧送风压力大于0.25MPa，富氧量为风量的4～5％。

5、喷吹富氧压缩空气的压力0.25～0.30MPa。

6、入炉风温1200～1250℃。

7、昼夜出铁12次。

8、干渣工艺出渣，渣口出渣除在铁口出铁水的时间外常开，在出铁时间内关闭，出铁结 束后立即打开下渣口放渣，再过10分钟后打开上渣口放渣。

9、蒸气压力为0.25MPa。

10、出铁场吊车吨位为75/10，并跨渣、铁线。

二、本发明的冶炼机理和精心操作

1、高钛型钒钛磁铁矿的还原、氧化反应机理

普通矿高炉冶炼炉内是还原反应，风口平面以上是间接还原(Fe₃O₄+CO＝Fe₂O₃+CO₂； Fe₂O₃+CO＝2FeO+CO₂)，风口平面区是直接还原(2FeO+C＝2Fe+CO₂)。而高钛型钒钛磁铁矿高炉 冶炼与普通矿大不相同，其铁精矿遵循上述还原规律外，成结晶体的二氧化钛(TiO₂)只是 直接还原，在普通矿成渣带(风口平面区)平面以下的钒钛矿成渣带进行直接还原 (TiO₂+2C＝Ti+2CO)反应，重点在还原出来的钛(Ti)和一氧化碳(CO)。

第一，由于钛(Ti)易于与炉缸内的碳(C)和氮(N)生成碳化钛(TiC)和氮化钛(TiN)， 而碳化钛(TiC)和氮化钛(TiN)在1400多度的炉缸内的温度不能熔解，它们的熔解温度分 别为2950度和3150度。所以，TiC和TiN是高炉冶炼钒钛磁铁矿渣、铁不能完全分离的主 要根源。

为此，本发明在炉缸下部设有4套喷吹口，喷吹富氧压缩空气，同时风口送风富氧，使 钒钛矿成渣带平面以下，渣铁介面以上的炉缸范围内维持很强的氧化气氛(O₂)，能迅速与 钛(Ti)进行氧化反应(Ti+O₂＝TiO₂)生成非结晶体的二氧化钛(TiO₂)热熔炉渣。

因为氧(O₂)与钛(Ti)进行的是动态，氧化性能特别强的反应，其反应能力大于钛(Ti) 与碳(C)和氮(N)相对静态(氮是隋性气体)结合生成碳化钛(TiC)和氮化钛(TiN)的能力。这就抑制了碳化钛(TiC)和氮化钛(TiN)在炉缸温度下难熔混合物的生成，达到渣 铁分离彻底，畅通流动的效果。

第二，直接还原出来的一氧化碳(CO)蕴藏在热熔炉渣内，当炉渣放入渣罐内，一是形 成泡沫渣或啤酒渣，使渣罐满系数只有0.6～0.65；二是为消除泡沫，炉前工向渣罐投入泡 泥，消除泡沫，渣罐内喷出强大的燃烧的火苗。再一次证明：二氧化钛(TiO₂)被碳(C)直接还原生成的一氧化碳(CO)的原因。

高炉风口富氧送风主要是助焦燃烧，提高冶炼强度，达到增产节焦的目的，但对高炉冶 炼钒钛矿只在炉缸上部对渣铁熔液中的钛(Ti)的氧化，只起少部分作用。

2、根据钒钛铁水和炉渣的特性进行操作

(1)炉温波动范围小，易出现过热过冷现象。首先要控制好渣、铁熔液中的硅(Si)和 钛(Ti)水平，使(Si)控制在0.15～0.20％，(Ti)控制在0.20～0.40％的范围内。如炉温过 热，易出粘渣，渣钢分离不好，需要降低炉温，可用增加钒钛矿或减少焦炭用量或降低入炉 风温进行控制；如炉温过凉时，炉渣易跑大流，跑到渣罐停放线上烧坏钢轨，需要提高炉温， 可用减少入炉钒钛矿或增加入炉焦炭或提高入炉风温量进行调控。如炉温控制稳定，出现粘 渣，可限量增加普通矿用量，降低渣中TiO₂的含量小于25％以内。或采用三高手段：高炉顶 压力、高风温和高湿度进行调控。

(2)钒钛铁水和熔液在炉缸内有“停不得”和“等不得”的特点，要勤放渣钛。增加出铁次数，昼夜出铁12次(普通矿高炉冶炼出铁次数一般为8次/昼夜)。每次出铁后要及时 清理好渣铁沟里的残渣、残铁，并铺好垫料，做好沙口，准备迎接下一次出铁。

渣口除出铁时间外常开出渣，在出铁时间内关闭，在铁水的出铁时间结束后立即打开下 渣口放渣，再过10～15分钟后打开上渣口放渣。

(3)钒钛矿高炉冶炼热熔渣采用出干渣工艺，因带铁多，不能水冲渣容易放炮，危及炉 前工的安全；而含有TiO₂的水渣活性低，亲和力低，不能制作水泥。

(4)冶炼钒钛矿出铁场的吊车比炼普通矿吨位增加一级，为75/10吨吊车，并设置跨渣 线和跨铁线。吨位增加是为清除渣铁沟特别是主铁沟凝结的大铁块(砣)。跨渣线能够预防 出铁时跑大流，很多炉渣跑到渣罐停放线，便于清理；跨铁线与出铁场连成平台，便于清除 铁罐嘴凝结的残铁和给装满铁水罐铺隔热材料，防止铁水降温。

三、后续进行铁水脱硫，转炉提钒和干渣提钛操作

将高炉冶炼钒钛铁水进行脱硫预处理，常用以石灰为主，加电石等的脱硫剂，采用机械 搅拌法。脱硫后的钒钛铁水含硫小于0.055％。

铁水

硫后送炼钢车间雾化提钒或者转炉提钒。雾化提钒：用高速空气流股，将钒钛铁 水粉碎成细小铁珠。但它铁损量大，要降低铁水温度，一般不采用。常用的是转炉提钒，将 氧枪插入转炉内三分之一深度，喷吹纯氧，使钒(V)氧化成V₂O₅钒渣，用扒渣机将钒渣扒出 于渣盘上，提钒后铁水称半钢，后续炼钢。转炉提取的钒渣(V₂O₅)为粗钒渣，经五氧化二钒 (V₂O₅)车间精整后的精钒渣，含V₂O₅ 25～28％，最后送高钒铁厂生产高钒生铁或钒氮合金等 产品。

高炉冶炼的含钛干渣，含TiO₂ 24～26％，可采用熔盐氯化工艺回收钛金属，生产TiCl₄， 后续制取钛白粉或钛材。

四、本发明钢钒与普钢产品的技术经济指标比较

高钛型钒钛磁铁矿高炉冶炼追求的是综合经济效益，利用系数只要和普矿高炉的同等条 件(高炉容积，入炉原料含铁品位，冶炼强度，焦比，热风温度，炉顶压力等)的利用系数 相当就可以了。不要利用钒钛矿高炉冶炼，成渣带下移，易接收风量的特点，片面追求高利 用系数，会因小失大。要追求钒、铬、钛等各种战略金属回收率要高，达85％以上。普矿用 量要小于5％以内，有利于提高钒、铬、钛等金属的回收。铁损控制在4～5％，达冶炼普通矿 水平。目前攀钢普通矿渗入量达36％，把高钛型钒钛磁铁矿变成低钛型矿生产，已降低了钒 的回收率36％的条件下，但2018年它生产的50钒铁和80钒铁销售额占包括钢铁产品在内的 总销售额的三分之一。如采用本专利技术，钒钛矿用量为95％，普通矿用量为5％。年产高钒 生铁由现在的2.5万吨，可增加到3.71万吨，价值由125亿元增加到185亿元，接近含钢铁 总收入的50％。所以，提高钒的回收率至关重要，这不仅是企业的效益好，更重要的是支援 国防建设。

普通矿高炉冶炼追求的是高产铁量，高炉操作要求风温，炉顶压力和冶炼强度高，焦比 低(能耗)，利用系数就高，产铁量多，经济效益就好。但它与钢钒产品创造的效益是无法 相比，望成莫及。

表1为本发明的高钛型钒钛磁铁矿高炉冶炼技术经济指标。由表1可知，本发明中的生 铁合格率为100％、铁损为4％、钒的回收率为86％，渣、铁分离顺畅，钒、铬、钛等金属的回 收率高，优于现有的把高钛型钒钛磁铁矿降低成低钛型矿冶炼技术。

表1技术经济指标(年昼夜平均)

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当 指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干 改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不 脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修 饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实 施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (11)

1.一种高钛型钒钛磁铁矿的高炉优化冶炼方法，其特征在于，包括：将高钛型钒钛磁铁矿、普通铁矿、焦炭和石灰石组成料批，加入高炉中，通过风口向炉内送入富氧空气进行冶炼；并在高炉炉缸内下部喷吹富氧压缩空气，使高炉内钒钛矿成渣带平面以下、渣铁界面以上的区域维持强氧化气氛，使从结晶体TiO₂还原出来的钛(Ti)氧化成非结晶体TiO₂热熔炉渣，然后及时将铁水和炉渣从铁口和渣口放出炉外；冶炼过程中，通过改变钒钛矿或普通铁矿的用量使炉渣中的TiO₂含量小于26％，并控制好铁水中的硅(Si)和钛(Ti)水平以确保炉温稳定。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，高炉烧结矿中，含铁(Fe)47.5％，二氧化钛(TiO2)11～13％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述料批中，普通铁矿用量为高钛型钒钛磁铁矿用量的5％以内；

和/或，所述铁水中的硅(Si)含量控制在0.17％，钛(Ti)含量控制在0.16％。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焦炭的灰份为11～13％，粒度＞5cm，转鼓指数为500kg；

和/或，所述高炉入炉风温为1200～1250℃；

和/或，所述炉顶压力为1.2～1.5kg/cm²。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述富氧空气的送风压力大于0.25MPa，富氧量占入炉风量的4～5％(v/v)。

6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述富氧压缩空气的压力0.25～0.30MPa，所述富氧压缩空气中的富氧量为压缩空气量的2.0～2.5％。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高炉炉缸内下部设有用于喷吹富氧压缩空气的喷吹口，所述喷吹口的位置设于炉缸内下部的渣口平面以上。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述喷吹口的数量为3-5套；优选地，所述喷吹口的数量为4套；

和/或，所述喷吹口的标高比上渣口高150-250cm；优选地，所述喷吹口的标高比上渣口高200-250cm；最优选地，所述喷吹口的标高比上渣口高200cm；和/或，相邻所述喷吹口之间的间隔角度根据高炉容积大小设计，为60-90°。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铁水的出铁次数为12次/昼夜。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，出铁场吊车的吨位为75/10吨，且出铁场要设置跨渣线和跨铁线。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铁水要进行脱硫，铁水脱硫后要进行转炉提钒；所述炉渣要进行提钛。

Images