CN115354147B - 一种综合利用钒钛磁铁矿的熔炼方法 - Google Patents

一种综合利用钒钛磁铁矿的熔炼方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种综合利用钒钛磁铁矿的熔炼方法，属于冶金技术领域，该方法主要通过将钛磁铁矿与铁碳置换剂、还原剂以及膨润土混合造球，后焙烧，得到抗压强度高的含碳金属化钒钛球团矿，碳和钒钛磁铁矿石粉料之间的接触紧密，具有优良的快速还原条件，有效避免了钒钛磁铁矿熔炼时易发生粉化的技术问题，得到铁、钒回收率均95％以上的优质含钒铁水。

Description

一种综合利用钒钛磁铁矿的熔炼方法
技术领域
本申请涉及冶金技术领域，尤其涉及一种综合利用钒钛磁铁矿的熔炼方法。
背景技术
钒钛磁铁矿与普通矿物相比较更难还原，需要更高的还原温度或更长的还原时间，钒钛铁磁铁矿球团在低温(700℃)从Fe2O3向Fe3O4还原阶段膨胀严重，膨胀后强度急剧降低，因此很容易粉化，在还原炉(回转窒、竖炉)中粘结，使炉况恶化，进而使还原反应无法进行。
发明内容
本申请实施例提供了一种综合利用钒钛磁铁矿的熔炼方法，以解决钒钛磁铁矿熔炼时易发生粉化的的技术问题。
本申请实施例提供了一种综合利用钒钛磁铁矿的熔炼方法，所述熔炼方法包括：
将钒钛磁铁矿进行造球，后焙烧，得到金属化钒钛球团矿；
将所述金属化钒钛球团矿进行熔炼，得到含钒铁水和钛渣；
其中，以质量份数计，所述金属化钒钛球团矿包括以下组分：
钒钛磁铁矿1份；铁碳置换剂4～6份；还原剂5～15份；膨润土2～4份。
进一步地，所述铁碳置换剂包括石灰和萤石中的至少一种；所述还原剂包括碳、无烟煤和焦炭中的至少一种。
进一步地，所述金属化钒钛球团矿的抗压强度大于2000N。
进一步地，所述金属化钒钛球团矿的直径为15～20mm。
进一步地，将所述金属化钒钛球团矿进行熔炼，得到含钒铁水和钛渣具体包括：
将所述金属化钒钛球团矿进行第一熔炼，得到热态海绵铁；
将所述热态海绵铁进行第二熔炼，得到含钒铁水和钛渣；
其中，所述第一熔炼的工艺参数包括：温度1000～1400℃，时间为100～120min。
进一步地，所述第二熔炼的工艺参数包括：温度为1300-1600℃，时间为100-130分钟，熔炼环境中富氧率为2-5％，，每吨海绵铁的煤粉喷吹量为100-150kg。
进一步地，热态海绵铁进行第二熔炼前，热态海绵铁的环境温度为600～900℃。
进一步地，所述熔炼方法还包括：
将所述含钒铁水进行第一冶炼，得到钒渣和半钢；
将所述钒渣进行提钒工艺，得到V2O5。
进一步地，所述熔炼方法还包括：
将所述钛渣依次进行淬冷、磨料、酸解、水解、干燥和破碎后得到钛白粉。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本申请实施例提供的综合利用钒钛磁铁矿的熔炼方法，该方法通过将钛磁铁矿与铁碳置换剂、还原剂以及膨润土混合造球，后焙烧，得到抗压强度高的含碳金属化钒钛球团矿，碳和钒钛磁铁矿石粉料之间的接触紧密，具有优良的快速还原条件，有效避免了钒钛磁铁矿熔炼时易发生粉化的技术问题，得到铁、钒回收率均95％以上的优质含钒铁水。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种综合利用钒钛磁铁矿的熔炼方法的总体技术构思流程示意图；
图2为本申请实施例1提供的一种综合利用钒钛磁铁矿的熔炼方法的具体操作流程示意图。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
钒钛磁铁矿与普通矿物相比较更难还原，需要更高的还原温度或更长的还原时间，钒钛铁磁铁矿球团在低温(700℃)从Fe2O3向Fe3O4还原阶段膨胀严重，膨胀后强度急剧降低，因此很容易粉化，在还原炉(回转窒、竖炉)中粘结，使炉况恶化，进而使还原反应无法进行。
目前，对于钒钛铁磁铁矿综合利用而言，现在还原工艺流程都存在一定的缺点和不足。回转窑工艺煤耗较高，生产率较低，温度高导致结圈、粘结，能耗高，生产周期长，污染严重，产品质量不稳定，单机生产能力难以扩大。转底炉工艺还原时间较短，配套设备技术还需完善，生产作业率较低，耐火材料要求比较高。
本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
本申请实施例提供了一种综合利用钒钛磁铁矿的熔炼方法，如图1所示，所述熔炼方法包括：
将钒钛磁铁矿进行造球，后焙烧，得到金属化钒钛球团矿；
将所述金属化钒钛球团矿进行熔炼，得到含钒铁水和钛渣；
其中，以质量份数计，所述金属化钒钛球团矿包括以下组分：
钒钛磁铁矿1份；铁碳置换剂4～6份；还原剂5～15份；膨润土2～4份。
本申请实施例提供的综合利用钒钛磁铁矿的熔炼方法，该方法通过将钛磁铁矿与铁碳置换剂、还原剂以及膨润土混合造球，后焙烧，得到抗压强度高的含碳金属化钒钛球团矿，碳和钒钛磁铁矿石粉料之间的接触紧密，具有优良的快速还原条件，有效避免了钒钛磁铁矿熔炼时易发生粉化的技术问题，得到铁、钒回收率均95％以上的优质含钒铁水。较佳地，焙烧工艺参数为：温度为(1000)～(1400)℃，时间为(100)～(120)分钟。
本申请中，铁碳置换剂的作用是促进铁碳置换反应的发生；膨润土的作用是作为粘接剂；还原剂的作用是实现钒钛磁铁矿的还原。
本申请中，金属化钒钛球团矿包括钒钛磁铁矿、铁碳置换剂、还原剂和膨润土，以质量分数计，各组分配比如下：铁碳置换剂按钒钛磁铁矿质量的4～6份配比；还原剂按钒钛磁铁矿质量的5～15份配比；膨润土按钒钛磁铁矿质量的2～4份配比。
本申请进行熔炼过程中，含碳钒钛磁铁矿球团的薄料层在高温敞焰中加热，可实现快速还原，炉料在炉内还原时间短，炉料在转底炉中不受压，且炉料与炉衬之间无相对运动，不会产生料团与炉子耐材粘结现象，从而进一步缩短还原时间，避免钒钛磁铁矿熔炼时易发生粉化的技术问题。
本申请中，上述“薄料层”的具体成分是指实际操作过程中在转底炉中平铺1～4层球团。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述铁碳置换剂包括石灰和萤石中的至少一种；所述还原剂包括碳、无烟煤、和焦炭中的至少一种。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述金属化钒钛球团矿的抗压强度大于2000N。
本申请中，金属化钒钛球团矿的抗压强度大于2000N，碳和钒钛磁铁矿石粉料之间的接触紧密，为钒钛磁铁矿的快速还原创造了条件。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述金属化钒钛球团矿的直径为15～20mm。
本申请中，控制金属化钒钛球团矿的直径为15～20mm的作用是便于金属化反应的进行；直径过大的不利影响是金属化反应时间长；直径过小的不利影响是球团不容易成型。本申请中钒钛磁铁矿进行造球过程可按照现有技术公开的造球工艺进行，如将钒钛磁铁矿等原料进行适当破碎后混合，采用造球机器按照预定球团直径进行造球，使得金属化钒钛球团矿的直径为15～20mm。
作为本发明实施例的一种实施方式，将所述金属化钒钛球团矿进行熔炼，得到含钒铁水和钛渣具体包括：
将所述金属化钒钛球团矿进行第一熔炼，得到热态海绵铁；
将所述热态海绵铁进行第二熔炼，得到含钒铁水和钛渣；
其中，所述第一熔炼的工艺参数包括：温度1000～1400℃，时间为100～120min。
本申请中，控制第一熔炼的工艺参数有利于促进钒钛磁铁矿球团的金属化反应。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述第二熔炼的工艺参数包括：温度为1300-1600℃，时间为100-130分钟，熔炼环境中富氧率为2-5％，，每吨海绵铁的煤粉喷吹量为100-150kg。
本申请中，控制第一熔炼的工艺参数有利于提高熔炼效率，缩短冶炼时间。
作为本发明实施例的一种实施方式，热态海绵铁进行第二熔炼前，热态海绵铁的环境温度为600～900℃。
本申请中，热态海绵铁进行第二熔炼前，热态海绵铁的环境温度为600～900℃，是为了减少了海绵铁热量散失，提高了冶炼效率。实际操作过程中：将进行第一熔炼后得到的热态海绵铁采用通过耐热链板机转运至矿热炉中，矿热炉对热态海绵铁进行第二熔炼，控制耐热链板机中的温度为600～900℃，实现转运过程中海绵铁热量散失，提高了冶炼效率。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述熔炼方法还包括：
将所述含钒铁水进行第一冶炼，得到钒渣和半钢；
将所述钒渣进行提钒工艺，得到V2O5。
本申请中，将所述钒渣进行提钒工艺，可直接得到V2O5，进一步有效提高了钒钛磁铁矿的综合利用率。本申请中提钒工艺可按照常规的钒渣生产五氧化二钒工艺进行，具体包括：钒渣经过磨料、焙烧、浸出、除杂、沉钒、熔化后得到V2O5，本申请不再赘述；也可按照中国专利201610432018.8公开的综合利用钒渣的方法生产五氧化二钒。本申请中，半钢采用脱碳转炉进行冶炼，得到钢水后进行精炼及连铸，用以后续生产。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述熔炼方法还包括：
将所述钛渣依次进行淬冷、磨料、酸解、水解、干燥和破碎后得到钛白粉。
本申请中，将所述钒渣进行上述工艺，可直接得到钛白粉，进一步有效提高了钒钛磁铁矿的综合利用率。上述工艺各步骤可按照常规技术进行，本申请文件不作重复赘述。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。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。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。
实施例1
本实施例提供了一种综合利用钒钛磁铁矿的熔炼方法，如图2所示，所述熔炼方法包括：
(1)将钒钛磁铁矿造球，后焙烧(具体温度为1200℃，时间110分钟)得到直径为15～20mm的金属化钒钛球团矿；然后将金属化钒钛球团矿在转底炉中熔炼，生成热态海绵铁；其中，转底炉焙烧温度1200℃，加热时间为110min；
以质量份数计，其包括以下组分：
钒钛磁铁矿1份；铁碳置换剂(具体为萤石)5份；还原剂(具体为单质碳)10份；膨润土3份；
(2)热态海绵铁通过耐热链板机转运至矿热炉上料斗中；其中，耐热链板机的耐热温度为800℃；
(3)矿热炉对热态海绵铁进行熔炼，得到含钒铁水和钛渣；其中，矿热炉内加热温度为1450℃，冶炼120分钟，矿热炉内的富氧率为2-5％，每吨海绵铁的煤粉喷吹量为125kg；
(4)含钒铁水采用提钒转炉进行冶炼，得到钒渣和半钢；
(5)半钢采用脱碳转炉进行冶炼，得到钢水后进行精炼及连铸；
(6)钒渣经过磨料、焙烧、浸出、除杂、沉钒、熔化后得到V2O5；
(7)钛渣经过淬冷、磨料、酸解、水解、干燥和破碎后得到钛白粉。
本例中，通过该综合利用钒钛磁铁矿的熔炼方法，所得含钒铁水中铁、钒回收率分别为96％和96.8％。
实施例2
本实施例提供了一种综合利用钒钛磁铁矿的熔炼方法，与实施例1的区别仅在于：步骤(1)中转底炉焙烧温度1400℃，加热时间为100min；步骤(3)中矿热炉内加热温度为1300℃，冶炼130分钟；其余步骤及参数均相同。
本例中，通过该综合利用钒钛磁铁矿的熔炼方法，所得含钒铁水中铁、钒回收率分别为95.2％和95.6％。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种综合利用钒钛磁铁矿的熔炼方法，其特征在于，所述熔炼方法包括：
将钒钛磁铁矿进行造球，后焙烧，得到金属化钒钛球团矿，所述金属化钒钛球团矿的直径为15～20mm；
将所述金属化钒钛球团矿进行熔炼，得到含钒铁水和钛渣；
其中，以质量份数计，所述金属化钒钛球团矿包括以下组分：
钒钛磁铁矿1份；铁碳置换剂4～6份；还原剂5～15份；膨润土2～4份；
将所述金属化钒钛球团矿进行熔炼，得到含钒铁水和钛渣具体包括：
将所述金属化钒钛球团矿进行第一熔炼，得到热态海绵铁；
将所述热态海绵铁进行第二熔炼，得到含钒铁水和钛渣；
其中，所述第一熔炼的工艺参数包括：温度1000～1400℃，时间为100～120min；
所述第二熔炼的工艺参数包括：温度为1300-1600℃，时间为100-130分钟，熔炼环境中富氧率为2-5％，每吨海绵铁的煤粉喷吹量为100-150kg；热态海绵铁进行第二熔炼前，热态海绵铁的环境温度为600～900℃；
所述含钒铁水的铁、钒回收率均为95％以上。
2.根据权利要求1所述的综合利用钒钛磁铁矿的熔炼方法，其特征在于，所述铁碳置换剂包括石灰和萤石中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的综合利用钒钛磁铁矿的熔炼方法，其特征在于，所述还原剂包括碳、无烟煤和焦炭中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的综合利用钒钛磁铁矿的熔炼方法，其特征在于，所述金属化钒钛球团矿的抗压强度大于2000N。
5.根据权利要求1～4任一项所述的综合利用钒钛磁铁矿的熔炼方法，其特征在于，所述熔炼方法还包括：
将所述含钒铁水进行第一冶炼，得到钒渣和半钢；
将所述钒渣进行提钒工艺，得到V2O5。
6.根据权利要求1～4任一项所述的综合利用钒钛磁铁矿的熔炼方法，其特征在于，所述熔炼方法还包括：
将所述钛渣依次进行淬冷、磨料、酸解、水解、干燥和破碎后得到钛白粉。
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