CN115725808A - 一种生产、快速还原及非高炉冶炼高铁低钛钒钛矿的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生产、快速还原及非高炉冶炼高铁低钛钒钛矿的方法，其通过钒钛铁精矿的磨选提质、增强竖炉或回转窑内氧化气氛、提高还原气品质、增加竖炉还原段比例、分段通入还原气、改良电炉等措施，实现了高铁低钛钒钛球团矿的生产、快速还原及电炉深还原的非高炉短流程连续冶炼工艺技术。使用磨细及磁选工艺，能够生产TFe含量≥60％、TiO2含量≤10％的高铁低钛钒钛铁精矿；并在使用其生产氧化球团时，增加球团焙烧过程中气体含氧量，提高了球团矿抗压强度；同时还减少了钒钛球团矿在竖炉内的还原时间，提高了还原气的利用率，从而降低吨铁能耗和碳排放。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶金领域，特别涉及非高炉炼铁技术，具体为一种生产、快速还原及非高炉冶炼高铁低钛钒钛矿的方法。
背景技术
目前，非高炉短流程冶炼工艺主要是使用高品位铁矿石生产超纯铁，由于钒钛矿其品位低、难还原的特点，还未有钒钛矿非高炉冶炼工业应用范例。但我国钒钛磁铁矿储量巨大，部分企业生产原料主要为钒钛磁铁矿，这些企业急需开发适合于钒钛矿冶炼的非高炉短流程工艺技术。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明开发了一种高铁低钛钒钛矿的生产方法、竖炉快速还原钒钛矿球团及电炉深还原钒钛金属化球团的技术方法，通过钒钛精矿提质、增强竖炉或回转窑内氧化气氛、提高还原气品质、增加竖炉还原段比例、分段通入还原气、改良电炉等措施，实现高铁低钛钒钛球团矿的生产、快速还原及电炉深还原的非高炉短流程连续冶炼工艺技术。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种生产、快速还原及非高炉冶炼高铁低钛钒钛矿的方法，包括如下步骤：
①通过对普通钒钛铁精矿磨选，生产TFe质量含量≥60％、TiO2质量含量≤10％的高铁低钛钒钛铁精矿。
普通钒钛铁精矿特征为TFe含量55-57％，TiO2含量9-11％，200目通过率大于85％；
将上述普通钒钛铁精矿磨细至-0.038mm占比≥90％后，先用0.2mT强度磁场粗选，将粗选出的铁矿粉再经过0.15mT强度磁场进行精选，将粗选后的尾矿使用0.2mT强度磁场进行扫选，精选与扫选后的矿粉即为高铁低钛钒钛铁精矿。
进一步的，所述步骤①生产的高铁低钛钒钛铁精矿特征为TFe质量含量60-65％，TiO2质量含量6.5-10％，800目通过率大于90％。
②制备还原气、燃料气、保护气：使用变压吸附工艺，以焦炉煤气为原料制取H2，以转炉煤气为原料制取CO，以空气为原料制取O2和N2，制取的H2、CO、O2、N2纯度均≥99％；
收集高炉煤气，捕集高炉煤气中CO2，使捕集后煤气中CO2含量≤3％，CO含量≥30％；
将脱除CO2的高炉煤气与制取的CO混合制取燃料气，其中脱除CO2的高炉煤气用量为 10-30％，所述燃料气特征为CO体积含量≥80％，N2体积含量≤20％。
将制取的H2和CO混合制作还原气，所述还原气的特征为H2/CO≥8，H2+CO≥90％，H2体积含量为大等于80％和小于100％。以空气为原料制取的N2作为保护气。
③制备钒钛球团矿：以步骤①生产的高铁低钛钒钛铁精矿和膨润土为原料，使用竖炉或回转窑制作钒钛球团矿，在竖炉或回转窑内通入步骤②通过空气变压吸附制取的O2，控制 O2体积含量为25-30％，以加强氧化性气氛，改善球团矿质量。
使用竖炉或回转窑制造球团矿，使用膨润土与高铁低钛钒钛铁精矿作为球团生产原料，预热温度880-930℃，预热时间13-17min，焙烧温度1200-1250℃，焙烧时间15-20min。
所述步骤③制备的球团矿特征为TFe含量≥60％，碱度0.1-0.2，还原膨胀率≤10％，球团平均抗压强度≥2500N。
④还原气和燃料气采取双层输送管送入竖炉，内层通入燃料气和空气，外层通入还原气，内外层以高导热耐火材料隔离，其中燃料气和空气体积比≥2.3:1，以保证燃料气过量，使燃烧后尾气中O2含量≤3％；还原气温度为1050-1080℃，还原气压力0.7-0.8MPa，还原气流量 5-10L/min。
⑤竖炉炉料结构为100％步骤③制备的钒钛球团矿；所述还原气输送管布置在竖炉的还原段底部、还原段1/3处和还原段2/3处，还原段1/3处和还原段2/3处的还原气管道用于竖炉还原段中上部补热，占所有还原气管道的40-70％，根据还原气中H2含量调整；取消竖炉冷却段，增加还原段长度比例，还原段占竖炉高度的60-80％，控制还原时间为1-1.5h；使用竖炉到电炉热装工艺；卸料段设置上下部均带有阀门的金属化球团料仓，料仓有进气和出气口，通入燃料气燃烧后的尾气(O2含量≤3％)，尾气中含有较多CO，且O2含量很低，总体气氛为还原性，可用于渗碳和提高金属化率，同时可给金属化球团补热，使料仓内球团温度可保持≥800℃，保证进入电炉的金属化球团金属化率≥92％。
⑥使用生石灰和焦粉加水搅拌冷压成球，再通入步骤②空气变压吸附所制取的保护气 N2，在900-1000℃高温下热压成型，以去除水分并提高强度，控制此热压球的密度大于炉渣密度；所述生石灰配加比例为5-10％，所述焦粉的粒度为<0.1mm；制得热压球的强度≥1000N。
上述生石灰和焦粉的热压球在电炉明弧冶炼期间加入，由于其密度大于炉渣，处于炉渣之下，铁水之上，以使其可以与铁水更好接触，改善铁水渗碳条件，从而提高铁水含碳量，并有助于铁水脱硫，上述生石灰和焦粉的热压球添加量为电炉内金属化球团质量的1-5％。
⑦电炉为有四个进料口和两个铁口、两个渣口的结构，可实现连续装料技术。
设计了四个进料口，其中两个对向的为球团进料口，另外两个为溶剂和燃料进料口，所有进料口均设有通气口，可连接通气装置及加压装置，可通入N2对热装物料进行保护，同时可直接将N2通入电炉内，以控制电炉内氧气含量，球团进料口用溜槽连接至竖炉料仓，实现金属化球团热装，热装温度≥700℃。
设计了上下铁口和上下渣口，上铁口出铁，上渣口控制液相线和炉内压力，下渣口和上铁口平齐，用于出铁后的排渣，留铁冶炼，配碳15-20％。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明通过对普通钒钛精矿磨细及磁选工艺，生产TFe含量≥60％、TiO2含量≤10％的高铁低钛钒钛铁精矿；并在使用其生产氧化球团时，增加球团焙烧过程中气体含氧量，提高了球团矿抗压强度；同时还通过提高还原气质量、延长还原段长度及还原气分段添加等技术手段，减少了钒钛球团矿在竖炉内的还原时间，提高了还原气的利用率；进而降低吨铁能耗和碳排放。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不以任何方式限制本发明。为免赘述，以下实施例中的原材料若无特别说明则均为市购，所用方法若无特别说明则均为常规方法。测试生球抗压强度采用压力法检测，检测设备为球团抗压强度测定仪，依据标准GB/T 14201-2018《高炉和直接还原用铁球团矿抗压强度的测定》进行测定；还原性的测定与计算方法依据GB/T13241-2017《铁矿石还原性的测定方法》。
一种生产、快速还原及非高炉冶炼高铁低钛钒钛矿的方法，实施例1-3均包括如下步骤，各实施例与对比例的区别在如下实施内容中予以明确。
①通过对普通钒钛铁精矿磨选，生产TFe质量含量≥60％、TiO2质量含量≤10％的高铁低钛钒钛铁精矿。
普通钒钛精矿特征为TFe含量55％，TiO2含量11％，200目通过率87％；
将上述钒钛精矿磨细至-0.038mm占比93％后，先用0.2mT强度磁场粗选，将粗选出的铁矿粉再经过0.15mT强度磁场进行精选，将粗选后的尾矿使用0.2mT强度磁场进行扫选，精选与扫选后的矿粉即为高铁低钛钒钛铁精矿。
所述步骤①生产的高铁低钛钒钛铁精矿特征为TFe质量含量65％，TiO2质量含量6.8％， 800目通过率92％。
②制备还原气、燃料气、保护气：使用变压吸附工艺，以焦炉煤气为原料制取H2，以转炉煤气为原料制取CO，以空气为原料制取O2和N2，制取的H2、CO、O2、N2纯度均≥99％；
收集高炉煤气，捕集高炉煤气中CO2，使捕集后煤气中CO2含量≤3％，CO含量≥30％；
将脱除CO2的高炉煤气与制取的CO混合制取燃料气，其中脱除CO2的高炉煤气用量为 10-30％，燃料气特征为CO体积含量≥80％，N2体积含量≤20％。
将制取的H2和CO混合制作还原气，所述还原气的特征为H2/CO≥8，H2+CO≥90％，H2体积含量为大等于80％和小于100％。以空气为原料制取的N2作为保护气。
③制备钒钛球团矿：以步骤①生产的高铁低钛钒钛精矿和膨润土为原料，使用竖炉或回转窑制作钒钛球团矿，在竖炉或回转窑内通入步骤②通过空气变压吸附制取的O2，以加强氧化性气氛，改善球团矿质量。
使用竖炉或回转窑制造球团矿，使用膨润土与高铁低钛钒钛铁精矿作为球团生产原料，预热温度900℃，预热时间15min，焙烧温度1250℃，焙烧时间20min；在竖炉或回转窑内通入步骤②制取的O2。
④还原气和燃料气采取双层输送管送入竖炉，内层通入燃料气和空气，外层通入还原气，内外层以高导热耐火材料隔离，其中燃料气和空气体积比≥2.3:1，以保证燃料气过量，使燃烧后尾气中O2含量≤3％；还原气温度为1050℃，还原气压力0.7MPa。
⑤竖炉炉料结构为100％步骤③制备的钒钛球团矿；所述还原气输送管布置在竖炉的还原段底部、还原段1/3处和还原段2/3处，还原段1/3处和还原段2/3处的还原气管道用于竖炉还原段中上部补热，占所有还原气管道的40-70％，根据还原气中H2含量调整；取消竖炉冷却段，增加还原段长度比例，还原段占竖炉高度的60-80％；使用竖炉到电炉热装工艺；卸料段设置上下部均带有阀门的金属化球团料仓，料仓有进气和出气口，通入燃料气燃烧后的尾气(O2含量≤3％)，尾气中含有较多CO，且O2含量很低，总体气氛为还原性，可用于渗碳和提高金属化率，同时可给金属化球团补热，使料仓内球团温度可保持≥800℃，保证进入电炉的金属化球团金属化率≥92％。
⑥使用生石灰和焦粉加水搅拌冷压成球，再通入步骤③空气变压吸附制取的N2，在 1000℃高温下热压成型，以去除水分并提高强度，控制此热压球的密度大于炉渣密度；所述生石灰配加比例为5％，所述焦粉的粒度为<0.1mm；制得热压球的强度≥1000N。
上述生石灰和焦粉的热压块在电炉明弧冶炼期间加入，由于其密度大于炉渣，处于炉渣之下，铁水之上，以使其可以与铁水更好接触，改善铁水渗碳条件，从而提高铁水含碳量，并有助于铁水脱硫，上述生石灰和焦粉的热压球添加量为电炉内金属化球团质量的1-5％。
⑦电炉为有四个进料口和两个铁口、两个渣口的结构，可实现连续装料技术。
设计了四个进料口，其中两个对向的为球团进料口，另外两个为溶剂和燃料进料口，所有进料口均设有通气口，可连接通气装置及加压装置，可通入N2对热装物料进行保护，同时可直接将N2通入电炉内，以控制电炉内氧气含量，球团进料口用溜槽连接至竖炉料仓，实现金属化球团热装，热装温度≥700℃。
设计了上下铁口和上下渣口，上铁口出铁，上渣口控制液相线和炉内压力，下渣口和上铁口平齐，用于出铁后的排渣，留铁冶炼，配碳15-20％。
含钒铁水特征为：C含量3％-4.5％，通过电炉内通入N2以控制电炉内氧气含量和添加生石灰和焦粉的热压块以改善铁水渗碳条件两个措施，实现铁水C含量达到目标值；
熔分渣特征为：FeO含量≤3％，R2为0.5-0.6，TiO2含量30％-40％。
实施例
球团矿焙烧实验：以98％高铁低钛钒钛精矿+2％膨润土配料结构造球，预热温度900℃，预热时间15min，焙烧温度1250℃，焙烧时间20min，使用可通入氧化性气氛的马弗炉开展不同O2球团焙烧实验，使用瓶装气开展实验，气体成分如表1所列，并测定焙烧后的氧化球团矿抗压强度，结果如表1所示。
增加还原段长度及还原气分段添加模拟实验：实施例的还原气为H2含量80％，CO含量 10％，N2含量20％，CO2含量3％；还原温度1050℃，还原气流量分别为6L/min、7L/min、8L/min，坩埚底部还原气流量为还原气总流量的60％，坩埚1/3处和坩埚2/3处还原气流量均为还原气总流量的20％，以此方法模拟本发明中延长还原段及分段通入还原气的效果，实验室测定其完全还原所需时间及气体利用率，如表2所示。
对比例
球团矿焙烧实验：以98％高铁低钛钒钛精矿+2％膨润土配料结构造球，预热温度900℃，预热时间15min，焙烧温度1250℃，焙烧时间20min，使用可通入氧化性气氛的马弗炉开展不同O2球团焙烧实验，使用瓶装气开展实验，气体成分为21％O2+79％N2，并测定焙烧后的氧化球团矿抗压强度，结果如表1所示。
增加还原段长度及还原气分段添加模拟实验：对比例的还原气为H2含量80％，CO含量 10％，N2含量20％，CO2含量3％；还原温度1050℃，还原气流量为5L/min，还原气全部从坩埚底部通入，实验室测定其完全还原所需时间及气体利用率，如表2所示。
表1不同O2球团焙烧实验结果
| 名称 | 气体成分 | 球团矿抗压强度，N/个 |
| 对比例 | 21％O<sub>2</sub>+79％N<sub>2</sub> | 2304 |
| 实施例1 | 25％O<sub>2</sub>+75％N<sub>2</sub> | 2517 |
| 实施例2 | 27.5％O<sub>2</sub>+77.5％N<sub>2</sub> | 2734 |
| 实施例3 | 30％O<sub>2</sub>+70％N<sub>2</sub> | 2819 |
由表1可见，实施例1-3的球团矿抗压强度均优于对比例，通入含氧气量高的气体，提高焙烧过程中气氛的氧化性，有助于提高钒钛球团矿的抗压强度，且随着氧气含量的提高，球团矿抗压强度随之提高。
表2还原时间对比
| 名称 | 还原气流量，L/min | 还原时间，min | 还原气利用率，％ |
| 对比例 | 5 | 102 | 28.96 |
| 实施例1 | 6 | 87 | 32.43 |
| 实施例2 | 7 | 81 | 31.17 |
| 实施例3 | 8 | 76 | 30.29 |
由表2可知，实施例1-3的还原时间均少于对比例，且随着还原气流量的增加，还原时间逐渐减少；还原气分段添加后，还原气利用率均高于对比例，但随着还原气流量增加，还原气利用率呈下降趋势。
对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (8)
1.一种生产、快速还原及非高炉冶炼高铁低钛钒钛矿的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
①通过对普通钒钛铁精矿磨选，生产TFe质量含量≥60％、TiO2质量含量≤10％的高铁低钛钒钛铁精矿；
②制备还原气、燃料气、保护气：使用变压吸附工艺，以焦炉煤气为原料制取H2，以转炉煤气为原料制取CO，以空气为原料制取O2和N2；将制取的H2和CO混合制作还原气，所述还原气中H2/CO≥8，H2+CO≥90％；将脱除CO2的高炉煤气与制取的CO混合制取燃料气，所述燃料气特征为CO体积含量≥80％，N2体积含量≤20％；以空气为原料制取的N2作为保护气；
③制备钒钛球团矿：以步骤①生产的高铁低钛钒钛铁精矿和膨润土为原料，使用竖炉或回转窑制作钒钛球团矿，在竖炉或回转窑内通入步骤②空气变压吸附制取的O2，控制O2体积含量为25-30％；
④还原气和燃料气采取双层输送管送入竖炉，内层通入燃料气和空气，外层通入还原气，内外层以高导热耐火材料隔离，其中燃料气和空气体积比≥2.3:1；还原气温度为1050-1080℃，还原气压力0.7-0.8MPa；
⑤竖炉炉料结构为100％步骤③制备的钒钛球团矿；所述还原气输送管布置在竖炉的还原段底部、还原段1/3处和还原段2/3处；取消竖炉冷却段，增加还原段长度比例，还原段占竖炉高度的60-80％；卸料段设置上下部均带有阀门的金属化球团料仓，所述料仓有进气和出气口，通入燃料气燃烧后的尾气，所述尾气中O2含量≤3％；
⑥使用生石灰和焦粉加水搅拌冷压成球，再通入步骤②空气变压吸附所制取的保护气N2，在900-1000℃高温下热压成型；所述成型后的热压球在电炉明弧冶炼期间加入，添加量为电炉内金属化球团质量的1-5％；
⑦电炉为有四个进料口和两个铁口、两个渣口的结构，可实现连续装料技术。
2.根据权利要求1所述一种生产、快速还原及非高炉冶炼高铁低钛钒钛矿的方法，其特征在于：所述步骤①生产的高铁低钛钒钛铁精矿特征为TFe含量60-65％，TiO2含量6.5-10％，800目通过率大于90％。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于：步骤②所述脱除CO2的高炉煤气中CO2含量≤3％，CO含量≥30％。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于：步骤③所述竖炉或回转窑的预热温度为880-930℃，预热时间13-17min，焙烧温度1200-1250℃，焙烧时间15-20min，控制O2体积含量为25-30％。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于：所述步骤③制备的钒钛球团矿特征为TFe含量≥60％，碱度0.1-0.2，还原膨胀率≤10％，球团平均抗压强度≥2500N。
6.根据权利要求1所述方法，其特征在于：步骤⑤所述竖炉产出的金属化球团特征为金属化率≥92％。
7.根据权利要求1所述方法，其特征在于：步骤⑥所述生石灰配加比例为5-10％，所述焦粉的粒度为<0.1mm；制得热压球的强度≥1000N。
8.根据权利要求1所述方法，其特征在于：步骤⑦所述连续装料技术可辅助实现金属化球团热装，热装温度≥700℃。
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