CN212894799U - 钒钛磁铁矿还原熔炼装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种钒钛磁铁矿还原熔炼装置，包括侧吹炉，所述侧吹炉包括：炉体，所述炉体具有炉腔、第一侧墙、第二侧墙、第三侧墙、第四侧墙、底墙和顶墙；第一挡墙和第二挡墙；侧吹喷枪，所述侧吹喷枪设在所述第三侧墙和所述第四侧墙中的至少一者上，所述侧吹喷枪与所述侧吹还原熔炼池相对设置；和石墨电极，所述石墨电极的一部分伸入到所述电热还原池内。本实用新型的钒钛磁铁矿还原熔炼装置具有能耗低、运行成本低、使用寿命长、铁元素和钒元素回收率高等优点。

Description

钒钛磁铁矿还原熔炼装置

技术领域

本实用新型涉及金属冶炼领域，具体涉及一种钒钛磁铁矿还原熔炼装置。

背景技术

目前钒钛磁铁矿冶炼较成熟工艺为高炉流程，但该工艺仅可回收铁和部分钒，钛则完全不能被提取应用，此外含钛高炉渣因TiO2含量高(20％-25％)也无法像普通高炉渣一样作为建材原料，被大量堆存。非高炉法主要包括预还原-电炉法、还原-磨选法和钠化焙烧-预还原-电炉法等几类。非高炉工艺仅有预还原-电炉法开展了生产规模的试验研究，其他研究基本都停留在实验室研究和扩大试验研究阶段。预还原-电炉法虽然流程短、环境友好、生产效率高，但存在能耗高、高钛渣冶炼困难、钒钛回收率较低等问题，尤其是深度还原阶段碳氮化钛形成恶化冶炼操作的问题尤为突出，目前该工艺难以实现工业化生产；还原磨选法操作温度低、钒钛铁综合利用率高，但由于工艺流程长、磨矿成本高、生产规模小，经济性远不如预还原电炉法；钠化焙烧预还原炉法具有钒钛回收率高，但存在钠化剂加入量大。

相关技术中，使用侧吹还原方式可以利用廉价的煤作为还原剂和燃料，但在侧吹还原化料区域还原出的金属碳低、熔点高，容易出现炉底冻结，若要保持过高温度则会严重侵蚀耐热材料。侧吹燃烧放热区主要在渣层，冶炼过程中上部炉渣温度比下部金属熔池温度高，上部炉渣含铁高、熔点低，而下部金属含碳低、熔点高，冶炼过程中易出现下部金属熔池冻结的问题。若要保持过高温度则会严重侵蚀耐材，容易出事故，耐火材料需求高。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的实施例提出一种钒钛磁铁矿还原熔炼装置。

根据本实用新型实施例的钒钛磁铁矿还原熔炼装置，包括侧吹炉，所述侧吹炉包括：

炉体，所述炉体具有炉腔、第一侧墙、第二侧墙、第三侧墙、第四侧墙、底墙和顶墙，所述第一侧墙与所述第二侧墙在第一预设方向上相对，所述第三侧墙与所述第四侧墙在第二预设方向上相对，所述第二侧墙上设有钛渣液出口和含钒铁水出口，所述第一预设方向垂直于所述第二预设方向；

第一挡墙和第二挡墙，所述第一挡墙和所述第二挡墙沿所述第一预设方向间隔开地设在所述第三侧墙与所述第四侧墙之间，第一挡墙的至少一部分位于所述炉腔内，所述第二挡墙的至少一部分位于所述炉腔内，所述第一挡墙与所述第一侧墙、所述第三侧墙和所述第四侧墙之间限定出铁水槽，所述第一挡墙与所述第二挡墙、所述第三侧墙和所述第四侧墙之间限定出侧吹还原熔炼池，所述第二挡墙与所述第二侧墙、所述第三侧墙和所述第四侧墙之间限定出电热还原池，所述侧吹还原熔炼池的下部与所述铁水槽的下部之间相互连通，所述侧吹还原熔炼池的下部与所述电热还原池的下部之间相互连通；

侧吹喷枪，所述侧吹喷枪设在所述第三侧墙和所述第四侧墙中的至少一者上，所述侧吹喷枪与所述侧吹还原熔炼池相对设置；和

石墨电极，所述石墨电极的一部分伸入到所述电热还原池内。

因此，根据本实用新型实施例的钒钛磁铁矿还原熔炼装置具有能耗低、运行成本低、使用寿命长、铁元素和钒元素回收率高等优点。

在一些实施例中，进一步包括感应炉，所述感应炉设置有保温层。

在一些实施例中，所述顶墙设有侧吹熔炼进料口、侧吹熔炼出烟口、电热还原进料口和电热还原出烟口，所述侧吹熔炼进料口和所述侧吹熔炼出烟口通向所述侧吹还原熔炼池，所述电热还原进料口和所述电热还原出烟口通向所述电热还原池。

在一些实施例中，所述侧吹熔炼进料口为一个斜向的进料口。

在一些实施例中，电热还原出烟口的出烟口通向侧吹熔炼出烟口213。

在一些实施例中，所述侧吹喷枪采用水冷结构。

在一些实施例中，还包括与所述侧吹熔炼出烟口配合的冷却装置及收尘装置。

在一些实施例中，所述冷却装置为余热锅炉。

在一些实施例中，所述收尘装置为布袋除尘器。

附图说明

图1是本实用新型实施例的钒钛磁铁矿还原熔炼的方法的工艺流程图的结构示意图。

图2是本实用新型实施例的钒钛磁铁矿还原熔炼装置的剖视图的结构示意图。

图3是本实用新型实施例的钒钛磁铁矿还原熔炼装置的侧视图的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考附图描述根据本实用新型的实施例的钒钛磁铁矿还原熔炼的方法。如图1所示，根据本实用新型的实施例的钒钛磁铁矿还原熔炼的方法，包括以下步骤：

A)利用还原剂、燃料和富氧空气对钒钛磁铁矿进行还原熔炼处理，以便得到含钒铁液和液态炉渣；

B)提高含钒铁液的含碳量，以便得到增碳铁液；

C)对液态炉渣和增碳铁液进行还原处理，以便得到含钒铁水和钛渣液。

步骤A)中利用还原剂、燃料和富氧空气对钒钛磁铁矿进行还原熔炼处理，还原剂、燃料可采用煤粉和煤。钒钛磁铁矿经过还原熔炼处理得到含钒铁液和液态炉渣，含钒铁液位于液态炉渣的下方，为了还原熔炼处理的持续进行，加热区域位于液态炉渣所在的区域。含钒铁液的含碳量低、熔点高于液态炉渣，容易出现冻结。若是提高液态炉渣所在的区域加热温度，使得液态炉渣与含钒铁液的温度都高于含钒铁液的熔点，持续的高温会严重侵蚀炉子的耐热材料，减少炉子的使用寿命，浪费更多的能源。

步骤B)中，提高含钒铁液的含碳量，以便得到增碳铁液；含钒铁液提高增加了碳含量，因此使得增碳铁液相较于含钒铁液，含碳量高，熔点低，在炉底不易冻结。由于增碳铁液的熔点低，因此无需通过提高液态炉渣的温度来提高增碳铁液的温度，就能保证增碳铁液不会冻结。由此在保证增碳铁液不会冻结的情况下，不仅可以避免因提高液态炉渣的温度而产生的耐热材料侵蚀问题，而且可以降低能耗。

步骤C)中，进一步对液态炉渣和增碳铁液进行还原熔炼，此时可采用电热还原或其他还原方法，进一步对液态炉渣中的铁元素及钒元素进行还原。在此过程中可加入熔剂和还原剂，由于增碳铁液内的碳含量较高，因此增碳铁液内的碳元素对液态炉渣内的铁元素和钒元素进行深度还原，得到含钒铁水和钛渣液，使得更多的铁元素和钒元素进入含钒铁水内，提高了铁元素和钒元素的回收率。对含钒铁水提炼钒后制铁，对钛渣液提炼钛回收利用，完成对钒钛磁铁矿的还原熔炼，提炼出有用金属。

因此，根据本实用新型实施例的钒钛磁铁矿还原熔炼的方法具有能耗低、成本低、防止还原铁液在炉底冻结和铁元素和钒元素回收率高等优点。

在一些实施例中，在步骤B)中，向含钒铁液中加入含碳铁水，以便得到增碳铁液，含碳铁水的含碳量大于含钒铁液的含碳量，含碳铁水的温度大于含钒铁液的温度；

含碳铁水的含碳量大于含钒铁液的含碳量，含碳铁水的温度大于含钒铁液的温度。通过加入含碳铁水的方式来含钒铁液的含碳量，同时也提高了温度。含碳铁水加入含钒铁液中与其混合得到的混合熔液为增碳铁液，为含钒铁液提高了温度，增加了碳含量。因此增碳铁液相较于含钒铁液，含碳量高，熔点低，温度高，在炉底不易冻结。

根据本实用新型实施例的钒钛磁铁矿还原熔炼的方法可以通过根据本实用新型实施例的钒钛磁铁矿还原熔炼装置10000来实施。

如图2和图3所示，根据本实用新型实施例的钒钛磁铁矿还原熔炼装置10000包括侧吹炉1000，侧吹炉1000包括炉体100、第一挡墙201、第二挡墙202、侧吹喷枪211和石墨电极221。

炉体100包括第一侧墙101、第二侧墙102、第三侧墙103、第四侧墙104、底墙105和顶墙106，第一侧墙101、第二侧墙102、第三侧墙103、第四侧墙104、底墙105和顶墙106之间限定出炉腔200，第二侧墙102上设有钛渣液出口107和含钒铁水出口108。第一侧墙101与第二侧墙102在第一预设方向上相对，第三侧墙103与第四侧墙104在第二预设方向上相对，该第一预设方向垂直于该第二预设方向。该第一预设方向如图2中的箭头A所示。

第一挡墙201和第二挡墙202沿第一预设方向间隔开地设在第三侧墙103和第四侧墙104之间，第一挡墙201的至少一部分位于炉腔200内，第二挡墙202的至少一部分位于炉腔200内。第一挡墙201、第一侧墙101、第三侧墙103和第四侧墙104之间限定出铁水槽203，第一挡墙201、第二挡墙202、第三侧墙103和第四侧墙104之间限定出侧吹还原熔炼池210，第二挡墙202、第二侧墙102、第三侧墙103和第四侧墙104之间限定出电热还原池220。侧吹还原熔炼池210的下部与铁水槽203的下部之间相互连通，侧吹还原熔炼池210的下部与电热还原池220的下部之间相互连通；

侧吹喷枪211设在第三侧墙103和第四侧墙104中的至少一者上，侧吹喷枪211与侧吹还原熔炼池210相对设置。石墨电极221的一部分伸入到电热还原池220内。

根据本实用新型实施例的钒钛磁铁矿还原熔炼装置10000通过设置第一挡墙201、且第一挡墙201、第一侧墙101、第三侧墙103和第四侧墙104之间限定出与侧吹还原熔炼池210连通的铁水槽203，从而可以通过铁水槽203向位于侧吹还原熔炼池210内的含钒铁液加入含碳铁水，含碳铁水和含钒铁液混合可以得到增碳铁液。

由于增碳铁液的熔点低、温度高，因此无需通过提高液态炉渣的温度来提高增碳铁液的温度，就能保证增碳铁液不会冻结。由此在保证增碳铁液不会冻结的情况下，不仅可以避免因提高液态炉渣的温度而产生的耐热材料侵蚀问题，而且可以降低能耗。

而且，由于增碳铁液内的碳含量较高，从而可以对电热还原池220内液态炉渣内更多的铁元素和钒元素进行深度还原，以便使更多的铁元素和钒元素进入含钒铁水内，进而提高了铁元素和钒元素的回收率。

因此，根据本实用新型实施例的钒钛磁铁矿还原熔炼装置10000具有能耗低、运行成本低、使用寿命长、铁元素和钒元素回收率高等优点。

如图2和图3，钒钛磁铁矿还原熔炼装置10000包括侧吹炉1000和感应炉(图中未示出)，侧吹炉1000包括炉体100、第一挡墙201、第二挡墙202、侧吹喷枪211和石墨电极221。

炉体100包括第一侧墙101、第二侧墙102、第三侧墙103、第四侧墙104、底墙105和顶墙106，第一侧墙101、第二侧墙102、第三侧墙103、第四侧墙104、底墙105和顶墙106之间限定出炉腔200。

顶墙106设有侧吹熔炼进料口212和侧吹熔炼出烟口213，还原剂和钒钛磁铁矿可以通过侧吹熔炼进料口212加入到炉腔200的侧吹还原熔炼池210内。侧吹喷枪211设在第三侧墙103和第四侧墙104中的至少一者上，侧吹喷枪211与侧吹还原熔炼池210相对设置。侧吹喷枪211可以向侧吹还原熔炼池210内加入燃料和富氧空气，从而对钒钛磁铁矿进行还原熔炼处理，以便得到含钒铁液和液态炉渣。

其中，可以利用廉价的煤作为还原剂和燃料，钒钛磁铁矿和还原剂(煤)的质量比1：(0.1-0.3)，富氧空气的氧气体积浓度为60％-99％。钒钛磁铁矿经过还原熔炼处理后，产生钒铁液碳、液态炉渣和高温烟气，对高温烟气进行冷却和收尘可得到可燃气体。含钒铁液的碳元素含量低，熔点高于液态炉渣，容易出现炉底冻结的情况。

如图2所示，第二挡墙202的下端部位于底墙105的上方，以便第二挡墙202与底墙105间隔开。由此使得侧吹还原熔炼池210与电热还原池220通过第二挡墙202下方的空间连通。

可以通过铁水槽203向位于侧吹还原熔炼池210内的含钒铁液加入含碳铁水，含碳铁水和含钒铁液混合可以得到增碳铁液。

在一些实施例中，含碳铁水的温度大于等于1500℃且小于等于1650℃，可选地，含碳铁水的温度为1500℃。由此不仅可满足提高含钒铁液的温度的需求，且通过使含碳铁水的温度小于等于1650℃，从而可减少能源的浪费、减少对炉体100的耐热材料的侵蚀。

在一些实施例中，含碳铁水的含碳量大于等于4wt％且小于等于6wt％。由此可以有效地提高含钒铁液的含碳量，即有效地提高增碳铁液的含碳量。

可选地，含碳铁水的含碳量大于等于4.5wt％且小于等于5.5wt％。

可选地，含碳铁水的含碳量为5.23wt％。

含碳铁水的含碳量大于等于4wt％且小于等于6wt％时，含碳量大于等于4wt％即可满足增碳的需求，碳含量越高其降低熔点的效果越好，6wt％碳含量在含碳铁水的温度下基本饱和。含碳铁水的含碳量大于等于4.5wt％且小于等于5.5wt％时，能够满足增碳的需求。含碳铁水的含碳量为5.23wt％时，可起到极佳的增碳效果，使得增碳铁液不会冻结。

在一些实施例中，钒钛磁铁矿和加入到含钒铁液中的含碳铁水的质量比为1：(0.2-0.3)。加入1：(0.2-0.3)质量比的含碳铁水，使得增碳铁水有较低的熔点，不易在炉底冻结。

由于增碳铁液的熔点降低，无需提高液态炉渣的温度来提高含钒铁液的温度，由此可以降低液态炉渣的温度。在步骤A)中，液态炉渣的温度为1300℃-1450℃。1300℃-1450℃的温度区间，既能使得液态炉渣熔化进行还原熔炼处理，又能减少能源的浪费、减少对耐热材料的侵蚀。

含碳铁水和含钒铁液混合得到的增碳铁液的温度为1400℃-1500℃。1400℃-1500℃的温度区间，既能使得增碳铁液不会冻结，又能减少能源的浪费、减少对耐热材料的侵蚀。

增碳铁液和液态炉渣可以通过第二挡墙202与底墙105之间的空间(通过)进入到电热还原池220内。顶墙106还具有电热还原进料口222和电热还原出烟口223，还原剂和熔剂可以通过电热还原进料口222加入到电热还原池220内,以便对增碳铁液和液态炉渣进行电热还原。该电热还原可以利用石墨电极221进行。如图2所示，石墨电极221可以竖直的设置，石墨电极221的一部分可以深入到电热还原池220内。

钛渣液的温度为1600℃-1700℃，含钒铁水的温度为1550℃-1600℃；1600℃-1700℃的温度区间可使得钛渣液中的铁元素与钒元素进行了深度还原，提高了铁元素与钒元素的回收率。

通过对增碳铁液和液态炉渣进行电热还原，可以得到含钒铁水和钛渣液。第二侧墙102上设有钛渣液出口107和含钒铁水出口108。含钒铁水通过含钒铁水出口108排出电热还原池220，钛渣液通过钛渣液出口107排出电热还原池220。

在一些实施例中，进一步包括感应炉，感应炉设置有保温层。含钒铁水的一部分和增碳剂被加入到感应炉内。保温层对感应炉内含钒铁水进行保温加热，增碳剂在含钒铁水内熔化，增碳后的含碳铁水排入到铁水槽203内。

在一些实施例中，向含钒铁水的一部分加入废石墨电极，对加入废石墨电极的含钒铁水的一部分进行保温以便进行增碳。

废石墨电极中的含碳量高且碳元素纯净，废石墨电极为生产中消耗掉产生废料，再次回收利用即减少了能源浪费又节约了成本。

在一些实施例中，电热还原出烟口223的出烟口通向侧吹熔炼出烟口213。

侧吹熔炼出烟口213可排出侧吹还原熔炼池210产生的高温烟气。电热还原出烟口223可排出电热还原池220产生的高温烟气。热还原出烟口223的出烟口通向侧吹熔炼出烟口213，使得侧吹还原熔炼池210产生的高温烟气与电热还原池220产生的高温烟气一同被排出，对高温烟气进行冷却和收尘可得到可燃气体。

在一些实施例中，侧吹熔炼进料口212为一个斜向的进料口，可以通过侧吹熔炼进料口212向含钒铁液中加入含碳铁块，提高含钒铁液的含碳量，以便得到增碳铁液。

在进行可将含碳量高的块状生铁直接投入侧吹还原熔炼池210内，块状的生铁密度较大，会快速沉降至炉底，保证下部熔池的快速渗碳，提高含钒铁液的含碳量。侧吹熔炼进料口212为一个斜向的进料口时，生铁进入时较为缓慢不会有熔液喷出而造成事故。

同时也可将温度较高的铁水直接通过铁水槽203进入侧吹还原熔炼池210炉底，对增碳铁液加温。

下面参考图1至图3描述根据本实用新型的实施例的钒钛磁铁矿还原熔炼的方法。根据本实用新型的实施例的钒钛磁铁矿还原熔炼的方法，包括以下步骤：

A)利用还原剂、燃料和富氧空气对钒钛磁铁矿进行还原熔炼处理，以便得到含钒铁液和液态炉渣；

B)提高含钒铁液的含碳量，以便得到增碳铁液；

C)对液态炉渣和增碳铁液进行还原处理，以便得到含钒铁水和钛渣液。

步骤A)中，利用还原剂、燃料和富氧空气对钒钛磁铁矿进行还原熔炼处理，还原剂、燃料都可采用煤粉和煤。钒钛磁铁矿经过还原熔炼处理得到含钒铁液和液态炉渣，含钒铁液位于液态炉渣的下方，为了还原熔炼处理的持续进行，加热区域位于液态炉渣所在的区域。含钒铁液的含碳量低、熔点高于液态炉渣，容易出现炉底冻结的情况。若是提高液态炉渣所在的区域加热温度，使得液态炉渣与含钒铁液的温度都高于含钒铁液的熔点，持续的高温会严重侵蚀炉子的耐热材料，减少炉子的使用寿命，浪费更多的能源。

步骤B)中，提高含钒铁液的含碳量，以便得到增碳铁液；含钒铁液提高增加了碳含量，因此使得增碳铁液相较于含钒铁液，含碳量高，熔点低，在炉底不易冻结。由于增碳铁液的熔点低，因此无需通过提高液态炉渣的温度来提高增碳铁液的温度，就能保证增碳铁液不会冻结。由此在保证增碳铁液不会冻结的情况下，不仅可以避免因提高液态炉渣的温度而产生的耐热材料侵蚀问题，而且可以降低能耗。

步骤C)中，进一步对液态炉渣和增碳铁液进行还原熔炼，此时采用电热还原方法，进一步对液态炉渣中的铁元素及钒元素进行还原。在此过程中加入熔剂和还原剂对液态炉渣和增碳铁液进行还原反应。由于增碳铁液内的碳含量较高，因此增碳铁液内的碳元素对液态炉渣内的铁元素和钒元素进行深度还原，得到含钒铁水和钛渣液，使得更多的铁元素和钒元素进入含钒铁水内，提高了铁元素和钒元素的回收率。对含钒铁水提炼钒后制铁，对钛渣液提炼钛回收利用，完成对钒钛磁铁矿的还原熔炼，提炼出有用金属。

因此，根据本实用新型实施例的钒钛磁铁矿还原熔炼的方法具有能耗低、成本低、防止还原铁液在炉底冻结和铁元素和钒元素回收率高等优点。

在步骤B)中，向含钒铁液中加入含碳铁水，以便得到增碳铁液，含碳铁水的含碳量大于含钒铁液的含碳量，含碳铁水的温度大于含钒铁液的温度；

含碳铁水的含碳量大于含钒铁液的含碳量，含碳铁水的温度大于含钒铁液的温度。通过加入含碳铁水的方式来含钒铁液的含碳量，同时也提高了温度。含碳铁水加入含钒铁液中与其混合得到的混合熔液为增碳铁液，为含钒铁液提高了温度，增加了碳含量。因此增碳铁液相较于含钒铁液，含碳量高，熔点低，温度高，在炉底不易冻结。

根据本实用新型实施例的钒钛磁铁矿还原熔炼的方法可以通过根据本实用新型实施例的钒钛磁铁矿还原熔炼装置10000来实施。

如图2和图3所示，根据本实用新型实施例的钒钛磁铁矿还原熔炼装置10000包括侧吹炉1000，侧吹炉1000包括炉体100、第一挡墙201、第二挡墙202、侧吹喷枪211和石墨电极221。

炉体100包括第一侧墙101、第二侧墙102、第三侧墙103、第四侧墙104、底墙105和顶墙106，第一侧墙101、第二侧墙102、第三侧墙103、第四侧墙104、底墙105和顶墙106之间限定出炉腔200，第二侧墙102上设有钛渣液出口107和含钒铁水出口108。第一侧墙101与第二侧墙102在第一预设方向上相对，第三侧墙103与第四侧墙104在第二预设方向上相对，该第一预设方向垂直于该第二预设方向。该第一预设方向如图2中的箭头A所示。

第一挡墙201和第二挡墙202沿第一预设方向间隔开地设在第三侧墙103和第四侧墙104之间，第一挡墙201的至少一部分位于炉腔200内，第二挡墙202的至少一部分位于炉腔200内。第一挡墙201、第一侧墙101、第三侧墙103和第四侧墙104之间限定出铁水槽203，第一挡墙201、第二挡墙202、第三侧墙103和第四侧墙104之间限定出侧吹还原熔炼池210，第二挡墙202、第二侧墙102、第三侧墙103和第四侧墙104之间限定出电热还原池220。侧吹还原熔炼池210的下部与铁水槽203的下部之间相互连通，侧吹还原熔炼池210的下部与电热还原池220的下部之间相互连通；

侧吹喷枪211设在第三侧墙103和第四侧墙104中的至少一者上，侧吹喷枪211与侧吹还原熔炼池210相对设置。石墨电极221的一部分伸入到电热还原池220内。

根据本实用新型实施例的钒钛磁铁矿还原熔炼装置10000通过设置第一挡墙201、且第一挡墙201、第一侧墙101、第三侧墙103和第四侧墙104之间限定出与侧吹还原熔炼池210连通的铁水槽203，从而可以通过铁水槽203向位于侧吹还原熔炼池210内的含钒铁液加入含碳铁水，含碳铁水和含钒铁液混合可以得到增碳铁液。

由于增碳铁液的熔点低、温度高，因此无需通过提高液态炉渣的温度来提高增碳铁液的温度，就能保证增碳铁液不会冻结。由此在保证增碳铁液不会冻结的情况下，不仅可以避免因提高液态炉渣的温度而产生的耐热材料侵蚀问题，而且可以降低能耗。

而且，由于增碳铁液内的碳含量较高，从而可以对电热还原池220内液态炉渣内更多的铁元素和钒元素进行深度还原，以便使更多的铁元素和钒元素进入含钒铁水内，进而提高了铁元素和钒元素的回收率。

因此，根据本实用新型实施例的钒钛磁铁矿还原熔炼装置10000具有能耗低、运行成本低、使用寿命长、铁元素和钒元素回收率高等优点。

如图2和图3，钒钛磁铁矿还原熔炼装置10000包括侧吹炉1000和感应炉(图中未示出)，侧吹炉1000包括炉体100、第一挡墙201、第二挡墙202、侧吹喷枪211和石墨电极221。

炉体100包括第一侧墙101、第二侧墙102、第三侧墙103、第四侧墙104、底墙105和顶墙106，第一侧墙101、第二侧墙102、第三侧墙103、第四侧墙104、底墙105和顶墙106之间限定出炉腔200。

顶墙106设有侧吹熔炼进料口212和侧吹熔炼出烟口213，还原剂和钒钛磁铁矿可以通过侧吹熔炼进料口212加入到炉腔200的侧吹还原熔炼池210内。侧吹喷枪211设在第三侧墙103和第四侧墙104中的至少一者上，侧吹喷枪211与侧吹还原熔炼池210相对设置。侧吹喷枪211可以向侧吹还原熔炼池210内加入燃料和富氧空气，从而对钒钛磁铁矿进行还原熔炼处理，以便得到含钒铁液和液态炉渣。

其中，可以利用廉价的煤作为还原剂和燃料，钒钛磁铁矿和还原剂(煤)的质量比1：0.2，富氧空气的氧气体积浓度为90％。钒钛磁铁矿经过还原熔炼处理后，产生钒铁液碳、液态炉渣和高温烟气，对高温烟气进行冷却和收尘可得到可燃气体。含钒铁液的碳元素含量低，熔点高于液态炉渣，容易出现炉底冻结的情况。

如图2所示，第二挡墙202的下端部位于底墙105的上方，以便第二挡墙202与底墙105间隔开。由此使得侧吹还原熔炼池210与电热还原池220通过第二挡墙202下方的空间连通。

可以通过铁水槽203向位于侧吹还原熔炼池210内的含钒铁液加入含碳铁水，含碳铁水和含钒铁液混合可以得到增碳铁液。

含碳铁水的温度为1500℃。由此不仅可满足提高含钒铁液的温度的需求，还可减少能源的浪费、减少对炉体100的耐热材料的侵蚀。

含碳铁水的含碳量为5.23wt％。含碳铁水的含碳量为5.23wt％时，可起到极佳的增碳效果，使得增碳铁液不会冻结。

钒钛磁铁矿和加入到含钒铁液中的含碳铁水的质量比为1：0.25。加入1：0.25质量比的含碳铁水，使得增碳铁水有较低的熔点，不易在炉底冻结。

由于增碳铁液的熔点降低，无需提高液态炉渣的温度来提高含钒铁液的温度，由此可以降低液态炉渣的温度。在步骤A)中，液态炉渣的温度为1350℃，既能使得液态炉渣熔化进行还原熔炼处理，又能减少能源的浪费、减少对耐热材料的侵蚀。

含碳铁水和含钒铁液混合得到的增碳铁液的温度为1450℃，既能使得增碳铁液不会冻结，又能减少能源的浪费、减少对耐热材料的侵蚀。

增碳铁液和液态炉渣可以通过第二挡墙202与底墙105之间的空间(通过)进入到电热还原池220内。顶墙106还具有电热还原进料口222和电热还原出烟口223，还原剂和熔剂可以通过电热还原进料口222加入到电热还原池220内,以便对增碳铁液和液态炉渣进行电热还原。该电热还原可以利用石墨电极221进行。如图2所示，石墨电极221可以竖直的设置，石墨电极221的一部分可以深入到电热还原池220内。

钛渣液的温度为1650℃，含钒铁水的温度为1600℃；可使得钛渣液中的铁元素与钒元素进行了深度还原，提高了铁元素与钒元素的回收率。

通过对增碳铁液和液态炉渣进行电热还原，可以得到含钒铁水和钛渣液。第二侧墙102上设有钛渣液出口107和含钒铁水出口108。含钒铁水通过含钒铁水出口108排出电热还原池220，钛渣液通过钛渣液出口107排出电热还原池220。

钒钛磁铁矿还原熔炼装置10000进一步包括感应炉，感应炉设置有保温层。含钒铁水的一部分和增碳剂被加入到感应炉内。保温层对感应炉内含钒铁水进行保温加热，增碳剂在含钒铁水内熔化。增碳后的含碳铁水排入到铁水槽203内。

向含钒铁水的一部分加入废石墨电极，对加入废石墨电极的含钒铁水的一部分进行保温以便进行增碳。

废石墨电极中的含碳量高且碳元素纯净，废石墨电极为生产中消耗掉产生废料，再次回收利用即减少了能源浪费又节约了成本。

电热还原出烟口223的出烟口通向侧吹熔炼出烟口213。侧吹熔炼出烟口213可排出侧吹还原熔炼池210产生的高温烟气。电热还原出烟口223可排出电热还原池220产生的高温烟气。热还原出烟口223的出烟口通向侧吹熔炼出烟口213，使得侧吹还原熔炼池210产生的高温烟气与电热还原池220产生的高温烟气一同被排出，对高温烟气进行冷却和收尘可得到可燃气体。

侧吹熔炼进料口212为一个斜向的进料口，可以通过侧吹熔炼进料口212向含钒铁液中加入含碳铁块，提高含钒铁液的含碳量，以便得到增碳铁液。

在进行可将含碳量高的块状生铁直接投入侧吹还原熔炼池210内，块状的生铁密度较大，会快速沉降至炉底，保证下部熔池的快速渗碳，提高含钒铁液的含碳量。侧吹熔炼进料口212为一个斜向的进料口时，生铁进入时较为缓慢不会有熔液喷出而造成事故。

以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。

实施例1至3中钒钛磁铁矿的组成为TFe约为55.13wt％、FeO约为8.24wt％、TiO2约为13.78wt％、V2O5约为1.74wt％，其余为杂质。工艺流程如图1所示，装置如图2与图3所示。

实施例1

钒钛磁铁矿与块煤按照质量比1：0.15的比例混合，直接投入至侧吹还原熔炼池210中，侧吹喷入煤粉和富氧，处理每吨钒钛磁铁矿需喷吹煤粉250kg，消耗氧气和空气分别为310Nm3和20Nm3(富氧浓度95％)。侧吹还原熔炼池210在侧吹喷枪211作用下搅拌剧烈，泡沫渣高度距离侧吹熔炼进料口212为1m，侧吹还原熔炼池210可维持较稳定状态。液态炉渣的温度为1300℃-1450℃。含碳铁水的含碳量为5.23wt％，含碳铁水的加入质量为钒钛磁铁矿质量的30％，含碳铁水的温度为1500℃。

侧吹还原熔炼池210上方烟气CO含量为40.93vol％，高温烟气冷却除杂后作为煤气使用。从侧吹还原熔炼池210流出的液态炉渣含铁12.66wt％，增碳铁水含碳2.11wt％。

液态炉渣和增碳铁水流入电热还原池220，并从电热还原进料口222加入石灰和碎煤(每吨钒钛磁铁矿配加石灰和碎煤量分别为30kg和20kg)，通过石墨电极221供热方式主要为钛渣液进行电阻发热，减少电弧放热，将液态炉渣还原至钛渣液升温至1600℃-1700℃，下部含钒铁水温度为1550-1600℃。

电热还原池220排出的钛渣液中，Fe和TiO2含量分别为1.56wt％和42.39wt％，含钒铁水中C和V含量分别为3.45wt％和1.24wt％。处理每吨钒钛磁铁矿产出钛渣295kg，含钒铁水847kg。将其中303kg含钒铁水在感应炉内增碳，以石墨为增碳剂，碳含量至5wt％后作为含碳铁水使用。

处理结果：年处理10万吨钒钛磁铁矿，需消耗块煤1.7万吨，煤粉2.5万吨，氧气3100万Nm3，产出含钒铁水5.44万吨，钛渣2.95万吨。

实施例2

钒钛磁铁矿与块煤按照质量比1：0.2的比例混合，直接投入至侧吹还原熔炼池210中，侧吹喷入煤粉和富氧，处理每吨钒钛磁铁矿需喷吹煤粉220kg，消耗氧气和空气分别为300Nm3和40Nm3(富氧浓度90.71％)。侧吹还原熔炼池210在侧吹喷枪211作用下搅拌剧烈，泡沫渣高度距离侧吹熔炼进料口212为1m，侧吹还原熔炼池210可维持较稳定状态。液态炉渣的温度为1300℃-1450℃。含碳铁水的含碳量为4.5wt％，含碳铁水的加入质量为钒钛磁铁矿质量的36.36％，含碳铁水温度为1500℃。

侧吹还原熔炼池210上方烟气CO含量为39.85vol％，高温烟气冷却除杂后作为煤气使用。从侧吹还原熔炼池210流出的液态炉渣含铁15.55wt％，增碳铁水含碳1.91wt％。

液态炉渣和增碳铁水流入电热还原池220，并从电热还原进料口222加入石灰和碎煤(每吨钒钛磁铁矿配加石灰和碎煤量分别为30kg和25kg)，通过石墨电极221供热方式主要为钛渣液进行电阻发热减少电弧放热，将液态炉渣还原至钛渣液，升温至1600℃-1700℃，下部含钒铁水温度为1550-1600℃。

电热还原池排出的钛渣液中Fe和TiO2含量分别为1.94wt％和42.22wt％，含钒铁水中C和V含量分别为2.85wt％和1.24wt％。处理每吨钒钛磁铁矿产出钛渣296kg，含钒铁水904kg。将其中364kg含钒铁水在感应炉内增碳，以石墨为增碳剂，碳含量增至4.5wt％后作为含碳铁水使用。

处理结果：年处理10万吨钒钛磁铁矿，需消耗块煤2.25万吨，煤粉2.2万吨，氧气3000万Nm3，产出含钒铁水5.40万吨，钛渣2.96万吨。

实施例3

钒钛磁铁矿与块煤按照质量比1：0.25的比例混合，直接投入至侧吹还原熔炼池210中，侧吹喷入煤粉和富氧，处理每吨钒钛磁铁矿需喷吹煤粉180kg，消耗氧气和空气分别为300Nm3和70Nm3(富氧浓度85.05％)。侧吹还原熔炼池210在侧吹喷枪211作用下搅拌剧烈，泡沫渣高度距离侧吹熔炼进料口212为1m，侧吹还原熔炼池210可维持较稳定状态。液态炉渣的温度为1300℃-1450℃。含碳铁水的含碳量为5.5％wt％，含碳铁水的加入量为钒钛磁铁矿质量的24.50％，含碳铁水温度为1500℃。

侧吹还原熔炼池210上方烟气CO含量为39.85vol％，高温烟气冷却除杂后作为煤气使用。从侧吹还原熔炼池210流出的液态炉渣含铁13.99wt％，增碳铁水含碳2.24wt％。

液态炉渣和增碳铁水流入电热还原池220，并从电热还原进料口222加入石灰和碎煤(每吨钒钛磁铁矿配加石灰和碎煤量分别为30kg和20kg)，通过石墨电极221供热方式主要为钛渣液进行电阻发热减少电弧放热，将液态炉渣还原至钛渣液，升温至1600℃-1700℃，下部含钒铁水温度为1550-1600℃。

电热还原池排出的钛渣液中Fe和TiO2含量分别为2.33wt％和41.82wt％，含钒铁水中C和V含量分别为3.45wt％和1.27wt％。处理每吨钒钛磁铁矿产出钛渣300kg，含钒铁水788kg。将其中245kg含钒铁水在感应炉内增碳，以石墨为增碳剂，碳含量增至5.5wt％后作为含碳铁水使用。

处理结果：年处理10万吨钒钛磁铁矿，需消耗块煤2.7万吨，煤粉1.8万吨，氧气3000万Nm3，产出含钒铁水5.43万吨，钛渣3万吨。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实用新型中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种钒钛磁铁矿还原熔炼装置，其特征在于，包括侧吹炉，所述侧吹炉包括：

炉体，所述炉体具有炉腔、第一侧墙、第二侧墙、第三侧墙、第四侧墙、底墙和顶墙，所述第一侧墙与所述第二侧墙在第一预设方向上相对，所述第三侧墙与所述第四侧墙在第二预设方向上相对，所述第二侧墙上设有钛渣液出口和含钒铁水出口，所述第一预设方向垂直于所述第二预设方向；

第一挡墙和第二挡墙，所述第一挡墙和所述第二挡墙沿所述第一预设方向间隔开地设在所述第三侧墙与所述第四侧墙之间，第一挡墙的至少一部分位于所述炉腔内，所述第二挡墙的至少一部分位于所述炉腔内，所述第一挡墙与所述第一侧墙、所述第三侧墙和所述第四侧墙之间限定出铁水槽，所述第一挡墙与所述第二挡墙、所述第三侧墙和所述第四侧墙之间限定出侧吹还原熔炼池，所述第二挡墙与所述第二侧墙、所述第三侧墙和所述第四侧墙之间限定出电热还原池，所述侧吹还原熔炼池的下部与所述铁水槽的下部之间相互连通，所述侧吹还原熔炼池的下部与所述电热还原池的下部之间相互连通；

侧吹喷枪，所述侧吹喷枪设在所述第三侧墙和所述第四侧墙中的至少一者上，所述侧吹喷枪与所述侧吹还原熔炼池相对设置；和

石墨电极，所述石墨电极的一部分伸入到所述电热还原池内。

2.根据权利要求1所述的钒钛磁铁矿还原熔炼装置，其特征在于，进一步包括感应炉，所述感应炉设置有保温层。

3.根据权利要求1所述的钒钛磁铁矿还原熔炼装置，其特征在于，所述顶墙设有侧吹熔炼进料口、侧吹熔炼出烟口、电热还原进料口和电热还原出烟口，所述侧吹熔炼进料口和所述侧吹熔炼出烟口通向所述侧吹还原熔炼池，所述电热还原进料口和所述电热还原出烟口通向所述电热还原池。

4.根据权利要求3所述的钒钛磁铁矿还原熔炼装置，其特征在于，所述侧吹熔炼进料口为一个斜向的进料口。

5.根据权利要求3所述的钒钛磁铁矿还原熔炼装置，其特征在于，电热还原出烟口的出烟口通向侧吹熔炼出烟口。

6.根据权利要求1所述的钒钛磁铁矿还原熔炼装置，其特征在于，所述侧吹喷枪采用水冷结构。

7.根据权利要求3所述的钒钛磁铁矿还原熔炼装置，其特征在于，还包括与所述侧吹熔炼出烟口配合的冷却装置及收尘装置。

8.根据权利要求7所述的钒钛磁铁矿还原熔炼装置，其特征在于，所述冷却装置为余热锅炉。

9.根据权利要求7所述的钒钛磁铁矿还原熔炼装置，其特征在于，所述收尘装置为布袋除尘器。

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