一種高爐渣還原方法
【專利摘要】本發明屬于高溫冶金領域，具體涉及一種節能環保、效率高的高爐渣還原方法。針對上述高爐渣還原過程時間長、電耗高、冶煉成本高的問題，本發明提供一種節能環保、效率高的高爐渣還原方法，包括熱渣入爐、連續加料和斷電出渣三個步驟，本發明采用煉焦工藝除塵灰作為碳質還原劑，粒徑范圍適宜高爐渣還原反應的進行，不需破碎處理，節約成本，操作簡單；連續加料和斷電出渣方式保證穩定生產，改善了冶煉環境，降低了綜合冶煉成本，為高爐渣還原的規模化進行提供了一條經濟的工藝路線。
【專利說明】
一種高爐渣還原方法
技術領域
[0001]本發明屬于高溫冶金領域，具體涉及一種節能環保、效率高的高爐渣還原方法。
【背景技術】
[0002]攀西地區釩鈦磁鐵礦經高爐冶煉后形成含T1221?25%的高鈦型高爐渣，年排放量達300多萬噸，從高爐渣中損失的T12總量達60多萬噸，這部分進入高爐渣中的鈦是非常寶貴的戰略資源，同時也是一筆巨大的財富。因此，從高鈦型高爐渣中對鈦進行分離提取是實現攀西地區釩鈦磁鐵礦資源綜合利用的重要途徑。
[0003]近年來，作為高爐渣提鈦技術之一的高溫碳化?低溫氯化工藝以其流程短、處理量大、提鈦率高等優點得到了一定的推廣和應用，該工藝首先通過高溫碳化還原高鈦型高爐渣中的T12形成TiC，再在低溫下氯化制備TiCl4,精制后成為鈦白粉或海綿鈦的生產原料。
[0004]高鈦型高爐渣碳化還原是T12逐級還原生成TiC的過程，該過程是在高溫條件下進行，化學反應速度較快，因此含鈦高爐渣能否與碳質還原劑快速充分接觸成為整個碳化過程的限制性環節。專利CN101168801A公開了一種含鈦原料的還原碳化方法，該專利提供了一種有效控制含鈦原料還原碳化爐底上漲及泡沫渣的方法，但其中對碳質還原劑的成分、粒度要求過于寬泛，這在冶煉過程中將導致反應時間過長、電耗增加，進而增加冶煉成本。

【發明內容】

[0005]針對上述高爐渣還原過程時間長、電耗高、冶煉成本高的問題，本發明的發明目的在于提供一種節能環保、效率高的高爐渣還原方法。
[0006]本發明解決技術問題的技術方案為提供一種高爐渣還原方法，包括以下步驟:
[0007]a、熱渣入爐:將溫度為1250?1350°C的高爐渣傾倒至碳化電爐內，升溫至1530?1580 °C；
[0008]b、連續加料:將煉焦工藝除塵灰加入電爐中，加料速度為40?60kg/min，加入除塵灰的量為高爐渣重量的18?22% ;
[0009]C、斷電出渣:加料完成后冶煉0.5?Ih直至終點，斷電出渣。
[0010]其中，上述高爐渣還原方法中，步驟a中所述高爐渣為高鈦型高爐渣，其主要成分為:Ti02:20?23%，Si02:23?27%，Al203:13?17%，Ca0:25?28%，Mg0:6.5?8.5%，V205:
0.2?0.4%，FeO:l?2%0
[0011]其中，上述高爐渣還原方法中，步驟b中所述除塵灰主要成分為固定碳:82?85%，灰分:13?16%，揮發分:<3%。
[0012]其中，上述高爐渣還原方法中，步驟b中所述除塵灰的水分含量為<2%。
[0013]其中，上述高爐渣還原方法中，步驟b中所述除塵灰的粒度為:0?0.15mm為O?35%，0.15?Imm為55?100%，lmm以上為O?10%。
[0014]本發明的有益效果為:本發明采用了煉焦工藝除塵灰作為高溫碳化還原高鈦型高爐渣的原料，其固定碳含量較高，在82?85%，保證了還原劑的反應活性；同時該工藝除塵灰粒度大部分為小于1mm，既保證了碳化反應動力學條件，又很好地控制了因還原劑過細在加入過程中造成的大量損失，提高了還原劑的利用率。除塵灰原料易得，且不用粉碎，有效的節約了成本，簡化了操作步驟。另外，本發明采用熱態高爐渣入爐方式，有效利用了液態高爐渣自身的顯熱，降低了升溫過程電耗;采用除塵灰連續入爐的方式，保證了碳化過程及時、充分發生，縮短了除塵灰入爐時間，提高了電爐的熱利用效率;同時，出爐階段采用斷電出渣方式，相比現有技術中采用出完渣后再斷電提電極的方式，既保證了出渣過程的安全，改善了冶煉環境，也減少了冶煉送電時間，降低冶煉電耗。
【具體實施方式】
[0015]本發明提供了一種高爐渣還原方法，包括以下步驟:
[0016]a、熱渣入爐:將溫度為1250?1350°C的熱態高爐渣傾倒至碳化電爐內，升溫至1530?1580 °C ;
[0017]b、連續加料:將煉焦工藝除塵灰加入電爐中，加料速度為40?60kg/min，加入除塵灰的量為高爐渣重量的18?22% ;
[0018]C、斷電出渣:加料完成后冶煉0.5?Ih直至終點，斷電出渣。
[0019]其中，上述高爐渣還原方法中，步驟a中所述高爐渣為高鈦型高爐渣，其主要成分為:T12:20?23%，Si02:23?27%，Al203:13?17%，CaO:25?28%，Mg0:6.5?8.5%，V205:
0.2?0.4%，FeO:l?
[0020]其中，上述高爐渣還原方法中，步驟b中所述除塵灰主要成分為固定碳:82?85%，灰分:13?16%，揮發分:<3%。
[0021]煉焦工藝除塵灰作為煉焦工藝的副產品，價格相對低廉，同時，其粒度分布決定了其不需要經過破碎處理即能在高溫冶煉過程中起到很好的碳化效果，因此本發明創造性的將其用來還原高鈦型高爐渣，既節約了生產成本，減少了操作步驟，還可以大量消耗煉焦工藝除塵灰，促進廢舊回收物的再利用，有效保護了環境。
[0022]本發明中，除塵灰水分含量過高容易在下料口處造成堵料，導致生產不能順行;另外水與加入到電爐中的碳在高溫下反應，不僅要消耗一部分還原劑，使其利用率降低，還會由于反應及蒸發吸熱等原因增加冶煉電耗，因此，本發明步驟b中所述除塵灰的水分含量控制為<2%。
[0023]本發明中，還原劑粒度過大，擴散將成為反應的關鍵控速環節，會極大地阻礙其與熔渣中的T12接觸，減緩碳化反應速率，增加冶煉時間；還原劑粒度過細，會造成還原劑被除塵系統抽走或在熔池表面大量燒損，降低還原劑的利用率。為了平衡兩方面的影響，本發明步驟b中所述除塵灰的粒度為:0?0.15mm為O?35%，0.15?Imm為55?100%，Imm以上為O ?10%。
[0024]本發明步驟c中加完料后一般0.5?Ih后出渣，具體的終點判斷有以下三點:一是觀察到熔池液面有明顯下降；二是檔位不變時三相電流有明顯上升;三是熔池溫度已經達到1600°C以上。當上述條件滿足時，快速打開爐口后斷電出爐得碳化渣。
[0025]本發明方法中采用連續加料的方式，相比現有技術的混合料入爐、冶煉過程還原劑分批次加入等方式，實現了生產的連續穩定，為高爐渣高溫碳化工藝的工業推廣甚至規模生產提供了有力的保障;此外，本發明還采用了斷電出渣的方式，該方式降低了電耗，同時減少了出渣過程中的大量煙塵，且不會產生因爐內渣量減少而出現的開弧聲，極大地改善了冶煉生產環境。
[0026]總體而言，本發明的碳質還原劑及其在高溫碳化中的應用不僅很好地加強了碳化反應的動力學條件，縮短了碳化反應時間，同時完成了高爐渣高溫碳化連續穩定生產，改善了冶煉環境，降低了綜合冶煉成本，為高爐渣提鈦工藝的規模化生產提供了一條經濟的工藝路線，進一步加強了攀西釩鈦磁鐵礦資源綜合利用效率。
[0027]下面結合實施例對本發明的【具體實施方式】做進一步的描述，并不因此將本發明限制在所述的實施例范圍之中。
[0028]實施例1用本發明還原劑還原高鈦型高爐渣
[0029]熱裝高鈦型高爐渣24噸，高爐渣入爐溫度1295 °C，T12含量22.05%,加熱升溫至1550 °C (或爐內形成完全流動性熔池)ο配加煉焦工藝除塵灰4690kg，固定碳含量82.42%,灰分含量14.52% ,揮發分含量2.65%, > Imm含量9.62 %且〈0.15mm含量33.16%,控制皮帶下料速度為40?60kg/min，連續下料過程中不斷調整速度，以控制爐內泡沫渣高度，加料完成后持續冶煉32min，觀察液面開始明顯下降，同時爐渣溫度大于1600°C時快速開渣口，完成開口后斷電出渣。該碳化還原過程冶煉送電時間2小時34分鐘，冶煉高鈦型高爐渣平均噸渣電耗831 kWh，碳化率達到94.4 %。
[0030]實施例2用本發明還原劑還原高鈦型高爐渣
[0031]熱裝高鈦型高爐渣21.7噸，高爐渣入爐溫度1308°(:，1^02含量21.88%，加熱升溫至1548 °C(或爐內形成完全流動性熔池)。配加煉焦工藝除塵灰4200kg，固定碳含量84.27%，灰分含量 13.72%，揮發分含量 1.77%，>lmm含量8.78%且〈0.15mm含量34.32%，控制皮帶下料速度為40?60kg/min，連續下料過程中不斷調整速度，以控制爐內泡沫渣高度，加料完成后持續冶煉37min，觀察液面開始明顯下降，同時測得爐渣溫度達到1650°C時快速開渣口，完成開口后斷電出渣。該碳化還原過程冶煉送電時間2小時30分鐘，冶煉高鈦型高爐渣噸渣電耗875kWh，碳化率達到92.51 %。
[0032]對比例3用粒度不在本發明范圍內的除塵灰還原高鈦型高爐渣
[0033]熱裝高鈦型高爐渣21.0噸，高爐渣入爐溫度1289°(:，1^02含量22.13%，加熱升溫至1566 °C(或爐內形成完全流動性熔池)。配加煉焦工藝除塵灰4120kg，固定碳含量85.60%，灰分含量 12.90%，揮發分含量 1.36%，>1_含量37.78%，〈0.15mm含量 16.84%，控制皮帶下料速度為40?60kg/min，加料完成后持續冶煉84min，爐內泡沫渣開始消退，測得爐渣溫度為1657°C，迅速開渣口，6min后出渣結束并斷電。該碳化還原過程冶煉送電時間3小時15分鐘，冶煉高鈦型高爐渣噸渣電耗1070kWh，碳化率84.48%。
[0034]對比例4用無煙煤還原劑還原高鈦型高爐渣
[0035]熱裝高鈦型高爐渣19.6噸，高爐渣入爐溫度1306°(:，1^02含量21.93%，加熱升溫至1555°C(或爐內形成完全流動性熔池)。配加無煙煤4550kg，固定碳含量73.75%，灰分含量12.12%，揮發分含量14.13%，>lmm含量9.45%，〈0.15mm含量16.86%，控制皮帶下料速度為40?60kg/min，加料完成后持續冶煉102min，爐內泡沫渣開始消退，測得爐渣溫度為16890C，迅速開渣口，待爐內熔渣流出時斷電直至出渣完畢。該碳化還原過程冶煉送電時間3小時46分鐘，冶煉高鈦型高爐渣噸渣電耗1278kWh，碳化率87.28%。
[0036]對比例5分批次加入還原劑還原高鈦型高爐渣
[0037]熱裝高鈦型高爐渣20.1噸，高爐渣入爐溫度1295°C，Ti02含量22.38%,加熱升溫至1548 °C(或爐內形成完全流動性熔池)。用下料斗加入第一批煉焦除塵灰1300kg，冶煉30分鐘后加入第二批煉焦工藝除塵灰1350kg，冶煉30分鐘后加入第三批煉焦工藝除塵灰1350kg，共加入4000kg，除塵灰固定碳含量84.29%,灰分含量14.29%,揮發分含量1.42%,>Imm含量8.60%，〈0.15mm含量32.25%。加料完成后持續冶煉65min，爐內泡沫渣開始消退，測得爐渣溫度為1640°C，迅速開渣口，待有熔渣流出時斷電出渣。該碳化還原過程冶煉送電時間3小時2分鐘，冶煉高鈦型高爐渣噸渣電耗1162kWh，碳化率87.35%。
[0038]對比例6不采用斷電出渣的方式還原高鈦型高爐渣
[0039]熱裝高鈦型高爐渣21.5噸，高爐渣入爐溫度1311°(:，1^02含量21.55%，加熱升溫至1560 °C(或爐內形成完全流動性熔池)。配加煉焦工藝除塵灰4250kg，固定碳含量84.23%，灰分含量 13.54%，揮發分含量 1.23%，>lmm含量9.05%且〈0.15mm含量31.19%，控制皮帶下料速度為40?60kg/min，連續下料過程中不斷調整速度，以控制爐內泡沫渣高度，加料完成后持續冶煉28min，觀察液面開始明顯下降，同時爐渣溫度大于1625°C時快速開渣口，Smin后爐內碳化渣出完并斷電。該碳化還原過程冶煉送電時間2小時48分鐘，冶煉高鈦型高爐渣噸渣電耗902kWh，高爐渣碳化率92.8%。
[0040]通過實施例和對比例可知，本發明通過使用除塵灰作為碳質還原劑、連續加料和斷電出渣等方式，減少了高爐渣還原過程中的電耗，碳化率得到提高，且過程操作簡單，為高爐渣的還原提供了一種能耗低、生產成本低、操作簡便的新方法。
【主權項】
1.一種高爐渣還原方法，其特征在于，包括以下步驟: a、熱渣入爐:將溫度為1250?1350°C的高爐渣傾倒至碳化電爐內，升溫至1530?1580°C； b、連續加料:將煉焦工藝除塵灰加入電爐中，加料速度為40?60kg/min，加入除塵灰的量為高爐渣重量的18?22% ; c、斷電出渣:加料完成后冶煉0.5?Ih直至終點，斷電出渣。2.根據權利要求1所述的高爐渣還原方法，其特征在于:步驟a中所述高爐渣為高鈦型高爐渣，其主要成分為:T12:20?23%，S12:23?27% ,Al2O3:13?17%，CaO: 25?28%，Mg0:6.5?8.5%，ν205:0.2?0.4%，Fe0:l?2%o3.根據權利要求1或2所述的高爐渣還原方法，其特征在于:步驟b中所述除塵灰主要成分為固定碳:82?85%，灰分:13?16%，揮發分:<3%。4.根據權利要求1?3任一項所述的高爐渣還原方法，其特征在于:步驟b中所述除塵灰的水分含量為<2%。5.根據權利要求1?4任一項所述的高爐渣還原方法，其特征在于:步驟b中所述除塵灰的粒度為:0?0.15mm為O?35% ,0.15?Imm為55?100%，lmm以上為O?10%。
【文檔編號】C21B3/04GK105950804SQ201610565452
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年7月18日
【發明人】王唐林, 齊建玲, 程曉哲, 黃家旭, 趙青娥, 王東升, 李良
【申請人】攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司