含钒钛铁矿直接还原及熔分方法和熔分电炉洗炉方法

摘要

本发明提供了一种含钒钛铁矿直接还原及熔分方法和熔分电炉洗炉方法。所述洗炉方法包括：将金属化球团与第一碳质还原剂加入熔分电炉，其中，金属化球团由转底炉直接还原含钒钛铁矿而得到；加热形成熔池；将转底炉板结物与第二碳质还原剂加入熔池，其中，转底炉板结物为转底炉长期直接还原含钒钛铁矿而板结于转底炉中的沉积物，转底炉板结物与金属化球团的质量配比为(0.8～4.5)∶1，第一碳质还原剂和第二碳质还原剂的加入量之和根据能够将转底炉板结物和金属化球团中含有的铁氧化物和钒氧化物还原为金属铁和金属钒来控制；出渣、出铁。本发明获得了良好的洗炉效果，而且有效地回收利用了转底炉板结物，优化了总体工艺。

权利要求

1.一种熔分电炉洗炉方法，其特征在于，所述熔分电炉洗炉方法包括以下步骤：将金属化球团与第一碳质还原剂加入熔分电炉，其中，金属化球团由转底炉直接还原含钒钛铁矿而得到；

加热形成熔池；

将转底炉板结物与第二碳质还原剂加入熔池，其中，转底炉板结物为转底炉多次直接还原含钒钛铁矿而板结于转底炉中的沉积物，转底炉板结物与金属化球团的质量配比为(0.8～4.5)：1，第一碳质还原剂和第二碳质还原剂的加入量之和根据能够将转底炉板结物和金属化球团中含有的铁氧化物和钒氧化物还原为金属铁和金属钒来控制，所述转底炉板结物的成分按重量计包括25～35份的FeO、10～20份的Fe2O3、0～10份的MFe、10～

15份的TiO2、以及不超过1份的残余C，其中，TFe占35～50份；

出渣、出铁。

2.根据权利要求1所述的熔分电炉洗炉方法，其特征在于，所述出渣步骤包括对熔池中的熔分渣进行取样，在熔分渣中V2O5＜0.5wt％的情况下，进行出渣操作。

3.根据权利要求1所述的熔分电炉洗炉方法，其特征在于，所述将金属化球团与第一碳质还原剂加入熔分电炉的步骤包括：将金属化球团和第一碳质还原剂交替分层铺设在熔分电炉内，并且最上面一层和熔分电炉的三相电极周围为碳质还原剂。

4.根据权利要求1所述的熔分电炉洗炉方法，其特征在于，所述将转底炉板结物与第二碳质还原剂加入熔池的步骤包括：将转底炉板结物与第二碳质还原剂分多个批次依次加入。

5.根据权利要求1所述的熔分电炉洗炉方法，其特征在于，所述熔分电炉洗炉方法将金属化球团和转底炉板结物的加入量之和控制为熔分电炉在正常熔分情况下单炉物料总量的30％～60％。

6.根据权利要求1所述的熔分电炉洗炉方法，其特征在于，所述转底炉板结物与金属化球团的质量配比为(1～3)：1。

7.根据权利要求1所述的熔分电炉洗炉方法，其特征在于，所述转底炉板结物中粒径在10～100mm的颗粒占转底炉板结物总量的85wt％以上。

8.一种含钒钛铁矿的直接还原及熔分方法，所述直接还原及熔分方法包括以下步骤：在转底炉中对由含钒钛铁矿和碳质还原剂形成的混合物或者由含钒钛铁矿、碳质还原剂和粘结剂形成的球团进行还原，得到金属化球团，转底炉在长期运行过程中在转底炉炉床上形成板结物；

在熔分电炉中对金属化球团进行熔分，得到含钛炉渣和含钒铁水，出渣、出铁；

使用转底炉板结物对熔分电炉进行洗炉，以去除累积在熔分电炉中的含钛炉渣以及沉积在炉底的渣铁，所述转底炉板结物的成分按重量计包括25～35份的FeO、10～20份的Fe2O3、0～10份的MFe、10～15份的TiO2、以及不超过1份的残余C，其中，TFe占35～50份。

9.根据权利要求8所述的含钒钛铁矿的直接还原及熔分方法，其特征在于，所述使用转底炉板结物对熔分电炉进行洗炉的步骤采用如权利要求1至7中任意一项所述的熔分电炉洗炉方法来进行。

说明书

含钒钛铁矿直接还原及熔分方法和熔分电炉洗炉方法

技术领域

[0001] 本发明涉及含钒钛铁矿的直接还原技术领域，具体来讲，涉及一种使用转底炉直接还原含钒钛铁矿而产生的板结物对金属化球团的熔分电炉进行洗炉的方法，以及一种包括熔分电炉洗炉方法的含钒钛铁矿直接还原及熔分方法。

背景技术

[0002] 我国攀西地区蕴藏着丰富的钒钛磁铁矿资源，目前，高炉-转炉流程仍是处理钒钛磁铁矿的主流方法，但随着社会的发展进步，此传统流程也面临着与日俱增的能源与环保压力，特别是对焦煤的依赖成为制约其发展的瓶颈问题。更为重要的是，高炉-转炉流程处理钒钛磁铁矿只能回收其中的铁和钒，而钛元素进入到高炉渣中，由于品位较低(高炉渣中TiO2含量22％～25％)，目前仍无有效方法加以利用，造成宝贵钛资源的浪费。

[0003] 为了提升钒钛磁铁矿的综合利用水平，攀钢依据自身特色资源优势，已形成资源综合利用中试线，该中试线用转底炉对钒钛磁铁矿进行直接还原，以熔分电炉对转底炉生产的金属化球团进行熔分和深还原，并配以脱硫、提钒、铸铁等工序，最终达到分离回收钒钛磁铁矿中铁、钒、钛的目的，此流程为全新工艺，为钒钛磁铁矿综合利用提供了一条全新之路。

[0004] 该转底炉直接还原工艺的主要流程如下：钒钛磁铁精矿、煤粉(还原剂)和粘结剂按一定比例混合均匀后经高压压球机压制成生球，生球团经干燥后给入转底炉，在高温条件下铁氧化物被还原从而得到具有一定金属化率(球团中金属铁与全铁的百分含量比值)的金属化球团。金属化球团热装进入熔分电炉，在熔分电炉中金属化球团熔化，渣、铁分离，钛进入炉渣形成含钛炉渣，钒进入铁水形成含钒铁水。含钛炉渣可按比例配加入硫酸法钛白的原料中制取钛白产品，含钒铁水经脱硫、提钒后再进行铸块处理。

[0005] 通常，熔分电炉在冶炼金属化球团时，采用渣铁分出的方式(例如，渣口在上、铁口在下)，以便获得纯度较高的含钛炉渣和含钒铁水。熔分电炉为周期性冶炼，存在炉次的概念，每一炉次包括布料、起弧供电、形成大熔池、分批加料、冶炼终点判定、出渣、出铁等多个步骤。在出渣过程中，不可避免地会有一部分渣子粘附在炉衬及炉底上。适当厚度的炉渣粘附在炉衬上对炉衬有保护作用，但渣层过厚则会影响后续冶炼熔池的形成和物料装入量。更重要的是，出铁过程中也会有部分铁沉积到炉底不能流出炉外，从而使得部分渣铁在炉底沉积，抬高炉底高度，若在后续炉次冶炼中得不到彻底熔化，将抬高熔池液面，严重时使得铁水从渣口流出，烧穿渣盘造成事故。

[0006] 因此，在每一炉次都尽量出净渣铁的情况下，还有必要对熔分电炉进行定期洗炉，以将沉积在炉内的渣铁熔化并排出炉外，为后续冶炼创造优良的设备条件。

发明内容

[0007] 本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。

[0008] 对于转底炉直接还原工艺而言，发明人经过观察和分析，发现：该工艺的生产实践中，转底炉会出现炉底板结上涨的现象，分析其原因是转底炉在排料(例如，由出料螺旋排料)时不能将布入炉内的物料排出的很干净、很彻底，尤其是物料中夹带粉料时，粉料更容易沉积而滞留在转底炉的炉床上，从而造成进入转底炉的部分球团以及部分粉料在高温条件下粘结成块，相连成片，而难以排出炉外，长此以往，致使板结料层厚度逐渐加厚，严重时妨碍正常的出料操作，故需要定期将板结物清出炉外。

[0009] 经化验分析，发明人发现：转底炉板结物的化学成分主要为铁氧化物、以及硅、钙、镁、铝以及钛等元素的氧化物，由于其金属化率很低(MFe含量一般低于10％)，并且，发明人经过试验发现，如果直接将转底炉板结物投入熔分电炉，容易发生溢渣，影响炉况顺行，同时，造成冶炼时间长、耗电量高，故不宜将大量板结物直接投入熔分电炉中冶炼；另外，如果将转底炉板结物当做废弃物处理外销，则会造成资源浪费。

[0010] 对于熔分电炉的沉积渣层，发明人经过分析发现其主要原因是由于钒钛矿金属化球团熔化后形成的熔分渣具有短渣性质，即在高温时，熔分渣的粘度较小，炉渣流动性好，但随着温度的降低会迅速凝固，即渣子凝固的温度区间较窄。

[0011] 因此，发明人基于转底炉板结物的特性和熔分电炉中沉积渣层的特性，提出了使用转底炉板结物对熔分电炉进行洗炉的技术方案。

[0012] 本发明的一方面提供了一种熔分电炉洗炉方法。所述熔分电炉洗炉方法包括以下步骤：将金属化球团与第一碳质还原剂加入熔分电炉，其中，金属化球团由转底炉直接还原含钒钛铁矿而得到；加热形成熔池；将转底炉板结物与第二碳质还原剂加入熔池，其中，转底炉板结物为转底炉多次直接还原含钒钛铁矿而板结于转底炉中的沉积物，转底炉板结物与金属化球团的质量配比为(0.8～4.5)∶1，第一碳质还原剂和第二碳质还原剂的加入量之和根据能够将转底炉板结物和金属化球团中含有的铁氧化物和钒氧化物还原为金属铁和金属钒来控制；出渣、出铁。

[0013] 本发明的另一方面提供了一种含钒钛铁矿的直接还原及熔分方法。所述直接还原及熔分方法包括以下步骤：在转底炉中对由含钒钛铁矿和碳质还原剂形成的混合物或者由含钒钛铁矿、碳质还原剂和粘结剂形成的球团进行还原，得到金属化球团，并在转底炉中形成转底炉板结物；在熔分电炉中对金属化球团进行熔分，得到含钛炉渣和含钒铁水，出渣、出铁；使用转底炉板结物对熔分电炉进行洗炉，以去除累积在熔分电炉中的含钛炉渣。

具体实施方式

[0014] 在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的含钒钛铁矿直接还原及熔分方法和熔分电炉洗炉方法。

[0015] 在本发明的一个示例性实施例中，熔分电炉洗炉方法可通过以下步骤来实现：将金属化球团与第一碳质还原剂加入熔分电炉，其中，金属化球团由转底炉直接还原含钒钛铁矿而得到；加热形成熔池；将转底炉板结物与第二碳质还原剂加入熔池，其中，转底炉板结物为转底炉长期直接还原含钒钛铁矿而板结于转底炉中的沉积物，转底炉板结物与金属化球团的质量配比为(0.8～4.5)∶1，优选为，(1～3)∶1，第一碳质还原剂和第二碳质还原剂的加入量之和根据能够将转底炉板结物和金属化球团中含有的铁氧化物和钒氧化物还原为金属铁和金属钒来控制；出渣、出铁。

[0016] 在上述示例性实施例中，为了使洗炉所得到的渣满足提钒要求，优选地，出渣步骤包括：对熔池中的熔分渣进行取样，并在熔分渣中V2O5＜0.5wt％的情况下，进行出渣操作。此外，在取样得到熔分渣中V2O5大于或等于0.5wt％的情况下，可向熔池中补加碳质还原剂。

[0017] 在上述示例性实施例中，转底炉板结物的成分按重量计包括25～35份的FeO、10～20份的Fe2O3、0～10份的MFe、10～15份的TiO2、以及不超过1份的残余C，其中，TFe占35～50份。然而，本发明不限于此，只要是转底炉直接还原含钒钛铁矿而形成的转底炉板结物均可。

[0018] 在上述示例性实施例中，优选地，将金属化球团与第一碳质还原剂加入熔分电炉的步骤可以为：将金属化球团和第一碳质还原剂交替分层铺设在熔分电炉内，并且最上面一层和熔分电炉的三相电极周围为碳质还原剂，这样有利于尽快形成熔池，从而有利于形成良好的洗炉条件、获得良好的洗炉效果，而且有利于节省电能、降低成本。

[0019] 在上述示例性实施例中，优选地，将转底炉板结物与第二碳质还原剂加入熔池的步骤可以为：将转底炉板结物与第二碳质还原剂分多个批次依次加入，这样有利于获得良好的反应条件，并能够避免因反应过于剧烈而引起的溢渣现象。

[0020] 在上述示例性实施例中，优选地，熔分电炉洗炉方法将金属化球团和转底炉板结物的加入量之和控制为熔分电炉在正常熔分情况下单炉物料总量的30％～60％。然而，本发明不限于此，金属化球团和转底炉板结物的加入量之和也可根据反应情况来控制。

[0021] 在上述示例性实施例中，优选地，所述转底炉板结物中粒径在10～100mm的颗粒占转底炉板结物总量的85wt％以上。然而，本发明不限于此，例如，尺寸大于200mm的大块转底炉板结物也可加入熔分电炉。

[0022] 本发明的另一个示例性实施例采用以下步骤来对熔分电炉进行洗炉，具体描述如下：

[0023] 1)在转底炉定期清理炉底时将板结物储存于料槽或料罐中备用。

[0024] 2)当熔分电炉需要洗炉时，将适量转底炉板结物转运至熔分电炉的部分料仓内备用，采用转底炉板结物配以一部分金属化球团(例如，金属化率80％左右)作为熔分电炉洗炉的炉料。

[0025] 3)洗炉过程物料(板结物+金属化球团)加入总量控制在正常生产单炉物料总量的30％～60％，以便于操作。

[0026] 4)铺底料采用金属化球团和碳质还原剂(例如，焦丁)，熔池形成后，分批加入转底炉板结物，每一批板结物加入的同时加入与之匹配的还原剂(焦丁)。例如，板结物和焦丁可分2～4次加入，以避免反应过于剧烈引起溢渣(炉渣上升甚至溢出炉外)。

[0027] 5)物料加完后10～20min内对熔分渣取样，若渣中V2O5＜0.5％时，则达到冶炼终点，开始出渣，出渣完成后出铁，若有残余的渣子可放入炉底的事故坑中。

[0028] 6)洗炉完成后，熔分电炉可正常使用，进入新的冶炼周期。

[0029] 下面结合具体示例来进一步说明本发明的示例性实施例。

[0030] 在本示例中，转底炉清理出的转底炉板结物(简称为板结物)的主要成分如表1所示。

[0031] 表1转底炉板结物的成分及含量/％

[0032]TFe FeO Fe2O3 MFe TiO2 C残
49.12 30.56 13.16 12.19 11.39 0.17

[0033] 清理出的板结物粒度10～100mm不等，存放于料槽中。

[0034] 熔分电炉单炉冶炼金属化球团装入量为36～40t，每常规冶炼15炉次后进行洗炉。

[0035] 熔分电炉设8个料仓，其中4个存放金属化球团，2个存放还原剂焦丁，剩余两个存放其他辅料备用。

[0036] 准备洗炉之前，不再继续往料仓中加入金属化球团，料仓中剩余的金属化球团约10t，球团金属化率78％。

[0037] 将10t金属化球团作为铺底料铺入炉内，根据球团成分计算其需要的还原剂焦丁量为600kg。焦丁和金属化球团分层布料，最终在铺底球团的表面铺一层焦丁，特别是三相电极周围形成焦丁层，以便起弧。

[0038] 将4料槽(每槽约2.5t，共计约10t)转底炉板结物转运至熔分炉盛装金属化球团的4个料仓内备用。其余盛装还原剂焦丁和其他辅料的料仓不做变化。

[0039] 起弧送电待炉内物料化完形成熔池后开始分批加入转底炉板结物，每次加入2t，2t板结物对应的焦丁理论加入量为270kg，分三次加入炉内。

[0040] 待加入的2t板结物完全熔化，以及对应的焦丁全部加入后，继续开展下一批次板结物及对应焦丁的加入，以此类推，直至将约10t的板结物全部加入炉内。

[0041] 炉料全部加完15min后测温取样，铁水温度1560℃，渣中V2O5含量0.51％，还原还未完全到位，加入200kg焦丁，继续冶炼30min后直接出渣，测试终渣的V2O5含量0.46％，满足生产要求。

[0042] 出渣、出铁完毕后，熔分炉可投入正常使用。

[0043] 经实践表明，本发明的洗炉方法具有良好的效果，其形成的炉渣氧化性适宜、透气性良好，而且炉渣粘度低、流动性好、冲刷作用强，而且还原反应过程能够造成一定的泡沫渣，这也能够活跃熔池，并强化对沉积渣铁的冲刷作用。

[0044] 根据本发明另一方面的含钒钛铁矿的直接还原及熔分方法包括以下步骤：在转底炉中对由含钒钛铁矿和碳质还原剂形成的混合物或者由含钒钛铁矿、碳质还原剂和粘结剂形成的球团进行还原，得到金属化球团，转底炉在长期运行过程中在转底炉炉床上形成板结物；在熔分电炉中对金属化球团进行熔分，得到含钛炉渣和含钒铁水，出渣、出铁；使用转底炉板结物对熔分电炉进行洗炉，以去除累积在熔分电炉中的含钛炉渣以及沉积在炉底的渣铁。这里，使用转底炉板结物对熔分电炉进行洗炉的步骤可采用如上所述的熔分电炉洗炉方法来进行。

[0045] 综上所述，本发明在分析转底炉板结物及熔分电炉的渣料特性的基础上，针对熔分电炉的特点，使用转底炉板结物和金属化球团作为熔分电炉的洗炉炉料，获得了良好的洗炉效果，而且有效地回收利用了转底炉板结物，可谓一举多得。此外，本发明的含钒钛铁矿直接还原及熔分方法实现了各物料(包括转底炉板结物、熔分电炉的沉积渣等)的内循环，优化了总体工艺。

[0046] 尽管上面已经结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清