[12]发明专利申请公布说明书
[21]申请号200810213018.4
[51]Int.CI.
C21C 5/54 (2006.01)
[43]公开日2009年1月21日[22]申请日2008.08.20[21]申请号200810213018.4
[71]申请人攀钢集团钛业有限责任公司
地址617064四川省攀枝花市建设路1号[72]发明人孟长春 黄北卫 王亚夫 张连和 秦兴华
黄兴建 罗维 姜方新 马勇 吴相权 刘峰 符凯军 陈永明 刘守国
[11]公开号CN 101348845A
[74]专利代理机构北京铭硕知识产权代理有限公司
代理人韩明星 谭昌驰
权利要求书 3 页 说明书 6 页
[54]发明名称
电炉冶炼钛渣的方法
[57]摘要
本发明提供了一种电炉冶炼钛渣的方法，该方法包括以下步骤：将钛铁矿和还原剂混合来配制炉料；将炉料加入电炉；冶炼钛渣，冶炼过程中电炉的功率为12MV·A～30MV·A；出渣，出铁。
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权 利 要 求 书
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1、一种电炉冶炼钛渣的方法，其特征在于包括以下步骤： 将钛铁矿和还原剂混合来配制炉料； 将炉料加入电炉；
冶炼钛渣，冶炼过程中电炉的功率为12MV·A～30MV·A； 出渣，出铁。
2、如权利要求1所述的电炉冶炼钛渣的方法，其特征在于，钛铁矿中TiO2的重量含量大于等于44％，还原剂的含碳量大于等于80％并且还原剂为焦炭、无烟煤、石油焦中的一种，炉料的配碳比为5％～20％，电炉中加入的一炉次炉料的总重量为120吨～180吨，所述配碳比为炉料中还原剂与钛铁矿的重量比。
3、如权利要求2所述的电炉冶炼钛渣的方法，其特征在于，将配制炉料和加入炉料的步骤执行多批次。
4、如权利要求3所述的电炉冶炼钛渣的方法，其特征在于，将配制炉料和加入炉料的步骤执行3批次～6批次。
5、如权利要求4所述的电炉冶炼钛渣的方法，其特征在于，将配制炉料和加入炉料的步骤执行3批次～6批次并进行冶炼的步骤包括：将前一批次配制的炉料加入电炉进行冶炼；在电炉中形成大熔池之后，对钛渣进行取样操作，根据取样结果来确定后一批次配料的配碳比，然后配制后一批次炉料并加入后一批次炉料。
6、如权利要求5所述的电炉冶炼钛渣的方法，其特征在于，当通过取样操作测定得到钛渣中TiO2的含量小于预定含量时，提高后一批次炉料的配碳比；当通过取样操作测定得到钛渣中TiO2的含量高于预定含量时，降低后一批次炉料的配碳比，所述预定含量在72％～85％的范围内。
7、如权利要求6所述的电炉冶炼钛渣的方法，其特征在于，在将配制炉料和加入炉料的步骤执行3批次的情况下，第一批次炉料占总加料量的50％～60％，第二批次炉料占总加料量的20％～30％，第三批次炉料占总加料量的10％～20％。
8、如权利要求6所述的电炉冶炼钛渣的方法，其特征在于，在将配制炉料和加入炉料的步骤执行4批次的情况下，第一批次炉料占总加料量的
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40％～50％，第二批次炉料占总加料量的20％～30％，第三批次炉料占总加料量的10％～20％，第四批次炉料占总加料量的5％～15％。
9、如权利要求6所述的电炉冶炼钛渣的方法，其特征在于，在将配制炉料和加入炉料的步骤执行5批次的情况下，第一批次炉料占总加料量的40％～50％，第二批次炉料占总加料量的20％～30％，第三批次炉料占总加料量的10％～20％，第四批次炉料占总加料量的5％～15％，第五批次炉料占总加料量的5％～10％。
10、如权利要求6所述的电炉冶炼钛渣的方法，其特征在于，在将配制炉料和加入炉料的步骤执行6批次的情况下，第一批炉次料占总加料量的40％～50％，第二批次炉料占总加料量的15％～25％，第三批次炉料占总加料量的8％～15％，第四批次炉料占总加料量的5％～10％，第五批次炉料占总加料量的5％～8％，第六批次炉料占总加料量的3％～5％。
11、如权利要求6所述的电炉冶炼钛渣的方法，其特征在于，每批次配制炉料和加入炉料的过程包括：配制第一种炉料和第二种炉料，在每批次加入炉料时同时将第一种炉料和第二种炉料分别加到电炉内的中心加料点和边缘加料点，其中，每批次配制的炉料的第一种炉料的重量占同批次加料总重量的5％～20％，每批次配制的炉料的第一种炉料的配碳比低于同批次配制的炉料的第二种炉料的配碳比。
12、如权利要求11所述的电炉冶炼钛渣的方法，其特征在于，每批次配制的炉料的第一种炉料的配碳比为5％～10％，同批次配制的炉料的第二种炉料的配碳比为10％～20％。
13、如权利要求1所述的电炉冶炼钛渣的方法，其特征在于，冶炼过程中保持钛渣的温度为1600℃～1800℃，采用自焙电极或石墨电极输送功率，电极工作端的长度为1.8m～2.5m，电极电流控制在25000A～45000A，电极电压控制在300V～400V，冶炼过程中炉内的相对气压控制在5Pa～-10Pa。 14、如权利要求2所述的电炉冶炼钛渣的方法，其特征在于，所述电炉冶炼钛渣的方法还包括在冶炼过程中执行维护挂渣层的操作。
15、如权利要求14所述的电炉冶炼钛渣的方法，其特征在于，执行维护挂渣层的操作包括：在每批次加入的炉料全部熔化形成大熔池后或整炉的炉料全部加完形成大熔池后，向电炉的中心加料点加入50kg～200kg还原剂，或从炉门口加入50kg～200kg还原剂，控制铁水上方的渣层的温度为1700℃
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～1800℃，渣层中FeO的含量为5％～10％，使得电炉的挂渣层厚度维持在600mm～1200mm，其中，所述炉门口位于炉墙的正对电极并与电极相隔一定距离的位置。
16、如权利要求2所述的电炉冶炼钛渣的方法，其特征在于，冶炼钛渣的步骤还包括进行终点判断与控制的操作。
17、如权利要求16所述的电炉冶炼钛渣的方法，其特征在于，终点判断与控制的操作包括：在冶炼过程中，当单位为MW的电炉总功耗在数值上为整炉炉料吨数的1倍～1.4倍时，通过对钛渣进行取样并快速化验来判断钛渣中的TiO2是否达到预定含量，如果没有达到预定含量，则从料仓单独加入0.5吨～5吨钛铁矿和/或0.2吨～1吨还原剂，调整钛渣达到预定含量，所述预定含量在72％～85％的范围内。
18、如权利要求17所述的电炉冶炼钛渣的方法，其特征在于，在钛渣达到预定含量后并在钛渣层的温度为1600℃～1800℃的情况下，出渣，出铁。
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说 明 书电炉冶炼钛渣的方法
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技术领域
本发明涉及一种电炉冶炼钛渣的方法，更具体地讲，涉及一种采用大功率电炉冶炼钛渣的方法。背景技术
电炉法冶炼钛渣，是用还原剂(如无烟煤、石油焦、焦炭等)对钛铁矿进行选择还原以去除大部分铁，使钛入渣富集并使铁成铁水，从而产得钛渣和生铁(半钢)两种产品。该法的生产工艺简单，成熟，流程短，效率高，所产铁能直接利用，不产生固体和液体废料，电炉产生的热量和煤气可以回收利用，对环境无污染，钛渣产品又具有特殊的工艺性能而为其它的富钛料所不及。
现有技术的小功率(1MV·A～10MV·A)电炉冶炼钛渣的工艺存在很多缺点，例如电炉规模小、炉况波动大、劳动强度大、自动化水平低、消耗高、成本高、污染严重、电炉使用寿命短等。发明内容
本发明通过提供一种电炉冶炼钛渣的方法，克服了上述技术问题中的一个或多个，该方法包括以下步骤：将钛铁矿和还原剂混合来配制炉料；将炉料加入电炉；冶炼钛渣，冶炼过程中电炉的功率为12MV·A～30MV·A；出渣，出铁。
钛铁矿中TiO2的重量含量可大于等于44％，还原剂的含碳量可大于等于80％并且还原剂可以是焦炭、无烟煤、石油焦中的一种，炉料的配碳比为5％～20％，电炉中加入的一炉次炉料的总重量为120吨～180吨，所述配碳比为炉料中还原剂与钛铁矿的重量比。
可将配制炉料和加入炉料的步骤执行多批次，优选地，执行3批次～6批次。
将配制炉料和加入炉料的步骤执行3批次～6批次并进行冶炼的步骤可包
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括：将前一批次配制的炉料加入电炉进行冶炼；在电炉中形成大熔池之后，对钛渣进行取样操作，根据取样结果来确定后一批次配料的配碳比，然后配制后一批次炉料并加入后一批次炉料。当通过取样操作测定得到钛渣中TiO2的含量小于预定含量时，可提高后一批次炉料的配碳比；当通过取样操作测定得到钛渣中TiO2的含量高于预定含量时，可降低后一批次炉料的配碳比，所述预定含量在72％～85％的范围内。
每批次配制炉料和加入炉料的过程可包括：配制第一种炉料和第二种炉料，在每批次加入炉料时同时将第一种炉料和第二种炉料分别加到电炉内的中心加料点和边缘加料点，其中，每批次配制的炉料的第一种炉料的重量占同批次加料总重量的5％～20％，每批次配制的炉料的第一种炉料的配碳比低于同批次配制的炉料的第二种炉料的配碳比，例如，每批次配制的炉料的第一种炉料的配碳比为5％～10％，同批次配制的炉料的第二种炉料的配碳比为10％～20％。
冶炼过程中可保持钛渣的温度为1600℃～1800℃，可采用自焙电极或石墨电极输送功率，电极工作端的长度可为1.8m～2.5m，电极电流可控制在25000A～45000A，电极电压可控制在300V～400V，冶炼过程中炉内的相对气压可控制在5Pa～-10Pa。
根据本发明的冶炼钛渣的方法还可包括在冶炼过程中执行维护挂渣层的操作。具体地讲，在每批次加入的炉料全部熔化形成大熔池后或整炉的炉料全部加完形成大熔池后，向电炉的中心加料点加入50kg～200kg还原剂，或从炉门口加入50kg～200kg还原剂，控制铁水上方的渣层的温度为1700℃～1800℃，渣层中FeO的含量为5％～10％，使得电炉的挂渣层厚度维持在600mm～1200mm，其中，所述炉门口位于炉墙的正对电极并与电极相隔一定距离的位置。
冶炼钛渣的步骤还可包括进行终点判断与控制的操作。具体地讲，在冶炼过程中，当单位为MW的电炉总功耗在数值上为整炉炉料吨数的1倍～1.4倍时，通过对钛渣进行取样并快速化验来判断钛渣中的Ti02是否达到预定含量，如果没有达到预定含量，则从料仓单独加入0.5吨～5吨钛铁矿和/或0.2吨～1吨还原剂，调整钛渣达到预定含量，所述预定含量在72％～85％的范围内。在钛渣达到预定含量后并在钛渣层的温度为1600℃～1800℃的情况下，可出渣，出铁。
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根据本发明的电炉冶炼钛渣的方法具有以下优点：
(1)电炉功率大，实现了钛渣电炉的大型化，工人的劳动强度大幅度降低；
(2)冶炼过程中炉况稳定，基本不发生大翻渣、塌料等现象； (3)炉内能够维持适宜厚度的挂渣层，电炉使用寿命长，电炉热效率高； (4)冶炼时间短；
(5)钛渣品位波动小，质量稳定，钛渣冶炼成本低； (6)采用自焙电极和石墨电极均可实现钛渣冶炼生产； (7)不产生废气、废渣和废水，无环境污染。 具体实施方式
现在，将对根据本发明的电炉冶炼钛渣的方法进行详细描述。 根据本发明的电炉冶炼钛渣的方法包括以下步骤： (1)将钛铁矿和还原剂混合来配制炉料； (2)将炉料加入电炉；
(3)冶炼钛渣，其中，冶炼过程中电炉的功率为12MV·A～30MV·A； (4)出渣，出铁。
根据本发明的电炉冶炼钛渣的方法，钛铁矿为粉料，钛铁矿中TiO2的重量含量大于等于44％(优选地为44％～47％)，还原剂为颗粒状的焦炭、无烟煤、石油焦中的一种，还原剂的粒径为1mm～15mm且含碳量不低于80％。配料的步骤还可包括加入粉尘，所述粉尘为通过除尘系统产生的一级除灰尘，是钛铁矿和还原剂的混合物。电炉中加入的一炉次炉料的总重量为120吨～180吨。
根据本发明的电炉冶炼钛渣的方法，配制炉料和加入炉料的步骤可以执行3次～6次。具体地讲，按照5％～20％的配碳比(炉料中还原剂与钛铁矿的重量比)配制前一批次炉料，将前一批次配制的炉料加入电炉进行冶炼；在电炉中形成大熔池之后，对钛渣进行取样操作，根据取样结果来确定后一批次配料的配碳比，然后配制后一批次炉料并加入后一批次炉料。更具体地讲，当通过取样操作测定得到的钛渣品位(钛渣中TiO2的含量)小于预定品位时，提高后一批次炉料的配碳比；当通过取样操作测定得到的钛渣品位高于预定品位时，降低后一批次炉料的配碳比，每批次炉料的配碳比在5％～20％的范
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围内，所述预定品位例如在72％～85％的范围内。以上调整配碳比的操作主要根据操作经验和物料平衡计算来进行。因此，通过上述多批次配料和多批次加料的操作，有利于将钛渣的品位控制在预定范围内。
在分三次配料和加料的情况下，第一批炉料占总加料量的50％～60％，第二批炉料占总加料量的20％～30％，第三批炉料占总加料量的10％～20％。在分四次配料和加料的情况下，第一批炉料占总加料量的40％～50％，第二批炉料占总加料量的20％～30％，第三批炉料占总加料量的10％～20％，第四批炉料占总加料量的5％～15％。在分五次配料和加料的情况下，第一批炉料占总加料量的40％～50％，第二批炉料占总加料量的20％～30％，第三批炉料占总加料量的10％～20％，第四批炉料占总加料量的5％～15％，第五批炉料占总加料量的5％～10％。在分六次配料和加料的情况下，第一批炉料占总加料量的40％～50％，第二批炉料占总加料量的15％～25％，第三批炉料占总加料量的8％～15％，第四批炉料占总加料量的5％～10％，第五批炉料占总加料量的5％～8％，第六批炉料占总加料量的3％～5％。然而，在根据本发明的电炉冶炼钛渣的方法中，配料和加料的次数不限于此，例如配料和加料的次数可以多于六次。
在传统的冶炼方法中，通常采用一次全部加料的加料方式，因为炉料中的钛铁矿和还原剂在加入炉内过程中因比重不同导致下料速度不一致，所以在炉内会产生炉料偏析。根据本发明的电炉冶炼钛渣的方法通过多批次配料和加料，有效地防止炉内炉料的偏析。
此外，在传统的冶炼方法中，每炉次炉料的全部或者大部一次性加入炉内并形成较大的料堆，而具有较低软熔点的钛铁矿很容易在远离高温区的料堆处熔融、烧结，导致炉料不易自动下沉；一旦结壳突然塌陷，上部炉料跌入渣层，就会骤然增大渣内的还原反应，产生大量CO气体，使渣体产生强烈沸腾乃至喷溅(翻渣)，而且要一直持续到跌入炉料反应完毕才能恢复到平静状态；同时，强烈的沸腾又会使周围炉料更多地卷入，愈加助长沸腾强度和延长持续时间。引起塌料和翻渣的内因是钛渣自身的高涨饱性，而外因是炉料，如果渣层上不堆积炉料或料层薄而不产生塌陷，当然也就不存在炉料进入高温熔渣中反应而突发大量气体，没有了气源这个外因的作用也就不会出现大翻渣的现象。根据本发明的电炉冶炼钛渣的方法通过多批次(例如3批次～6批次)配料和加料，使渣层上方的炉料层比一次全部加料的炉料层薄
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甚至不堆积炉料，因此可以减少塌料、大翻渣的发生。
根据本发明的电炉冶炼钛渣的方法，每批次配料和加料的过程可包括配制第一种炉料和第二种炉料并在每批次加料时同时加入该批次的第一种炉料和第二种炉料，第一种炉料为将要加到电炉内的中心加料点的炉料，第二种炉料为将要加到电炉内的边缘加料点的炉料，第一种炉料的重量占该批次加料总重量的5％～20％，第一种炉料的配碳比低于第二种炉料的配碳比，例如，第一种炉料的配碳比为5％～10％，第二种炉料的配碳比为10％～20％。第一种炉料的配碳比低是为了加快炉料熔化速度，电炉中心快速形成大熔池，加强熔化后物料热传递的对流效果，降低冶炼电耗，缩短冶炼周期。第二种炉料的配碳比高是为了便于保护挂渣层，减少对电炉的炉墙的冲刷。 根据本发明的电炉冶炼钛渣的方法，所述电炉为密闭电炉，也可以采用半密闭电炉。在已经对电炉送电的情况下加入第一批炉料，冶炼过程中保持钛渣的温度为1600℃～1800℃，采用自焙电极或石墨电极输送功率，电极工作端的长度为1.8m～2.5m，送电功率为12MV·A～30MV·A(例如25.5MV·A)，电极电流控制在25000A～45000A，电极电压控制在300V～400V，其中，根据炉内送电难易及电极的质量状况，通过调整电流大小和/或电压等级来确保上述功率的输入，炉内的相对气压控制在5Pa～-10Pa。通过冶炼过程，钛铁矿中10％～30％的TiO2被还原为低价钛，钛铁矿中的Fe2O3被还原为FeO或金属铁。
钛渣在高温下有较强的化学活性，能腐蚀各种耐火材料，所以在冶炼之前通常对电炉进行挂渣操作，即在炉墙上形成挂渣层，挂渣层主要由难熔的低价氧化钛、碳化钛和氮化钛组成。然而，在冶炼过程中炉墙上的挂渣层不可避免地会损坏。因此，根据本发明的电炉冶炼钛渣的方法还可包括在冶炼过程中执行维护挂渣层的操作。具体地讲，在每次执行维护挂渣层的操作时，从中心加料管向电炉的中心加料点加入50kg～200kg还原剂，或从炉门口加入50kg～200kg还原剂，控制铁水上方的渣层的温度为1700℃～1800℃，渣层中FeO的含量为5％～10％，使得电炉的挂渣层厚度维持在600mm～1200mm。这里，所述炉门口位于炉墙的正对电极并与电极相隔一定距离的位置。 根据挂渣层的厚度来确定是否执行维护挂渣层的操作，即，如果挂渣层的厚度小于预定值，则执行维护挂渣层的操作，使挂渣层的厚度不小于预定值；如果挂渣层的厚度不小于所述预定值，则不需执行维护挂渣层的操作，
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所述预定值在600mm～1200mm的范围内。优选地，通过维护挂渣层的操作，使挂渣层的厚度在600mm～1200mm的范围内。在需要执行维护挂渣层的操作的情况下，该操作一般是在每批次加料全部熔化形成大熔池后进行，也可在整炉的炉料全部加完形成大熔池后进行。在需要执行维护挂渣层的操作的情况下，根据挂渣层损失的情况，所述维护挂渣层的操作在一个冶炼周期(即，冶炼一炉次的炉料)内可执行一次或者多次。
因此，根据本发明的电炉冶炼钛渣的方法，通过使第二种炉料的配碳比较高和/或在冶炼过程中执行维护挂渣层的操作，可以维持适宜厚度的挂渣层，从而延长电炉的使用寿命。
在冶炼的后期，进行终点判断与控制的操作。具体地讲，根据加入的炉料的总量来确定冶炼需要的功耗，例如在加入120吨炉料进行冶炼以生产品位为78％的钛渣的情况下，单位为MW的总功耗在数值上是以吨为单位的炉料总重量的1倍～1.4倍，即120MW～168MW。当已经输入所需的总功耗时，通过对钛渣进行取样并快速化验来判断钛渣是否达到预定品位，如果没有达到预定品位，则从料仓单独加入0.5吨～5吨钛铁矿和/或0.2吨～1吨还原剂，调整钛渣达到预定品位，所述预定品位例如在72％～85％的范围内。值得注意的是，终点判断与控制步骤中加入的钛铁矿和/或还原剂不算作前述的多批次加料中的一次加料。最后，当钛渣达到预定品位时结合钛渣层的温度(该温度控制在1600℃～1800℃)即可出渣、出铁，即从出渣口出渣并从出渣口下的出铁口出铁，铁水的含碳量为1％～3％。
因此，本发明采用大功率电炉冶炼钛渣，实现了钛渣电炉的大型化，工人的劳动强度大幅度降低。此外，在根据本发明的电炉冶炼钛渣的方法中，冶炼过程中炉况稳定，基本不发生大翻渣、塌料等现象；炉内维持适宜厚度的挂渣层，电炉使用寿命长，电炉热效率高；冶炼时间短；钛渣品位波动小，质量稳定，钛渣冶炼成本低；并且采用自焙电极或石墨电极均可实现钛渣冶炼生产，不产生废气、废渣和废水，无环境污染。
本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种变形和修改。
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