CN101906498B

CN101906498B - 综合冶炼钒钛铁矿的方法

Info

Publication number: CN101906498B
Application number: CN2010102619431A
Authority: CN
Inventors: 杨雪峰; 卫修阳; 章祝雄; 朱锡森; 李轶; 赵红全; 温海滨
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Kunming Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Group Kunming Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2010-08-25
Filing date: 2010-08-25
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2030-08-25
Also published as: CN101906498A

Abstract

本发明提供一种综合冶炼钒钛铁矿的方法，即通过隧道窑直接还原法将100％钒钛铁矿直接还原成钒钛海绵铁，从根本上解决了现有高炉冶炼因不可能100％使用钒钛铁矿，而难于提高铁水含钒量，最终无法提取宝贵资源-钒的问题；在电炉冶炼钒钛海绵铁时，先通过还原气氛的控制，使渣中的V₂O₅还原进入钢中，而不易还原的Si、Al、Ti、Ca、Mg等元素的氧化物则随炉渣扒出，以获得高钛炉渣；再通过氧化吹炼，使钢水中的钒氧化进入渣中，从而提高渣中的V₂O₅含量，为后序的炉渣提钒提供保障，极大提高了钒的回收率及回收经济价值。又可生产出优质钢水，供开发高附加值钢种使用，使钒钛铁矿这一有用资源得到充分、有效、合理地利用。

Description

综合冶炼钒钛铁矿的方法

技术领域

本发明涉及一种钒钛铁矿的冶炼方法，尤其是一种综合冶炼钒钛铁矿的方法，属于钢铁冶炼技术领域。

技术背景

直接还原炼铁技术，是指铁矿石在低于熔化温度之下，还原成海绵铁的生产过程，它是未来炼铁技术的发展方向，也是国家产业政策鼓励和重点支持的重大技术创新项目之一。按照所使用的还原剂分类，可以将直接还原炼铁技术分为：以气体作为还原剂的气基法，和以煤作为还原剂的煤基法两大类。目前世界上超过80％的直接还原铁，都是用以气体作为还原剂的气基法而生产的，煤基还原铁的产量不到20％。气基直接还原工艺比较成熟，适合在富产天然气的国家和地区使用。煤基直接还原工艺发展相对滞后，适合在缺乏天然气，而煤炭储量丰富的国家和地区使用。中国天然气资源比较匮乏，因此以天然气作为还原剂的气基直接还原工艺不适合在中国推广使用，而应该结合我国的资源特点，开发利用具有自身特色的煤基直接还原铁工艺。

V、Ti铁矿是一种以Fe为主，同时伴生有Ti、V等多种稀有高价值金属的氧化矿，是国防和高科技产业发展所必须的战略物资。开展V、Ti铁矿资源的综合利用，就是要在有效提取利用其中Fe元素的同时，尽可能实现其伴生有益组分的合理利用。国内外多年的研究和生产实践证明，Fe、Ti的有效分离是V、Ti铁矿资源综合利用最关键的瓶颈技术，而实现V、Ti的有效回收利用，又是整个综合利用工艺能否获取效益的关键环节。目前对V、Ti铁矿资源进行综合开发利用的国家主要有南非、俄罗斯、新西兰和中国等，其中南非和新西兰采用的是回转窑一电炉工艺流程，主要回收Fe和V，电炉渣含30％左右的TiO₂，作为铺路或其它原料；俄罗斯和中国采用高炉一转炉工艺流程，只回收Fe与V，Ti暂时没有回收利用。

目前提钒的方法一般分为两大类，即火法和湿法。从含钒铁矿石中提钒大多采用火法。我国攀钢多年来是用含钒钛的磁铁矿经高炉炼成含钒铁水，铁水经氧气顶吹转炉吹炼使钒进入渣中，倒出含钒炉渣后，再用所谓“半钢”进行炼钢，这种高炉冶炼方法目前仅能使用57％的钒钛磁铁矿，不可能做到100％使用，因此铁水中的钒含量也就受到限制。同时用这种方法获得的铁水进行炼钢时，铁水中的Si、Mn、P及少量钛会首先与添加剂发生氧反应生成各种氧化物而进入炉渣中，当钒被氧化而生成V₂O₅进入炉渣时，必然被上述各种元素的氧化物所稀释，导致转炉提钒的钒渣中V₂O₅含量不可能很高，从而影响钒的回收率及经济效益。

发明内容

针对现有高炉-转炉工艺流程存在的因不能100％使用钒钛磁铁矿冶炼，最终导致转炉钒渣中V₂O₅含量不高，影响钒的回收率及经济效益等问题，本发明提供一种能100％使用钒钛磁铁矿，并提高钒的回收率的综合冶炼方法。

本发明通过下列技术方案实现：一种综合冶炼钒钛铁矿的方法，其特征在于经过下列步骤：

A、将100％钒钛铁矿采用常规内配碳隧道窑直接还原工艺还原成钒钛海绵铁；

B、将A步骤的钒钛海绵铁加入常规电炉中，按钒钛海绵铁中的SiO₂的质量含量计，加入造渣剂至CaO/SiO₂＝0.8～1.3的质量比，按常规加热，使钒钛海绵铁熔化而分离出渣与铁，以让钒进入渣中；

C、当熔池温度≥1450℃时，按钒钛海绵铁质量的1～1.5％的量，将还原剂加入电炉中，使炉内形成还原气氛，还原至渣中FeO≤0.5％时，使渣中的钒还原出来进入钢水中，而不易还原的Si、Al、Ti、Ca、Mg元素的氧化物仍在渣中，出渣，得高钛渣；

D、当熔池温度≥1500℃时，按常规向电炉内吹氧，搅动熔池钢液，并控制熔池温度为1500～1560℃，吹氧熔炼至钢中V≤0.05％时，停止吹氧，使钢中钒氧化成V₂O₅进入渣中，出渣得高钒渣；

E、在电炉中按常规加入造渣剂至炉渣碱度CaO/SiO₂为1.8时，继续加热、吹氧升温至1630～1660℃，完成造渣、脱P后，出钢，在炉内留下总钢水质量的15～30％的钢水，以利下一炉的正常冶炼。

所述A步骤的直接还原法为常规的隧道窑直接还原法，具体是：将100％钒钛铁矿，按常规量与碳粉混合后，平铺在台车上，送入隧道窑中，按常规升温加热至直接还原出钒钛海绵铁，其中，所述碳粉优选焦炭粉或煤粉。

所述还原剂为S≤0.4％质量比的焦炭或废电极。

所述B步骤的造渣剂优选常规的生石灰粉。

所述B步骤的钒钛海绵铁的熔化采用连续加料熔炼，或者分2-4次加料分步熔炼，其中分次分步加料熔炼是：先向电炉中加入总炉料量的1/2～1/3的炉料，按常规通电加热、吹氧助熔至炉内钒钛海绵铁熔化率达到80％以上时，再向电炉中加入总炉料量的1/2～1/3的炉料，继续加热、吹氧助熔至炉内钒钛海绵铁熔化率达到80％以上，最后将剩余的炉料加入炉中，继续加热、吹氧助熔至炉内钒钛海绵铁全部熔化。

所述D步骤的控制熔池温度为1500～1560℃是：在电炉中加入降温用的废钢来完成调控的。

所述C步骤的高钛渣、D步骤的高钒渣分别回收后，即按常规技术分别提取其中的钛和钒。

本发明的技术关键在于：

A、在电炉冶炼中，为克服隧道窑直接还原铁含碳低，熔化困难的问题，采用直接还原铁内配碳工艺，熔化过程中提高钒元素的还原效率，有效降低直接还原铁熔点和提高吹氧助熔效率，加快了熔化速度。

B、由于钒钛海绵铁是固态还原，在还原失氧后产生较多气孔，密度较低，直接使用入炉体积和密度均不利于冶炼工艺的正常进行，须采用连续加料连续熔化方式，加快直接还原铁的熔化、钒元素的还原。

C、在熔化过程中配入适量还原剂，增强炉内还原气氛，使渣中V₂O₅还原成钒进入钢水中，而钛则留在渣中以氧化钛形式扒出，提高钛的回收率和回收经济价值。

D、在扒除钛渣后的钢水中吹氧，使钢水中的钒氧化成氧化物V₂O₅进入渣中，从而获得含钒较高的高钒渣，提高钒的回收率和回收经济价值，不仅实现了钒、钛的分离，实现了钒与其它金属、非金属氧化物的分离。

本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：采用上述方案，即通过隧道窑直接还原法将100％钒钛铁矿直接还原成钒钛海绵铁，从根本上解决了现有高炉冶炼因不可能100％使用钒钛铁矿，而难于提高铁水含钒量，最终无法提取宝贵资源-钒的问题；在电炉冶炼钒钛海绵铁时，先通过还原气氛的控制，使渣中的V₂O₅还原进入钢中，而不易还原的Si、Al、Ti、Ca、Mg等元素的氧化物则随炉渣扒出，以获得高钛炉渣，同时有效避免渣中这些成分氧化物对钒的稀释、污染作用；再通过氧化吹炼，使钢水中的钒氧化进入渣中，从而提高渣中的V₂O₅含量，为后序的炉渣提钒提供保障，极大提高了钒的回收率及回收经济价值。同时分离高钛、高钒渣后，又可生产出优质钢水，供开发高附加值钢种使用，创造良好的经济效益，并使钒钛铁矿这一有用资源得到充分、有效、合理地利用。本发明有效克服直接还原铁TFe低、杂质含量高带来的难熔化、渣量大、电耗高等不足，实现100％直接还原铁电炉短流程炼钢工艺，有助于直接还原炼铁技术的推广。不但有利于实现钒钛铁矿的有效利用，同时也可用于冶炼其它含铁原料，并可向不具备实施传统钢铁流程条件的地区输出短流程非高炉炼铁技术，带动该区域经济的发展。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。

实施例1

本发明提供的综合冶炼钒钛铁矿的方法，经过下列步骤：

A、以TFe含量为67.14％、SiO₂含量为2.29％、V₂O₅含量为0.32％、TiO₂含量为1.62％的钒钛铁精矿为原料，并配入质量比为33％的煤粉，以及质量比为13％的生石灰粉，混匀装罐后放置于台车上，送入隧道窑中，按常规加热升温至1100～1150℃直接还原出钒钛海绵铁，还原出的钒钛海绵铁质量成分为：TFe：73.44％，SiO₂：6.43％，C：4.37％，V₂O₅：0.27％，TiO₂：4.59％金属化率为93.04％；

B、利用3吨电炉冶炼10吨A步骤的钒钛海绵铁，按分四次加料分步熔炼方式冶炼，同时按钒钛海绵铁中的SiO₂的质量含量计，加入造渣剂生石灰粉至炉渣碱度为CaO/SiO₂＝0.8，其中，首次加入的炉料为总炉料量的1/4(2.5吨)，按常规通电加热、吹氧助熔至炉内钒钛海绵铁熔化率达到80％以上时，二次加料，加入的炉料为总炉料量的1/4(2.5吨)，按常规通电加热、吹氧助熔至炉内钒钛海绵铁熔化率达到80％以上时，三次加料，加入的炉料为总炉料量的1/4(2.5吨)，按常规通电加热、吹氧助熔至炉内钒钛海绵铁熔化率达到80％以上时，将剩余1/4(2.5吨)的炉料加入炉中，继续加热、吹氧助熔至炉内钒钛海绵铁全部熔化，从而分离出渣与铁，以让钒进入渣中；

C、当熔池温度≥1450℃时，按钒钛海绵铁质量的1.5％的量，将还原剂——S≤0.4％质量比的焦炭粉150kg加入电炉中，使炉内形成还原气氛，还原至渣中FeO≤0.5％时，使渣中的钒还原出来进入钢水中，而不易还原的Si、Al、Ti、Ca、Mg元素的氧化物仍在渣中，出渣得品位为5.84％的钛渣；

D、当熔池温度≥1500℃时，按常规向电炉内吹氧，搅动熔池钢液，并加入降温用的废钢，以控制熔池温度为1540℃，吹氧熔炼至渣中V≤0.05％时，停止吹氧，使钢中钒氧化成V₂O₅进入渣中，出渣得品位为7.37％的钒渣；

E、在电炉中按常规加入造渣剂石灰至炉渣碱度CaO/SiO₂为1.8时，继续加热、吹氧升温至1630℃，完成造渣、脱P后，得合格的Q235粗钢水，按常规还原精炼后出钢，在炉内留下1.5吨钢水，以利下一炉的正常冶炼；

F、分别回收C步骤的高钛渣、D步骤的高钒渣后，即按常规技术分别提取其中的钛和钒。

实施例2

本发明提供的综合冶炼钒钛铁矿的方法，经过下列步骤：

A、以TFe含量为60.84％、SiO₂含量为2.96％、V₂O₅含量为0.85％、TiO₂含量为5.38％的钒钛铁精矿为原料，并配入质量比为35％的焦炭粉，以及质量比为14％的生石灰粉，混匀装罐后放置于台车上，送入隧道窑中，按常规加热升温至1100～1150℃直接还原出钒钛海绵铁，还原出的钒钛海绵铁质量成分为：TFe：76.88％，SiO₂：5.26％，C：0.53％，V₂O₅：0.93％，TiO₂：6.75％，金属化率为91.43％；

B、利用3吨电炉冶炼10吨A步骤的钒钛海绵铁，按分三次加料分步熔炼方式冶炼，同时按钒钛海绵铁中的SiO₂的质量含量计，加入造渣剂石灰至CaO/SiO₂＝1.3的质量比，其中，首次加入的炉料为总炉料量的1/3，按常规通电加热、吹氧助熔至炉内钒钛海绵铁熔化率达到80％以上时，二次加料，加入的炉料为总炉料量的1/3，按常规通电加热、吹氧助熔至炉内钒钛海绵铁熔化率达到80％以上时，将剩余的炉料加入炉中，继续加热、吹氧助熔至炉内钒钛海绵铁全部熔化，使钒钛海绵铁熔化而分离出渣与铁，以让钒进入渣中；

C、当熔池温度≥1450℃时，按钒钛海绵铁质量的1％的量，将还原剂——S≤0.4％质量比的焦炭粉100kg加入电炉中，使炉内形成还原气氛，还原至渣中FeO≤0.5％时，使渣中的钒还原出来进入钢水中，而不易还原的Si、Al、Ti、Ca、Mg元素的氧化物仍在渣中，出渣得品位为22.69％的钛渣；

D、当熔池温度≥1500℃时，按常规向电炉内吹氧，搅动熔池钢液，并加入降温用的废钢，以控制熔池温度为1550℃，吹氧熔炼至渣中V≤0.05％时，停止吹氧，使钢中钒氧化成V₂O₅进入渣中，出渣得品位为10.21％的钒渣；

E、在电炉中按常规加入造渣剂石灰至炉渣碱度CaO/SiO₂为1.8时，继续加热、吹氧升温至1660℃，完成造渣、脱P后，得合格的Q235粗钢水，按常规还原精炼后出钢，在炉内留下3吨钢水，以利下一炉的正常冶炼；

Claims

1.一种综合冶炼钒钛铁矿的方法，其特征在于经过下列步骤：

A、将100％钒钛铁矿按常规直接还原法还原成钒钛海棉铁；

D、当熔池温度≥1500℃时，按常规向电炉内吹氧，搅动熔池钢液，并控制熔池温度为1500～1560℃，吹氧熔炼至钢中V≤0.05％时，停止吹氧，使钢中钒氧化成V₂O₅进入渣中，出渣，得高钒渣；

2.如权利要求1所述的综合冶炼钒钛铁矿的方法，其特征在于所述还原剂优选S≤0.4质量％的焦炭或废电极。

3.如权利要求1所述的综合冶炼钒钛铁矿的方法，其特征在于所述B步骤的造渣剂优选生石灰。

4.如权利要求1所述的综合冶炼钒钛铁矿的方法，其特征在于所述B步骤的钒钛海棉铁的熔化采用连续加料熔炼，或者分2-4次加料分步熔炼，其中分次加料分步熔炼是：先向电炉中加入总炉料量的1/2～1/4的炉料，按常规通电加热、吹氧助熔至炉内钒钛海棉铁熔化率达到80％以上时，再向电炉中加入总炉料量的1/2～1/4的炉料，继续加热、吹氧助熔至炉内钒钛海棉铁熔化率达到80％以上，最后将剩余的炉料加入炉中，继续加热、吹氧助熔至炉内钒钛海棉铁全部熔化。