CN107400741B - 一种熔融含钛高炉渣冶炼低硅钛铁工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种熔融含钛高炉渣冶炼低硅钛铁工艺，按渣：铝铁：氧化钙＝100：37.94：(10～15)的质量比备料；将铝铁合金破碎并磨制大于等于300目，添加氧化钙混料至其均匀包覆在铝铁合金粉末表面；将含钛高炉渣装入氧化镁坩埚内，放入电阻炉内，随炉一起升温至1450～1650℃，改成恒温控制。将混好配料均匀加入熔池中，加料速度为4.5～5.5g/min，加料结束后，保温5～10min；在1450℃～1650℃下取出，水冷，干燥；机械法分离渣和合金。本发明铝铁合金粉末为大于300目，同时控制加入速度，以控制铝、硅参与还原反应时间，提高它们的还原效率，减少铝铁合金粉末消耗，降低合金中硅和残铝含量，实现了降低工艺成本、合金中降硅增钛的目的。

Description

一种熔融含钛高炉渣冶炼低硅钛铁工艺
技术领域
本发明属于高炉渣利用技术领域，特别涉及一种熔融含钛高炉渣利用技术，利用熔融含钛高炉渣生产低硅钛铁。
背景技术
我国钛资源丰富，储量世界第一，主要赋存在攀西地区的钒钛磁铁矿中，其利用率很低，主要原因高炉炼铁只回收了钒和铁，钛以二氧化钛形式进入高炉渣(质量分数约为25％)，形成复杂的矿相，难以回收利用。目前在渣厂已堆积了7000万吨，每年仍以300万吨速度增加，占用土地，污染环境，浪费资源，如能很好利用含钛高炉渣对我国钛资源利用具有重大意义。
国内许多科技工作者对含钛高炉渣利用做了大量研究，主要集中在以下几种方法：1)用其制备水泥，如能成功应用，需降低高炉渣中的TiO2含量，否则水泥活性差，易结晶；2)湿法提钛，主要是酸、碱处理制备钛白粉，存在酸碱消耗大、残渣量大、污染环境和腐蚀设备等缺点；3)高温碳化低温氯化制备TiCl4，缺点是氯化过程中易形成沸点高、粘性大的CaCl2和MgCl2，使氯化设备不能长期正常运转；4)高温钛富集，将分散的钛富集到钙钛矿或黑矿石中，通过选矿的方法选出富钛矿，这种方法实际中还很难实现；5)制取钛合金，采用铝、硅等元素还原渣中钛制备钛合金，这种方法尽管取得了一些成果，但三个关键问题没有解决，一是工艺成本高，冶炼时间较长，电能消耗大，铝、硅等还原剂用量大。二是制备钛合金中硅、铝等杂质含量高，在合金化过程中所能应用的钢种有限。三是提钛后残渣利用及污染环境问题。
关于利用熔融含钛高炉渣制取钛合金，授权专利1(CN103173628B)和授权专利2(CN103484683A)同样采用铝粉作为还原剂，氧化钙调整熔渣碱度，冶炼制取钛合金，缺点是铝粉价格高，含钛炉渣和铝粉配比分别为100：25.98和100：(20～25)，铝粉消耗量大，在实际生产中成本高而不可行，制备的合金中硅和铝含量高，在合金化过程中所能应用的钢种受限，专利2提及采用钙还原含钛炉渣，由于钙在高温下易挥发性，所以在高温、真空环境下其还原效率是很低的。
“提高钛硅合金等级的研究”，李祖树、徐楚韶，《重庆大学学报》，1994年第17卷4期，报道了采用硅铁作还原剂冶炼硅钛合金，钛回收率＜60％，且冶炼时间较长需70～90min，硅铁量太多钛回收率增加很少，只会增加合金中硅含量，降低合金中钛含量，为了提高合金中钛含量和贫化渣中TiO2，提高钛回收率，作者采用硅铝铁作为还原剂，硅铝铁还原剂在价格上比铝粉便宜，还原能力比硅铁还原剂强的多，采用硅铝铁作还原剂有利于生产低硅、高钛合金。但是，作者忽略的是含钛高炉渣中TiO2和SiO2的含量均在20％以上，铝的还原能力比硅要强的多，其还原TiO2和SiO2能力又相近，熔融含钛高炉渣中钛、硅同时被铝还原出来，采用硅铝铁作还原剂，其还原效率提高不大，但造成制备钛合金中硅含量高。制得合金的化学成分(％)：31.63Ti、32.79Si，钛的回收率为84.29％。
发明内容
本发明目的提供一种熔融含钛高炉渣冶炼低硅钛铁工艺，所要解决的技术问题是：现有技术中以硅铁、铝硅铁、铝粉为还原剂，冶炼制备钛合金。存在还原剂消耗量大，合金中硅、铝含量偏高等缺点。本发明采用适量铝铁合金粉末对熔融含钛高炉渣还原，控制铝铁粉末加入速度，设计熔渣熔池的深度，添加氧化钙调整熔渣碱度，在稳定的工艺参数下，制得低硅钛铁和可再利用残渣。
本发明的技术方案为：一种熔融含钛高炉渣冶炼低硅钛铁工艺，其基本思路为：采用铝铁合金还原熔融含钛高炉渣，利用氧化钙调整炉渣碱度，在稳定工艺参数下，制备低硅钛铁和可再次利用残渣。工艺中要求熔渣熔池具有一定深度，采用铝铁合金为有粒度要求的粉末，同时控制粉末的加入速度，以控制铝、硅参与还原反应时间，提高它们的还原效率，减少铝铁合金粉末消耗，降低合金中硅和残铝含量，实现了降低工艺成本、合金中降硅增钛的目的，使在合金化时制备的硅钛铁合金应用的钢种更多。分离出的残渣为高碱度、低熔点的高铝渣，可作为炼钢时精炼渣使用。具体工艺步骤如下：
(1)备料：以含钛高炉渣和铝铁合金为原料，用氧化钙调整渣碱度，含钛高炉渣主要成分：TiO2、CaO、SiO2、MgO和Al2O3，其中TiO2含量为20％～25％，铝铁合金：40％～60％Al和其余Fe。按渣：铝铁：氧化钙＝100：37.94：(10～15)的质量比备料，所述百分比为质量百分比；
(2)预处理：将铝铁合金破碎并磨制大于等于300目，有利于提高粉末熔化速度，加快与熔渣之间液相传质，增大还原反应界面积，添加氧化钙混料至其均匀包覆在铝铁合金粉末表面，待用；
(3)熔渣还原：将含钛高炉渣装入氧化镁坩埚内，为了使铝铁颗粒在熔池中下降能够和熔渣充分反应，保证熔渣熔池的深度不低于50mm，因此，渣的装入量不小于180g，外套石墨保护坩埚，一起放入MoSi2电阻炉内，随炉一起升温，温度升至1450℃～1650℃，改成自动恒温控制。通过坩埚上方的旋转加料装置将步骤(2)中混好配料均匀加入熔池中，加料速度为4.5～5.5g/min，加料结束后，保温5～10min。整个熔渣冶炼过程在常压下进行并全程通氩气保护；
(4)水冷：保温结束后，在1450℃～1650℃下取出，直接放入水中冷却，然后放入干燥箱内干燥；
(5)渣金分离：机械法分离渣和合金，分别得到低硅钛铁和可利用残渣。
本发明与现有技术相比具有的有益效果在于：本发明按渣：铝铁＝100：37.94的质量比配料，铝消耗量低，但足以还原渣中钛和部分硅，得到含有微量铝的低硅钛铁，同时得到高碱度、高铝硅比和低熔点的预熔渣。本发明的工艺流程简单，工艺参数稳定，完成反应时间短，反应效率高，渣和合金分离好。加入氧化钙，增大渣碱度，和还原后渣中大量的三氧化铝化合生成低熔点、低粘度的Ca12Al14O33，有利于渣和合金的有效分离。
附图说明
图1本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合图1和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
1)按渣：铝铁：氧化钙＝100：37.94：10的质量比备料，称取含钛高炉渣200g，铝铁合金75.88g，其中铝含量为50％，氧化钙20g，备用，所述百分比为质量百分比；
2)将铝铁合金破碎并磨至大于等于300目，加入氧化钙混料2h，使氧化钙均匀包覆在粉末表面；
3)将含钛高炉渣装入氧化镁坩埚内，外套石墨保护坩埚，放入MoSi2电阻炉内，随炉升温至1450℃，改成自动恒温控制。待渣熔清后，熔池的深度约为55mm，通过坩埚上方的旋转加料装置将步骤2中混好配料均匀加入熔池中，加料速度为4.5g/min，加料结束后，保温10min。整个熔渣冶炼过程在常压下进行并全程通氩气保护；
4)水冷：保温结束后，在1450℃下取出，直接放入水中冷却，然后放入干燥箱内干燥；
5)渣金分离：机械法分离渣和合金，分别得到低硅钛铁和可利用残渣。
实施例2：
1)按渣：铝铁：氧化钙＝100：37.94：13的质量比备料，称取含钛高炉渣300g，铝铁合金113.82g，其中铝含量为50％，氧化钙39g，备用。
2)将铝铁合金破碎并磨至大于等于300目，加入氧化钙混料2h，使氧化钙均匀包覆在粉末表面；
3)将含钛高炉渣装入氧化镁坩埚内，外套石墨保护坩埚，放入MoSi2电阻炉内，随炉升温至1550℃，改成自动恒温控制。待渣熔清后，熔池的深度约80mm通过坩埚上方的旋转加料装置将步骤2中混好配料均匀加入熔池中，加料速度为5g/min，加料结束后，保温10min。整个熔渣冶炼过程在常压下进行并全程通氩气保护；
4)水冷：保温结束后，在1550℃下取出，直接放入水中冷却，然后放入干燥箱内干燥；
5)渣金分离：机械法分离渣和合金，分别得到低硅钛铁和可利用残渣。
实施例3：
1)按渣：铝铁：氧化钙＝100：37.94：15的质量比备料，称取含钛高炉渣400g，铝铁合金151.76g，其中铝含量为50％，氧化钙60g，备用。
2)将铝铁合金破碎并磨至大于等于300目，加入氧化钙混料2h，使氧化钙均匀包覆在粉末表面；
3)将含钛高炉渣装入氧化镁坩埚内，外套石墨保护坩埚，放入MoSi2电阻炉内，随炉升温至1600℃，改成自动恒温控制。待渣熔清后，熔池的深度约110mm通过坩埚上方的旋转加料装置将步骤2中混好配料均匀加入熔池中，加料速度为5.5g/min，加料结束后，保温10min。整个熔渣冶炼过程在常压下进行并全程通氩气保护；
4)水冷：保温结束后，在1600℃下取出，直接放入水中冷却，然后放入干燥箱内干燥；
5)渣金分离：机械法分离渣和合金，分别得到低硅钛铁和可利用残渣。
表1原始含钛炉渣和本发明三个实施例的化学分析结果
TiO<sub>2</sub>，％ CaO，％ SiO<sub>2</sub>，％ MgO，％ Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>，％<sub></sub>
原始含钛高炉渣 22.16 28.14 25.24 8.3 12.76
渣：铝铁：氧化钙＝100：37.94：10 1.91 36.93 8.76 7.04 41.36
渣：铝铁：氧化钙＝100：37.94：13 0.97 39.39 8.83 6.97 41.85
渣：铝铁：氧化钙＝100：37.94：15 1.06 40.15 9.62 6.45 40.32
表2本发明三个实施例制得合金成分、钛回收率及渣中TiO2还原率
Figure BDA0000992637650000051
由表2可知，通过本发明制得的硅钛铁合金中，钛含量均大于30％，硅含量小于20％，合金中铝含量基本为零，铝铁中铝的利用率非常高，有效地降低铝的消耗，制得合金可以在钢种直接合金化时代替部分钛铁。钛的回收率平均值大于85％，渣中TiO2还原率大于90％，渣：铝铁：氧化钙＝100：37.94：13时，钛的回收率和渣还原率最高，反应后残渣碱度大于4.0，铝硅比高，钙铝质量比接近1：1，有利于形成低熔点、低粘度Ca12Al14O33，可以在钢水精炼时作精炼渣用于脱硫磷。

Claims (1)

1.一种熔融含钛高炉渣冶炼低硅钛铁工艺，其特征在于工艺步骤如下：
（1）备料：以含钛高炉渣和铝铁合金为原料，用氧化钙调整渣碱度，含钛高炉渣主要成分：TiO2、CaO、SiO2、MgO和Al2O3，其中TiO2含量为20%~25%，铝铁合金：40%~60%Al和其余Fe；按渣：铝铁：氧化钙=100：37.94：（10~15）的质量比备料，所述百分比为质量百分比；
（2）预处理：将铝铁合金破碎并磨制大于等于300目，添加氧化钙混料至其均匀包覆在铝铁合金粉末表面，待用；
（3）熔渣还原：将含钛高炉渣装入氧化镁坩埚内，外套石墨保护坩埚，一起放入MoSi2电阻炉内，随炉一起升温，温度升至1450℃~1650℃，改成自动恒温控制；通过坩埚上方的旋转加料装置将步骤（2）中混好配料均匀加入熔池中，熔渣熔池的深度不低于50mm，加料速度为4.5~5.5g/min，加料结束后，保温5~10min；整个熔渣冶炼过程在常压下进行并全程通氩气保护；
（4）水冷：保温结束后，在1450℃~1550℃下取出，直接放入水中冷却，然后放入干燥箱内干燥；
（5）渣金分离：机械法分离渣和合金，分别得到低硅钛铁和可利用残渣，所述可利用残渣中形成低熔点、低粘度的Ca12Al14O33。
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