COREX冶煉釩鈦磁鐵礦的方法

298 編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng) 來(lái)源：東北大學(xué)

2024-10-21 15:00:34

權(quán)利要求

1.一種COREX冶煉釩鈦磁鐵礦的方法，其特征在于，包括以下步驟：

使用粒煤代替塊煤進(jìn)入氣化爐，增加粒煤在熔池中的流動(dòng)性，避免堆積;

預(yù)還原豎爐產(chǎn)出的釩鈦磁鐵礦直接還原鐵在進(jìn)入氣化爐前，加入熱破碎、熱量回收、磨選、粒煤預(yù)混工序，增加整體生產(chǎn)工藝的熱利用效率，從而減少燃料消耗;

加入熔池側(cè)吹噴槍，在對(duì)氣化爐進(jìn)行循環(huán)噴吹預(yù)還原豎爐爐氣的基礎(chǔ)上，增加使用預(yù)還原豎爐放散爐氣和轉(zhuǎn)爐副產(chǎn)放散爐氣進(jìn)行直接鼓風(fēng)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種COREX冶煉釩鈦磁鐵礦的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(2)熱破碎及磨選：高溫還原料經(jīng)過(guò)換熱降溫后，再將溫度在200~500℃的還原料進(jìn)行破碎，將破碎冷卻后的原料進(jìn)行磨選，選出含釩富鈦料及還原鐵，將含釩富鈦料送入濕法工序進(jìn)行提釩提鈦;

(3)原料預(yù)混：將破碎磨選后的直接還原鐵粒與粒煤預(yù)混，所使用的粒煤為非焦煤或半焦，粒煤平均粒度為5~30mm，混合后至料倉(cāng)備用;

(4)氣化熔融還原：將預(yù)混的原料加入至熔融氣化爐中，通過(guò)噴槍噴吹燃料及純氧的燃燒來(lái)維持熔池溫度在1450℃以上，控制爐內(nèi)氣氛、添加溶劑的方式來(lái)調(diào)節(jié)渣的成分，維持渣中的TiO2含量5~10%，碳氮化鈦的含量1~5%，黏度0.1~1.5Pa·s;鐵水中TFe 95~99%，TiO20.1~1%，V2O5 0.1~0.5%，Cr2O3 1~3%;

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種COREX冶煉釩鈦磁鐵礦的方法，其特征在于，所述步驟(1)中，釩鈦磁鐵礦精礦的主要成分及含量為TFe 55~65%，TiO2 15~25%，V2O5 0.5~1.5%，Cr2O30.5~1.5%，其余為SiO2、CaO、Al2O3、MgO;預(yù)還原豎爐內(nèi)的溫度維持在1000~1250℃之間，以保證還原反應(yīng)的有效進(jìn)行。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種COREX冶煉釩鈦磁鐵礦的方法，其特征在于，所述步驟(2)中，破碎后的還原料的平均粒度為10~30mm，溫度在60~90℃。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種COREX冶煉釩鈦磁鐵礦的方法，其特征在于，所述步驟(2)中，磨選后的含釩富鈦料成分及含量為TFe 5~20%，TiO2 30~50%，V2O5 1~3%，Cr2O3 0.5~1.5%;還原鐵的成分及含量為TFe 90~99%，TiO2 5~15%，V2O5 0.05~0.25%，Cr2O3 0.5~1.5%。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種COREX冶煉釩鈦磁鐵礦的方法，其特征在于，所述步驟(5)中，轉(zhuǎn)爐放散爐氣成分為CO 20~40%，CO2 30~40%，其余為N2，溫度為900~1100℃;預(yù)還原豎爐爐氣成分為CO 20~40%，CO2 40~70%，其余為CH4、SO2、H2。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種COREX冶煉釩鈦磁鐵礦的方法，其特征在于，所述步驟(5)中，冶煉初期，渣層厚度和鐵水層厚度淺，此時(shí)渣金液面高900~1200mm，渣層厚度與鐵水層厚度的比值為0.4~0.6，側(cè)吹噴槍角度65~85°，表壓強(qiáng)度0.1~0.25MPa，供氣強(qiáng)度0.8~1.6m3/(t·min)，混合噴吹氣中轉(zhuǎn)爐放散爐氣比例為50~80%，混合噴吹氣成分中CO 30~40%，CO230~40%，其余主要成分為CH4、H2，混合氣溫度800~1000℃。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種COREX冶煉釩鈦磁鐵礦的方法，其特征在于，所述步驟(5)中，冶煉中期，渣層厚度和鐵水層厚度達(dá)到1500~1800mm，渣層厚度與鐵水層厚度的比值為0.6~0.8，側(cè)吹噴槍角度45~65°，表壓強(qiáng)度0.25~0.45MPa，供氣強(qiáng)度1.8~2.8 m3/(t·min)，混合噴吹氣中轉(zhuǎn)爐放散爐氣比例為40~60%，混合噴吹氣成分中CO 25~35%，CO2 35~45%，其余主要成分為N2，混合氣溫度為800~1000℃。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種COREX冶煉釩鈦磁鐵礦的方法，其特征在于，所述步驟(5)中，冶煉末期，渣層厚度和鐵水厚度達(dá)到2000~2500mm，渣層厚度與鐵水層厚度的比值為1.0~1.3，側(cè)吹噴槍角度25~45°，表壓強(qiáng)度0.15~0.25MPa，供氣強(qiáng)度1.0~2.0 m3/(t·min)，混合噴吹氣中轉(zhuǎn)爐放散爐氣比例為20~50%，混合噴吹氣成分中CO 20~30%，CO2 40~50%，其余主要成分為N2，混合氣溫度為800~1000℃。

10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種COREX冶煉釩鈦磁鐵礦的方法，其特征在于，所述步驟(5)中，排渣放鐵階段，由于鐵水和渣帶走熱量，爐體溫度降低至1350~1450℃，渣鐵層厚度降至900mm以下，此時(shí)調(diào)整噴槍角度在15~30°之間，位于熔池的上方，噴吹混合氣中轉(zhuǎn)爐放散爐氣的比例45~75%，供氣強(qiáng)度1.3~2.3 m3/(t·min)，混合氣中CO 25~35%，CO2 35~45%，其余主要成分為N2，爐氣溫度800~1000℃。

說(shuō)明書

技術(shù)領(lǐng)域

[0001]本發(fā)明屬于鋼鐵冶金領(lǐng)域，具體涉及一種COREX冶煉釩鈦磁鐵礦的方法。

背景技術(shù)

[0002]目前高爐煉鐵使用資源稀缺的優(yōu)質(zhì)粉礦和粉煤經(jīng)過(guò)燒結(jié)和煉焦工序分別制備人造塊礦——燒結(jié)礦和冶金焦炭。然而高爐冶煉釩鈦磁鐵礦時(shí)存在以下缺陷：

1.高爐冶煉釩鈦磁鐵礦時(shí)，幾乎全部的TiO2會(huì)富集在爐渣中，約50%的釩進(jìn)入到鐵水中，造成釩、鈦資源的利用率偏低。含鈦高爐渣在焦炭的作用下，會(huì)將礦中的TiO2還原為碳化鈦TiC，并在熱空氣鼓風(fēng)的作用下，熱空氣中的N2會(huì)將TiC轉(zhuǎn)化為TiN，并與TiC固溶為碳氮化鈦TiCxNy固溶體，這種高溫固溶體會(huì)使得高爐渣的黏度急劇升高，造成爐渣稠化，造成爐料下行困難，即影響高爐順行，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)風(fēng)口涌渣，甚至“凍爐”。

[0003]2.高爐爐缸中會(huì)有焦炭堆積形成的“死料堆”，鐵水和熔渣圍繞著死料堆繼續(xù)反應(yīng)生成碳氮化鈦，會(huì)黏附在爐缸中，降低爐缸的有效容積。

[0004]3.鐵水中摻雜著碳氮化鈦進(jìn)入到鐵水包后，會(huì)出現(xiàn)泡沫渣的現(xiàn)象，并造成鐵水粘稠，附著在鐵水包壁上，使用幾次后鐵水包壁大大增厚，有效容積減小。

[0005]4.碳氮化鈦的生成對(duì)軟熔帶的形態(tài)起到很大的影響，釩鈦磁鐵礦高爐的軟熔帶并非傳統(tǒng)的倒V或W型，而是多層的倒C型，透氣性很差。

[0006]5.釩鈦磁鐵礦的燒結(jié)礦質(zhì)量較差，極易出現(xiàn)還原粉化，低溫還原性較差。且生產(chǎn)過(guò)程中也存在較高的硫排放造成環(huán)境污染。

[0007]6.在釩鈦高爐生產(chǎn)過(guò)程中，與一般高爐不同，其不能爐缸溫度不能過(guò)高，也不能使用大比例富氧噴吹，否則會(huì)促進(jìn)碳氮化鈦生成，因此要使用低爐溫冶煉，而低爐溫就需要低風(fēng)溫，降低了冶煉難度，但同時(shí)也降低了冶煉強(qiáng)度，其次，高爐中的[Si]還原過(guò)程是提供熱量的主要來(lái)源之一，釩鈦高爐需要控制[Ti]/[Si]比，以實(shí)現(xiàn)“物理熱、化學(xué)冷”的高爐操作，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，該要求很難實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樵戏浅２环€(wěn)定，也就是說(shuō)高爐冶煉釩鈦磁鐵礦是可行的，但是難度要較一般高爐更為高，條件更為受限。

[0008]COREX(歐冶爐)中的CO表示coal煤，RE表示reduction還原，EX表示extreme終極目標(biāo)，即直接使用煤還原來(lái)實(shí)現(xiàn)煉鐵的終極目標(biāo)，因此無(wú)需焦炭、燒結(jié)礦等鐵前工序，流程和工序相對(duì)長(zhǎng)流程更少，成本投資和人力使用相對(duì)較低，能源消耗和污染排放相對(duì)較輕。歐冶爐繼承了高爐本身的優(yōu)點(diǎn)，其包括高爐的兩個(gè)部分，一是高爐上部的塊狀區(qū)，即歐冶爐的預(yù)還原豎爐部分，二是高爐的高溫熔融還原區(qū)(軟熔帶的下部)，即歐冶爐的熔融氣化爐部分。整個(gè)冶煉過(guò)程仍是從預(yù)還原豎爐上部開始，加入塊礦、球團(tuán)礦、造渣溶劑，與中部加入的高溫爐氣發(fā)生間接還原反應(yīng)生成海綿鐵，隨后在熔融氣化爐的上部開始加入海綿鐵和塊煤，中下部鼓入氧氣或富氧空氣形成高溫富氧環(huán)境，下部最后渣鐵分離?？梢钥醋鳉W冶爐是一個(gè)沒(méi)有“軟熔帶”的開放性高爐，透氣性極好，整體與高爐一樣屬于高填充率型冶金反應(yīng)器，主體設(shè)備加入了爐氣凈化和調(diào)溫系統(tǒng)，對(duì)二次能源的利用率高。但歐冶爐還存在明顯的缺點(diǎn)，一是煤比很高，一般達(dá)到950kg/t-Fe，是現(xiàn)有同等高爐焦比(折合)的1.5倍以上，這是因?yàn)轭A(yù)還原豎爐還原出來(lái)的海綿鐵需要重新吸收更高的熱量來(lái)熔融，有時(shí)還需要從氣化爐拱頂側(cè)邊噴吹冷煤粉燃燒來(lái)補(bǔ)充熱量，因此通過(guò)非焦煤燃燒提供熱量維持熔池溫度的作用程度加大，故而消耗量增大。二是塊煤堆積在熔池底部，仍形成如高爐爐缸中的一樣的“死料堆”，死料堆的滲透性決定了渣鐵是良好的穿過(guò)死料堆從各個(gè)方向流向鐵口排出爐內(nèi)，還是不能良好的穿過(guò)死料堆而主要沿著爐缸壁環(huán)流排出爐內(nèi)，前者爐缸活躍性好，渣鐵液面穩(wěn)定，出鐵時(shí)間均勻，對(duì)爐缸壁面的沖刷更弱，明顯延長(zhǎng)高爐壽命。而歐冶爐的塊煤為非焦煤，液體滲透性差。三是純氧鼓風(fēng)對(duì)含碳爐襯的腐蝕性高，同時(shí)對(duì)鐵水進(jìn)一步氧化，氣化爐內(nèi)部溫度不均勻，爐氣煙塵量大，增加了后續(xù)爐氣處理的難度。

[0009]使用歐冶爐冶煉釩鈦磁鐵礦避免了高爐冶煉過(guò)程中存在的軟熔帶透氣性的問(wèn)題，同時(shí)也無(wú)需使用燒結(jié)礦和焦炭，極大的降低了能耗和污染物的排放，此外，使用純氧噴吹鼓風(fēng)避免了氮化鈦的生成，對(duì)碳化鈦也有抑制生成和再次氧化的作用，從而改善含鈦高爐渣的高溫冶金物理化學(xué)特性，尤其是改善爐渣的潤(rùn)濕性和流動(dòng)性。但仍存在幾個(gè)重要的影響釩鈦磁鐵礦冶煉的問(wèn)題：

1.仍然有大量碳化鈦的生成，造成泡沫渣和渣鐵難分的現(xiàn)象，由于歐冶爐的出鐵方式是定期鉆開鐵口，泡沫渣和渣鐵混合物極易造成鐵口噴涌，且碳化鈦是依附死料堆生成的，碳化鈦和煤的潤(rùn)濕性較好，會(huì)黏附煤顆粒進(jìn)入渣鐵中，在鐵水包中繼續(xù)反應(yīng)，形成泡沫渣和鐵水包增厚的問(wèn)題。

[0010]2.爐體內(nèi)熱量需求大，需要噴純氧燃燒煤粉，成本高，煤比高。且塊煤和海綿鐵混合加入到熔池中，熔池中塊煤的燃燒作用不能完全發(fā)揮出來(lái)，只能作為還原劑，極易造成含鈦高爐渣中的鈦氧化物過(guò)還原為碳化鈦。當(dāng)鉆開鐵口排渣鐵時(shí)，為了維持爐體的溫度，必須繼續(xù)燃燒煤粉，此時(shí)還極易造成爐氣泄漏等問(wèn)題。

[0011]3.歐冶爐熔融氣化爐在服役時(shí)，為了節(jié)約燃料并產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)爐氣，會(huì)在氣化爐拱頂側(cè)部鼓入冷態(tài)煤粉，鼓入的冷態(tài)煤粉直接沖擊拱頂，導(dǎo)致拱頂耐火材料產(chǎn)生較大面積的剝落，為歐冶爐的安全生產(chǎn)帶來(lái)了隱患。

[0012]4.純氧噴吹會(huì)造成渣中FeO含量增加，即鐵水被氧化，鐵損增加。

[0013]需要提及的是，高爐冶煉釩鈦磁鐵礦生成碳氮化鈦的規(guī)律表明，碳氮化鈦中的氮化鈦是由碳化鈦氮化得來(lái)的，如果碳化鈦的含量不降低，本質(zhì)上對(duì)含鈦高爐渣的影響仍然明顯，而降低碳化鈦生成的充分條件之一是增加CO的分壓，必要條件是增加氧勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容

[0014]針對(duì)上述存在的問(wèn)題，本發(fā)明公開了一種COREX冶煉釩鈦磁鐵礦的方法。包括以下方法：首先，使用粒煤代替塊煤進(jìn)入氣化爐，增加粒煤在熔池中的流動(dòng)性，避免堆積。其次，預(yù)還原豎爐產(chǎn)出的釩鈦磁鐵礦直接還原鐵在進(jìn)入氣化爐前，加入熱破碎、熱量回收、磨選、粒煤預(yù)混工序，增加整體生產(chǎn)工藝的熱利用效率，從而減少燃料消耗。熱破碎是指爐料在200~500℃溫度下破碎，破碎難度低，效率高，同時(shí)加入熱量回收工序。冷卻后與冷粒煤預(yù)混。再次，加入熔池側(cè)吹噴槍，在對(duì)氣化爐進(jìn)行循環(huán)噴吹預(yù)還原豎爐爐氣的基礎(chǔ)上，增加使用預(yù)還原豎爐放散爐氣和轉(zhuǎn)爐副產(chǎn)放散爐氣進(jìn)行直接鼓風(fēng)，提高爐氣質(zhì)量，且不額外增設(shè)爐氣熱回收系統(tǒng)，增加歐冶爐的熱量供應(yīng)的同時(shí)，減少碳消耗，并強(qiáng)化熔池?cái)嚢瑁黾訝t內(nèi)氧勢(shì)，降低爐氣中的粉塵。

[0015]一種COREX冶煉釩鈦磁鐵礦的方法，具體包括以下步驟：

(1)預(yù)還原：將釩鈦磁鐵礦精礦制備成球團(tuán)礦及塊礦，或制備二元堿度在1.0~1.3范圍內(nèi)的自熔性球團(tuán)，在COREX預(yù)還原豎爐中被熔融氣化爐產(chǎn)生的爐氣還原后得到還原料，還原料的主要成分及含量為TFe 60~75%，TiO215~25%，V2O5 0.5~1.5%，Cr2O30.5~1.5%;預(yù)還原過(guò)程中，原料中的鐵氧化物被還原為金屬鐵和低氧化態(tài)的釩鈦化合物。預(yù)還原豎爐內(nèi)的溫度維持在1000~1250℃之間，以保證還原反應(yīng)的有效進(jìn)行;

(2)熱破碎及磨選：高溫還原料經(jīng)過(guò)出料口的水冷換熱器換熱降溫后，再將溫度在200~500℃的還原料通過(guò)傳送裝置送入破碎機(jī)進(jìn)行破碎。破碎后的還原料的平均粒度為10~30mm，溫度在60~90℃。將破碎冷卻后的原料進(jìn)行磨選，選出含釩富鈦料及還原鐵，將含釩富鈦料送入濕法工序進(jìn)行提釩提鈦。磨選后的含釩富鈦料成分及含量為TFe 5~20%，TiO230~50%，V2O51~3%，Cr2O30.5~1.5%。還原鐵的成分及含量為TFe 90~99%，TiO25~15%，V2O50.05~0.25%，Cr2O30.5~1.5%;

(3)原料預(yù)混：將破碎磨選后的直接還原鐵粒與粒煤預(yù)混，所使用的粒煤為非焦煤或半焦(蘭炭)，粒煤平均粒度為5~30mm，混合后至料倉(cāng)備用;

(4)氣化熔融還原：將預(yù)混的原料加入至熔融氣化爐中，通過(guò)噴槍噴吹煤粉、重油或天然氣等燃料及純氧的燃燒來(lái)維持熔池溫度在1450℃以上，控制爐內(nèi)氣氛、添加溶劑等方式來(lái)調(diào)節(jié)渣的成分，如渣中TiO2含量過(guò)高超過(guò)10%，則通過(guò)配入高品位鐵精粉或加入CaO、SiO2、MgO等氧化性溶劑的方式調(diào)節(jié)，當(dāng)爐內(nèi)溫度過(guò)高時(shí)降低噴吹燃料的強(qiáng)度，排渣放鐵時(shí)增加高溫放散爐氣的噴吹以維持熔池溫度。維持渣中的TiO2含量5~10%，碳氮化鈦的含量1~5%，黏度0.1~1.5Pa·s。鐵水中TFe 95~99%，TiO20.1~1%，V2O50.1~0.5%，Cr2O31~3%。熔化的鐵水和渣通過(guò)各自的排放口被分別排出，鐵水進(jìn)一步送入煉鋼工序，而渣則作為副產(chǎn)品回收利用;

(5)放散爐氣側(cè)吹：整個(gè)預(yù)還原豎爐工藝流程中產(chǎn)生的爐氣被直接回收，與堿性氧氣轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的放散爐氣在中繼熱風(fēng)爐內(nèi)按體積分?jǐn)?shù)20~80%進(jìn)行混合，通過(guò)側(cè)吹噴槍調(diào)整位置，噴吹至渣鐵界面層中。其中，轉(zhuǎn)爐放散爐氣成分(體積分?jǐn)?shù)%)為CO 20~40%，CO230~40%，其余為N2，溫度為900~1100℃。預(yù)還原豎爐爐氣成分(體積分?jǐn)?shù)%)為CO 20~40%，CO240~70%，其余為CH4、SO2、H2等。

[0016]冶煉初期，渣層厚度和鐵水層厚度較淺，此時(shí)渣金液面高約900~1200mm，渣層厚度與鐵水層厚度的比值為0.4~0.6，側(cè)吹噴槍角度約65~85°，表壓強(qiáng)度0.1~0.25MPa，供氣強(qiáng)度0.8~1.6 m3/(t·min)，混合噴吹氣中轉(zhuǎn)爐放散爐氣比例為50~80%，混合噴吹氣成分中CO30~40%，CO230~40%，其余主要成分為CH4、H2等，混合氣溫度800~1000℃，渣鐵攪動(dòng)劇烈程度較低，還原勢(shì)高，處于初始還原造渣期，渣相逐漸增多，鐵水層逐漸變厚，但由于加入大量爐料為冷料，爐體和熔池整體溫度較低約1350~1450℃;

冶煉中期，渣層厚度和鐵水層厚度達(dá)到1500~1800mm，渣層厚度與鐵水層厚度的比值為0.6~0.8，側(cè)吹噴槍角度約45~65°，表壓強(qiáng)度0.25~0.45MPa，供氣強(qiáng)度1.8~2.8 m3/(t·min)，混合噴吹氣中轉(zhuǎn)爐放散爐氣比例為40~60%，混合噴吹氣成分中CO 25~35%，CO235~45%，其余主要成分為N2等，混合氣溫度為800~1000℃，此時(shí)渣鐵界面反應(yīng)劇烈，大量金屬元素被還原，渣層厚度和鐵水層厚度增加速度進(jìn)一步加快，側(cè)吹攪拌作用劇烈，渣鐵界面層形成“涌泉”狀攪動(dòng)漩渦，熔池中粒煤與CO2反應(yīng)生成CO氣體，上溢至熔池上方燃燒區(qū)燃燒，爐體和熔池整體溫度上升至1600~1800℃;

冶煉末期，渣層厚度和鐵水厚度達(dá)到2000~2500mm，渣層厚度與鐵水層厚度的比值為1.0~1.3，側(cè)吹噴槍角度約25~45°，表壓強(qiáng)度0.15~0.25MPa，供氣強(qiáng)度1.0~2.0 m3/(t·min)，混合噴吹氣中轉(zhuǎn)爐放散爐氣比例為20~50%，混合噴吹氣成分中CO 20~30%，CO240~50%，其余主要成分為N2等，混合氣溫度為800~1000℃，此時(shí)渣鐵界面反應(yīng)活性降低，降低噴吹強(qiáng)度，增大CO2比例，有降低熔池反應(yīng)烈度和爐氣煙塵的作用，促進(jìn)渣層與鐵水層的分離，同時(shí)充分利用爐氣自身物理熱對(duì)爐體進(jìn)行熱量補(bǔ)充，降低燃料的噴吹強(qiáng)度，爐體和熔池整體溫度仍保持在1600~1800℃;

排渣放鐵階段，由于鐵水和渣帶走熱量，爐體溫度降低至1350~1450℃左右，渣鐵層厚度降至900mm以下，此時(shí)可適當(dāng)增加放散爐氣噴吹量以維持熔池溫度，調(diào)整噴槍角度在15~30°之間，位于熔池的上方，噴吹混合氣中轉(zhuǎn)爐放散爐氣的比例約45~75%，供氣強(qiáng)度1.3~2.3 m3/(t·min)，混合氣中CO 25~35%，CO235~45%，其余主要成分為N2等，爐氣溫度800~1000℃，熔池?zé)o攪拌，熔池上方氣壓較無(wú)側(cè)吹噴槍時(shí)增加，排渣放鐵速度加快，增加了生產(chǎn)效率，爐體和熔池溫度可維持在1450~1550℃。其中，放散爐氣是指轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)生的爐氣中因CO的平均含量小于40%的達(dá)不到回收標(biāo)準(zhǔn)，而將被燃燒放散至大氣中的爐氣。一般預(yù)還原豎爐的爐氣也屬于低熱值爐氣，在本發(fā)明中將其用于自循環(huán)噴吹燃料之一，用以提高系統(tǒng)的能源利用率。

[0017]所述步驟(1)中，所使用的釩鈦磁鐵礦的主要成分及含量(質(zhì)量百分比%)為TFe 30~55%，TiO29~15%，V2O50.3~0.8%，Cr2O30.1~0.5%。釩鈦磁鐵礦精礦的主要成分及含量為TFe55~65%，TiO215~25%，V2O50.5~1.5%，Cr2O30.5~1.5%，其余為SiO2、CaO、Al2O3、MgO等。

[0018]所述步驟(2)中，高溫還原料經(jīng)過(guò)出料口的水冷換熱器換熱降溫，避免溫度過(guò)高對(duì)傳送裝置和破碎裝置造成破壞。

[0019]所述步驟(2)中，將溫度在200~500℃的還原料通過(guò)傳送裝置送入破碎機(jī)進(jìn)行破碎，爐料在200~500℃溫度下破碎，破碎難度低，效率高，同時(shí)加入熱量回收工序。

[0020]所述步驟(2)中，磨選是通過(guò)磨礦磨成一定粒度的礦粉后，通過(guò)重力選礦、強(qiáng)磁選礦、弱磁選礦等方式，將還原鐵與含釩富鈦料進(jìn)行分離。

[0021]所述步驟(3)中，將破碎磨選后的直接還原鐵粒與粒煤預(yù)混，煤鐵質(zhì)量比優(yōu)選為0.4~1，根據(jù)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行煤鐵的混合比例。

[0022]所述步驟(4)中，將預(yù)混的原料加入至熔融氣化爐中，通過(guò)噴槍噴吹煤粉、重油或天然氣等燃料及純氧的燃燒來(lái)維持熔池溫度在1450~1530℃。

[0023]所述步驟(4)中，全釩鈦高爐爐渣黏度現(xiàn)有平均指標(biāo)在1~3Pa·s，一般在2.5 Pa·s，而高爐爐渣黏度流動(dòng)性在0.5Pa·s左右，超過(guò)1Pa·s會(huì)惡化，釩鈦高爐具有特殊性，爐渣相對(duì)粘稠。

[0024]所述步驟(5)中，放散爐氣是指不被企業(yè)回收的一部分爐氣，因?yàn)镃O2含量高且CO含量不達(dá)標(biāo)導(dǎo)致熱值低，一般直接點(diǎn)燃放散到大氣中，因此被稱為放散爐氣。本發(fā)明中所述的CO含量的達(dá)標(biāo)率以40%為基準(zhǔn)。

[0025]所述步驟(5)中，使用預(yù)還原豎爐放散爐爐氣和轉(zhuǎn)爐副產(chǎn)放散爐氣進(jìn)行直接鼓風(fēng)，提高爐氣質(zhì)量，且不額外增設(shè)爐氣熱回收系統(tǒng)，增加歐冶爐的熱量供應(yīng)的同時(shí)，減少碳消耗，并強(qiáng)化熔池?cái)嚢瑁黾訝t內(nèi)氧勢(shì)，降低爐氣中的粉塵。

[0026]本發(fā)明的有益效果：

1.歐冶爐替代傳統(tǒng)高爐冶煉釩鈦磁鐵礦，避免了燒結(jié)礦原料和焦炭原料的生產(chǎn)和使用問(wèn)題、以及軟熔帶透氣性問(wèn)題，從而可以有效提高了冶煉過(guò)程的穩(wěn)定性和連續(xù)性。

[0027]2.有效降低碳氮化鈦的生成量，消除了高爐有效容積減小的問(wèn)題，提升了爐子的整體利用率。

[0028]3.熱破碎后能夠更充分地釋放爐料內(nèi)部的熱量，增加了余熱回收量和能量利用率。

[0029]4.預(yù)還原豎爐生產(chǎn)還原料后增加了熱破碎和磨選過(guò)程，增加了工藝能源回收，同時(shí)將含釩富鈦料進(jìn)行分離，極大地提高了釩鈦磁鐵礦中釩、鈦資源的回收利用率。

[0030]5.加入了熔池側(cè)吹，直接作用于渣鐵界面，對(duì)熔池起到攪拌作用，促進(jìn)粒煤的均勻分布，避免死料堆的形成，改善熔池的反應(yīng)性。

[0031]6.噴吹氣為CO和CO2含量較高的來(lái)自轉(zhuǎn)爐和預(yù)還原豎爐的混合放散爐氣，增加了系統(tǒng)副產(chǎn)能源的二次循環(huán)利用率，降低了系統(tǒng)能耗和碳排放。

[0032]7.充分利用了放散爐氣的物理熱，可以對(duì)爐體和熔池起到非燃燒性質(zhì)的外部供熱，減少了燃料消耗，降低了生產(chǎn)成本，提高了系統(tǒng)的能量利用率。

[0033]8.充分利用放散爐氣中的CO2調(diào)節(jié)生產(chǎn)過(guò)程，CO2作為一種弱氧化劑，可以增加渣鐵界面的氧勢(shì)，抑制TiO2過(guò)還原為TiC的同時(shí)，不會(huì)過(guò)度氧化鐵水為FeO。

[0034]9.除了放散爐氣中提供一部分CO外，CO2也會(huì)與熔池中的粒煤反應(yīng)生成CO，由于熔渣層的阻隔，在渣金界面上的CO的分壓會(huì)顯著增高，這將進(jìn)一步的抑制TiC的生成，這將顯著改善含鈦高爐渣的高溫冶金物理化學(xué)特性，尤其是改善流動(dòng)性。

[0035]10.即使混合氣中含有N2，TiN的轉(zhuǎn)化量也會(huì)因TiC含量的降低而降低，且TiN作為一種有益的氮化物夾雜物，對(duì)后續(xù)鋼的冶煉有增益效果。

[0036]11.放散爐氣中的CO2有降低熔池噴涌烈度，降低煙氣中粉塵的作用，同時(shí)其攪拌作用與Ar相當(dāng)，強(qiáng)化熔池?cái)嚢枳饔糜兄谔岣叻磻?yīng)效率，并且降低了爐氣中的粉塵含量，降低了對(duì)預(yù)還原豎爐的影響，有效降低爐氣煙道堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。

附圖說(shuō)明

[0037]圖1 COREX冶煉釩鈦磁鐵礦的側(cè)吹結(jié)構(gòu)示意圖。

[0038]圖2 COREX冶煉釩鈦磁鐵礦的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

[0039]一種COREX冶煉釩鈦磁鐵礦的方法，如圖1-2所示，具體包括以下步驟：

(1)預(yù)還原：釩鈦磁鐵礦精礦的主要成分及含量為TFe 55~65%，TiO215~25%，V2O50.5~1.5%，Cr2O30.5~1.5%，其余為SiO2、CaO、Al2O3、MgO等。將釩鈦磁鐵礦精礦制備成球團(tuán)礦及塊礦，或制備二元堿度在1.0~1.3范圍內(nèi)的自熔性球團(tuán)，在COREX預(yù)還原豎爐中被熔融氣化爐產(chǎn)生的爐氣還原后得到還原料，還原料的主要成分及含量為TFe 60~75%，TiO215~25%，V2O5 0.5~1.5%，Cr2O30.5~1.5%;預(yù)還原過(guò)程中，原料中的鐵氧化物被還原為金屬鐵和低氧化態(tài)的釩鈦化合物。預(yù)還原豎爐內(nèi)的溫度維持在1000~1250℃之間，以保證還原反應(yīng)的有效進(jìn)行;

(3)原料預(yù)混：將破碎磨選后的直接還原鐵粒與粒煤預(yù)混，煤鐵質(zhì)量比優(yōu)選為0.4~1，所使用的粒煤為非焦煤或半焦(蘭炭)，粒煤平均粒度為5~30mm，混合后至料倉(cāng)備用;

(4)氣化熔融還原：將預(yù)混的原料加入至熔融氣化爐中，通過(guò)噴槍噴吹煤粉、重油或天然氣等燃料及純氧的燃燒來(lái)維持熔池溫度在1450~1530℃，控制爐內(nèi)氣氛、添加溶劑等方式來(lái)調(diào)節(jié)渣的成分，如渣中TiO2含量過(guò)高超過(guò)10%，則通過(guò)配入高品位鐵精粉或加入CaO、SiO2、MgO等氧化性溶劑的方式調(diào)節(jié)，當(dāng)爐內(nèi)溫度過(guò)高時(shí)降低噴吹燃料的強(qiáng)度，排渣放鐵時(shí)增加高溫放散爐氣的噴吹以維持熔池溫度。維持渣中的TiO2含量5~10%，碳氮化鈦的含量1~5%，黏度0.1~1.5Pa·s。鐵水中TFe 95~99%，TiO20.1~1%，V2O50.1~0.5%，Cr2O31~3%。熔化的鐵水和渣通過(guò)各自的排放口被分別排出，鐵水進(jìn)一步送入煉鋼工序，而渣則作為副產(chǎn)品回收利用;

(5)放散爐氣側(cè)吹：整個(gè)預(yù)還原豎爐工藝流程中產(chǎn)生的爐氣被直接回收，與堿性氧氣轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的放散爐氣在中繼熱風(fēng)爐內(nèi)按體積分?jǐn)?shù)20~80%進(jìn)行混合，通過(guò)側(cè)吹噴槍調(diào)整位置，噴吹至渣鐵界面層中。其中，轉(zhuǎn)爐放散爐氣成分(體積分?jǐn)?shù)%)為CO 20~40%，CO230~40%，其余為N2，溫度為900~1100℃。預(yù)還原豎爐爐氣成分(體積分?jǐn)?shù))為CO 20~40%，CO240~70%，其余為CH4、SO2、H2。具體噴吹方式如下：

冶煉初期，渣層厚度和鐵水層厚度較淺，此時(shí)渣金液面高約900~1200mm，渣層厚度與鐵水層厚度的比值為0.4~0.6，側(cè)吹噴槍角度約65~85°，表壓強(qiáng)度0.1~0.25MPa，供氣強(qiáng)度0.8~1.6 m3/(t·min)，混合噴吹氣中轉(zhuǎn)爐放散爐氣比例為50~80%，混合噴吹氣成分中CO30~40%，CO230~40%，其余主要成分為CH4、H2，混合氣溫度800~1000℃，渣鐵攪動(dòng)劇烈程度較低，還原勢(shì)高，處于初始還原造渣期，渣相逐漸增多，鐵水層逐漸變厚，但由于加入大量爐料為冷料，爐體和熔池整體溫度較低約1350~1450℃;

冶煉末期，渣層厚度和鐵水厚度達(dá)到2000~2500mm，渣層厚度與鐵水層厚度的比值為1.0~1.3，側(cè)吹噴槍角度約25~45°，表壓強(qiáng)度0.15~0.25MPa，供氣強(qiáng)度1.0~2.0 m3/(t·min)，混合噴吹氣中轉(zhuǎn)爐放散爐氣比例為20~50%，混合噴吹氣成分中CO 20~30%，CO240~50%，其余主要成分為N2，混合氣溫度為800~1000℃，此時(shí)渣鐵界面反應(yīng)活性降低，降低噴吹強(qiáng)度，增大CO2比例，有降低熔池反應(yīng)烈度和爐氣煙塵的作用，促進(jìn)渣層與鐵水層的分離，同時(shí)充分利用爐氣自身物理熱對(duì)爐體進(jìn)行熱量補(bǔ)充，降低燃料的噴吹強(qiáng)度，爐體和熔池整體溫度仍保持在1600~1800℃;

[0040]對(duì)比例1：高爐冶煉釩鈦磁鐵礦

目的：研究釩鈦磁鐵礦在傳統(tǒng)高爐中的冶煉效果。

[0041]礦物成分：釩鈦磁鐵礦精礦的主要成分及含量為TFe：60%，TiO2：25%，V2O5：1.5%。

[0042]原料粒度：10~20mm。

[0043]冶煉溫度：1530℃。

[0044]結(jié)果：

Ti(CN)含量：6%。

[0045]黏度：2.5 Pa·s。

[0046]當(dāng)釩鈦磁鐵礦精礦中TiO2含量為25%時(shí)，高爐透氣性惡化至30%(相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)透氣性的百分比下降)，渣質(zhì)流動(dòng)性變差，冶煉過(guò)程中出現(xiàn)了嚴(yán)重的透氣性不良問(wèn)題。

[0047]實(shí)施例1：歐冶爐冶煉釩鈦磁鐵礦

目的：使用歐冶爐技術(shù)替代傳統(tǒng)高爐，并利用轉(zhuǎn)爐副產(chǎn)放散爐氣作為鼓風(fēng)氣源。

[0048]礦物成分：釩鈦磁鐵礦精礦的主要成分及含量為TFe：60%，TiO2：25%，V2O5：1.5%。將釩鈦磁鐵礦精礦制備成球團(tuán)礦及塊礦，或制備二元堿度在1.0~1.3范圍內(nèi)的自熔性球團(tuán)，在COREX預(yù)還原豎爐中被氣化熔融爐產(chǎn)生的煤氣還原后得到還原料。預(yù)還原豎爐內(nèi)的溫度維持在1000~1250℃之間。

[0049]原料粒度：高溫還原料經(jīng)過(guò)出料口的水冷換熱器換熱降溫后，再將溫度在200~500℃的還原料通過(guò)傳送裝置送入破碎機(jī)進(jìn)行破碎，破碎后的還原料的平均粒度為10~30mm，溫度在60~90℃。將破碎冷卻后的原料進(jìn)行磨選，選出含釩富鈦料及還原鐵，將含釩富鈦料送入濕法工序進(jìn)行提釩提鈦。磨選后的含釩富鈦料主要成分及含量為TFe 18%，TiO245%，V2O52.3%，Cr2O31.2%。還原鐵的成分為TFe 95%，TiO23.9%，V2O50.18%，Cr2O31.1%。

[0050]煤鐵混合：將破碎磨選后的直接還原鐵粒與粒煤預(yù)混，煤鐵質(zhì)量比為0.8，所使用的粒煤為半焦，粒煤平均粒度為5~30mm，其中10~25mm的占90%以上，混合后至料倉(cāng)。

[0051]冶煉溫度：1500℃。

[0052]副產(chǎn)放散爐氣組成：20~35% CO，30~40% CO2，其余N2。

[0053]整個(gè)預(yù)還原豎爐工藝流程中產(chǎn)生的爐氣被直接回收，與堿性氧氣轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的放散爐氣在中繼熱風(fēng)爐內(nèi)進(jìn)行混合，平均副產(chǎn)放散爐氣比例(體積分?jǐn)?shù))為：45~60%。

[0054]具體噴吹方式如下：

冶煉初期，渣層厚度和鐵水層厚度較淺，此時(shí)渣金液面高約900~1200mm，渣層厚度與鐵水層厚度的比值為0.4~0.6，側(cè)吹噴槍角度約65~85°，表壓強(qiáng)度0.1~0.25MPa，供氣強(qiáng)度0.8~1.6 m3/(t·min)，混合噴吹氣中轉(zhuǎn)爐放散爐氣比例為55%，混合噴吹氣成分中CO 31%，CO237%，其余主要成分為CH4、H2，混合氣溫度900℃，渣鐵攪動(dòng)劇烈程度較低，還原勢(shì)高，處于初始還原造渣期，渣相逐漸增多，鐵水層逐漸變厚，但由于加入大量爐料為冷料，爐體和熔池整體溫度較低約1440℃;

冶煉中期，渣層厚度和鐵水層厚度達(dá)到1500~1800mm，渣層厚度與鐵水層厚度的比值為0.6~0.8，側(cè)吹噴槍角度約45~65°，表壓強(qiáng)度0.25~0.45MPa，供氣強(qiáng)度1.8~2.8 m3/(t·min)，混合噴吹氣中轉(zhuǎn)爐放散爐氣比例為60%，混合噴吹氣成分中CO 33%，CO245%，其余主要成分為N2等，混合氣溫度為900℃，此時(shí)渣鐵界面反應(yīng)劇烈，大量金屬元素被還原，渣層厚度和鐵水層厚度增加速度進(jìn)一步加快，側(cè)吹攪拌作用劇烈，渣鐵界面層形成“涌泉”狀攪動(dòng)漩渦，熔池中粒煤與CO2反應(yīng)生成CO氣體，上溢至熔池上方燃燒區(qū)燃燒，爐體和熔池整體溫度上升至1700℃;

冶煉末期，渣層厚度和鐵水厚度達(dá)到2000~2500mm，渣層厚度與鐵水層厚度的比值為1.0~1.3，側(cè)吹噴槍角度約25~45°，表壓強(qiáng)度0.15~0.25MPa，供氣強(qiáng)度1.0~2.0 m3/(t·min)，混合噴吹氣中轉(zhuǎn)爐放散爐氣比例為50%，混合噴吹氣成分中CO 28%，CO244%，其余主要成分為N2，混合氣溫度為900℃，此時(shí)渣鐵界面反應(yīng)活性降低，降低噴吹強(qiáng)度，增大CO2比例，有降低熔池反應(yīng)烈度和爐氣煙塵的作用，促進(jìn)渣層與鐵水層的分離，同時(shí)充分利用爐氣自身物理熱對(duì)爐體進(jìn)行熱量補(bǔ)充，降低燃料的噴吹強(qiáng)度，爐體和熔池整體溫度仍保持在1600~1800℃;

排渣放鐵階段，由于鐵水和渣帶走熱量，爐體溫度降低至1450℃左右，渣鐵層厚度降至900mm以下，此時(shí)可適當(dāng)增加放散爐氣噴吹量以維持熔池溫度，調(diào)整噴槍角度在15~30°之間，位于熔池的上方，噴吹混合氣中轉(zhuǎn)爐放散爐氣的比例約45%，供氣強(qiáng)度1.3~2.3 m3/(t·min)，混合氣中CO 28%，CO239%，其余主要成分為N2等，爐氣溫度900℃，熔池?zé)o攪拌，熔池上方氣壓較無(wú)側(cè)吹噴槍時(shí)增加，排渣放鐵速度加快，增加了生產(chǎn)效率，爐體和熔池溫度可維持在1540℃。

[0055]結(jié)果：

Ti(CN)含量：4%。

[0056]黏度：1.2 Pa·s。

[0057]盡管釩鈦磁鐵礦精礦中TiO2含量仍然較高，但采用歐冶爐并利用轉(zhuǎn)爐副產(chǎn)放散爐氣作為鼓風(fēng)氣源的技術(shù)使渣質(zhì)流動(dòng)性顯著提高，透氣性僅惡化至10%(相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)透氣性的百分比下降)，透氣性問(wèn)題得到有效緩解。

[0058]實(shí)施例2：提高歐冶爐中副產(chǎn)放散爐氣的使用量

目的：在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，增加歐冶爐鼓風(fēng)中的副產(chǎn)放散爐氣使用量，則混合氣中CO的分壓越高，以進(jìn)一步減少碳氮化鈦(Ti(CN))的生成。

[0059]礦物成分：TFe：60%，TiO2：25%，V2O5：1.5%。

[0060]原料粒度：10~20mm。

[0061]冶煉溫度：1480℃。

[0062]爐氣溫度：1000℃。

[0063]副產(chǎn)放散爐氣組成：

初期36% CO，34% CO2，其余N2;

中期35% CO，43% CO2，其余N2;

末期30% CO，41% CO2，其余N2;

排渣放鐵期29% CO，38% CO2，其余N2;

側(cè)吹副產(chǎn)放散爐氣平均比例：60~75%。其中初期70%，中期75%，末期65%，排渣放鐵期60%。