CN101985697B

CN101985697B - 高钛型高炉渣碳化的电炉装炉工艺

Info

Publication number: CN101985697B
Application number: CN2010105378475A
Authority: CN
Inventors: 李良; 杨仰军; 张继东; 黄家旭
Original assignee: Pangang Group Steel Vanadium and Titanium Co Ltd; Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Steel Vanadium and Titanium Co Ltd; Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority date: 2010-11-10
Filing date: 2010-11-10
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2030-11-10
Also published as: CN101985697A

Abstract

本发明涉及高钛型高炉渣的综合利用领域，提供了一种高钛型高炉渣碳化的电炉装炉工艺，包括如下步骤：1)控制高炉出渣温度在1450℃以上；2)液态高炉渣通过渣沟引入渣罐车；3)通过高炉渣凝固形成的渣壳、渣罐车对液态高炉渣进行密闭保温；4)通过渣罐车将渣运送至电炉，转运时间≤2小时；5)破开渣壳，通过导流板和导流槽将液态高炉渣导入电炉。通过液态渣装炉，对高炉渣中赋有的热量最大程度的进行了保留，从而可以降低高炉渣高温碳化工艺的能量消耗，减少高炉渣高温碳化冶炼所需时间，避免了现有水淬渣对水资源的浪费；同时，对现有设备改动小，容易实施、实现成本低能。适用于高钛型高炉渣碳化的装炉。

Description

高钛型高炉渣碳化的电炉装炉工艺

技术领域

本发明涉及高钛型高炉渣的综合利用领域，尤其是一种高钛型高炉渣碳化的电炉装炉工艺。

背景技术

在钒钛磁铁矿的高炉冶炼过程中，约80～90％的Ti会进入高炉渣，这种高炉渣通常被称为高钛型高炉渣。根据高炉冶炼时钒钛磁铁矿配比的不同，高钛型高炉渣中TiO₂含量不同，但通常在20～29％之间。与普通的高炉渣基本为酸性的玻璃相不同，高钛型高炉渣是一种极为复杂且特殊的体系，主要成分为Ti、Ca、Si、Al、Mg，其次为Fe、V、Mn、P和S等，是一种碱性渣，受渣中大量熔点高、结晶性能强的矿物组成影响，玻璃质极少，是一种熔化性温度高的短渣，根据成分和碱度的不同，其熔化性温度约在1200～1400℃之间。

从高钛型高炉渣中进行钛的分离是高钛型高炉渣的一种重要的综合利用途径。而作为一种重要的钛分离技术，首先通过碳化高钛型高炉渣制取TiC，再通过TiC低温氯化制备TiCl₄，最终通过水化或镁还原TiCl₄获得钛白粉或海绵钛。

高钛型高炉渣的碳化通过电炉进行，在电炉中用碳质还原剂对高炉渣进行还原碳化处理，将钛还原为碳化钛，碳化处理后的高炉渣称即为碳化渣。碳化电耗较高是碳化渣生产成本过高的直接原因，其电费占该工序直接生产成本的85％以上。因此，冶炼电耗是高温碳化工序最为重要的技术指标和经济指标。

电炉还原碳化高炉渣过程中的能量消耗包括：高炉冷渣的升温、熔化及液态渣升温吸热、还原剂煤的升温及煤中灰分的熔化和升温吸热、TiO₂与碳的还原碳化反应吸热以及部分还原剂碳的燃烧放热等。从电炉还原碳化高炉渣的能量消耗看，提供装炉高炉渣、还原剂的温度将有效降低碳化工序的能耗，因此为最大限度的利用高炉渣显热，采用熔融状态的高炉渣进行液态热装炉的设想很早就被提出。

液态热装炉，为保证高炉渣运到碳化车间时还处于熔融状态，且能够顺利装入电炉进行冶炼，要求高炉渣必须具有较好的流动性，但实际上高钛型高炉渣是典型的短渣，其熔化性温度高，极易凝固结块，因此电炉必须建在离高炉很近的地方，才有可能实现液态高炉渣热装入炉，受客观条件限制，很难实现。或者可将现有渣罐改为移动电炉，但相关设施及实现所产生的费用难以估计，实施难度很大，很可能因此而增加成本将远高于利用其熔融显热所降低的成本，而且对其复杂附属设施进行相关维护所产生的困难也不可小视。因此目前，液态渣热装入炉的实施难度大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能实现液态渣装炉且容易实施、实现成本低的高钛型高炉渣碳化的电炉装炉工艺。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：高钛型高炉渣碳化的电炉装炉工艺，包括如下步骤：1)、控制高炉出渣温度在1450℃以上；2)、液态高炉渣通过渣沟引入渣罐车；3)、通过高炉渣凝固形成的渣壳、渣罐车对液态高炉渣进行密闭保温；4)、通过渣罐车将渣运送至电炉，转运时间≤2小时；5)、破开渣壳，通过导流板和导流槽将液态高炉渣导入电炉。

进一步的，在所述步骤5)之前对电炉进行预热，预热温度在1200℃以上。

进一步的，所述步骤2)中渣沟的敞口通过设置有耐火材料内衬的盖子封闭。

进一步的，所述步骤5)通过吊具和重锤破开渣壳。

作为一种优选，所述高炉渣的碱度控制在1.00～1.20。

进一步的，所述渣壳由渣罐车内的液态高炉渣表层凝固形成。

进一步的，在步骤2)渣罐车接渣完成后，设置有向渣罐车内高炉渣表面均匀铺撒碱性氧化物造渣料的步骤；该步骤通过向渣罐车内高炉渣表面均匀铺撒碱性氧化物造渣料，提高渣罐车内高炉渣表层的局部碱度在1.2以上，在渣罐车内高炉渣表层形成初始渣壳。

作为一种优选，在向渣罐车内高炉渣表面均匀铺撒碱性氧化物造渣料的步骤中，控制高炉渣表层的局部碱度在1.20～1.25，初始渣壳厚度在1～1.5mm。

作为一种优选，在向渣罐车内高炉渣表面均匀铺撒碱性氧化物造渣料的步骤中的碱性氧化物造渣料为MgO。

作为一种优选，按重量百分比高炉渣的成分包括Al₂O₃ 12～14％、MgO 8～10％、TiO₂ 20～25％。

本发明的有益效果是：通过渣壳和渣罐车在高炉渣运送过程中形成密闭空间对高炉渣进行保温，渣壳和渣罐车隔绝了液态渣和外界接触，降低了辐射热、对流散热，具有很好的保温性能，转运时间在2小时内，按现有的渣罐车，运输距离接近50公里，到达电炉的渣温在1300℃以上，在实现液态渣装炉的同时，对现有设备改动小，容易实施、实现成本低能。同时，渣壳在转运过程中还能起到良好保护作用。本发明对高炉渣中赋有的热量最大程度的进行了保留，从而可以降低高炉渣高温碳化工艺的能量消耗，减少高炉渣高温碳化冶炼所需时间，同时避免了现有水淬渣对水资源的浪费。

具体实施方式

本发明的高钛型高炉渣碳化的电炉装炉工艺，包括如下步骤：1)、控制高炉出渣温度在1450℃以上；2)、液态高炉渣通过渣沟引入渣罐车；3)、通过高炉渣凝固形成的渣壳、渣罐车对液态高炉渣进行密闭保温；4)、通过渣罐车将渣运送至电炉，转运时间≤2小时；5)、破开渣壳，通过导流板和导流槽将液态高炉渣导入电炉。

炉渣没有确定的熔点，熔化性温度指炉渣完全熔化为液相的温度，或液态炉渣冷却时开始析出固相的温度。因此，温度是影响炉渣黏度的主要因素，一般黏度随温度升高而降低，其中短渣在温度超过熔化性温度的拐点以后，黏度低但随温度的变化不大。通过渣壳和渣罐车在高炉渣运送过程中形成密闭空间对高炉渣进行保温，渣壳和渣罐车隔绝了液态渣和外界接触，降低辐射热、对流散热，具有很好的保温性能，渣壳在转运过程中还能起到良好安全保障作用。本发明对高炉渣中赋有的热量最大程度的进行了保留，从而可以降低高炉渣高温碳化工艺的能量消耗，减少高炉渣高温碳化冶炼所需时间，同时避免了现有水淬渣对水资源的浪费。同时，本方法对现有设备改动小，容易实施、实现成本低能。

根据测算，接渣温度在1450℃，转运时间为2小时，到达电炉的渣温在1300℃以上，1300℃足以保证在各碱度、成分的条件下，将高炉渣导入电炉对渣流动性的要求；同时，按现有渣罐车的性能，2个小时运输距离接近50公里，足以在时间和空间上对高炉和电炉碳化进行匹配，因此能够实现液态渣装炉。

为了降低电炉和液态高炉渣之间的温差，保证液态热装炉的顺利进行，尤其是刚开始导入液态高炉渣时可能存在的凝固现象对炉渣导入的影响，在所述步骤5)之前对电炉进行预热，预热温度在1200℃以上。

为了降低将高炉渣引入渣罐车过程中的热量损失，所述步骤2)中渣沟的敞口通过设置有耐火材料内衬的盖子封闭。

破壳过程中，可能存在炉渣的外溅，因此为了保证操作人员的安全，所述步骤5)通过吊具和重锤破开渣壳。

高炉渣黏度和温度的曲线，受碱度影响，因此，除温度外，高炉渣的碱度对最终将高炉渣导入电炉时的流动性也存在影响。另外，温度过低、碱度过高同样会导致渣壳增厚，增加破壳的难度。因此，最好的，在高炉冶炼过程中，在根据高炉冶炼性能对碱度进行控制的同时，尽量降低炉渣的碱度。

针对高炉冶炼状态的控制，炉渣黏度过高，则在滴落带不能顺利流动，降低焦炭骨架的空隙度，增加煤气阻力，影响高炉顺行；黏度低、流动性好的炉渣有利于脱硫，黏度大、流动性差的炉渣不利于脱硫；黏度过高的炉渣发生黏沟、渣口凝渣等现象，造成放渣困难；黏度高的炉渣在炉内容易形成渣皮，起保护炉衬的作用，而黏度过低，流动性过好的炉渣冲刷炉衬，缩短高炉寿命。因此，高炉冶炼碱度通常控制在1.0～1.3之间。另外，根据在不同碱度条件下，炉渣黏度与温度的关系曲线，当碱度小于1.2时，炉渣的熔化性温度较低，相应其黏度也较低；随着碱度的提高，熔化性温度上升，黏度也升高。因此，为了进一步保证热装炉的顺利进行，避免熔化性温带过高，保证高炉渣的流动性，尤其是到达电炉时的流动性，减小渣壳厚度，方便破壳，最好能控制炉渣碱度小于或等于1.2。因此，综合高炉和转运对高炉渣碱度的要求，最好的，所述高炉渣的碱度控制在1.00～1.20。具体运用中，碱度的选择根据高炉的冶炼状态进行控制和优化。

所述渣壳可以通过预制，并在接渣完成后吊装密闭渣罐车，但操作困难，若操作时间过长反而增加高炉渣的温降。因此，最好的，所述渣壳由渣罐车内的液态高炉渣表层凝固形成。

所述渣壳可以在转运过程中由渣罐车内的液态高炉渣表层凝固形成。为了实现快速结壳，进一步减少热量散失，在步骤2)渣罐车接渣完成后，设置有向渣罐车内高炉渣表面均匀铺撒碱性氧化物造渣料的步骤；该步骤通过向渣罐车内高炉渣表面均匀铺撒碱性氧化物造渣料，提高渣罐车内高炉渣表层的局部碱度在1.2以上，在渣罐车内高炉渣表层形成初始渣壳。通过均匀铺撒能防止造渣料的扩散，避免对表层下方高炉渣碱度的影响，表层高炉渣流动性的降低同样降低了造渣料在炉渣中的扩散。碱性氧化物造渣料，可以是MgO、BaO、MnO、CaO等。热量损失的减少，不仅有利于炉渣的液态热装炉，也避免了结壳过厚，方便破壳。

为了避免结壳过厚，降低造渣料的扩散深度，进一步避免对炉渣整体碱度的影响，最好的，在向渣罐车内高炉渣表面均匀铺撒碱性氧化物造渣料的步骤中，控制高炉渣表层的局部碱度在1.20～1.25，初始渣壳厚度在1～1.5mm。初始渣壳并不是撒下造渣料后立即形成，其也由一个过程，上述初始渣壳厚度可以理解为撒下造渣料后对高炉渣表层的影响深度。根据初始碱度、目标碱度、对应初始结壳厚度的炉渣体积，测算每平方所需要铺撒的造渣料的量。

采用MgO时，能通过提高碱度提高炉渣的熔化性温度，使得渣体表面结壳更迅速；MgO还能带入较多的O^2-，减少Si-O、Al-O阴离子团的聚合度，降低粘度和结壳硬度，方便破壳。因此，最好的，在向渣罐车内高炉渣表面均匀铺撒碱性氧化物造渣料的步骤中的碱性氧化物造渣料为MgO。

在碱度相同的前提下，炉渣成分对温度黏度曲线也有影响，就高钛型高炉渣而言，其主要成分包括CaO、SiO₂、MgO、Al₂O₃、TiO₂，主要对温度黏度曲线造成影响的成分包括MgO、Al₂O₃、TiO₂。碱度相同时，随着TiO₂含量的增加熔化性温度升高；MgO对熔化性温度的影响和碱度有关，对于高钛型高炉渣，随着MgO含量的增加熔化性温度升高，但6％～10％范围内，影响较小，且MgO含量在8～12％时有利于改善炉渣的稳定性和难熔性；Al₂O₃对熔化性温度的影响程度同样和碱度有关，随着Al₂O₃含量的增加熔化性温度升高，碱度大于1.3时影响较小。因此，作为一种最优的方案，按重量百分比高炉渣的成分包括Al₂O₃ 12～14％、MgO 8～10％、TiO₂ 20～25％。

实施例

在某厂进行了工程试验，包括如下步骤：

1)、控制高炉出渣温度在1450℃以上，碱度为1.00～1.20，按重量百分比高炉渣的成分包括SiO₂ 20～25％、Al₂O₃ 12～14％、CaO 26～28％、MgO 8～10％、TiO₂ 20～25％、V₂O₅ 0.3～0.5％，渣的具体成分如表1所示；

表1、高炉渣的成分列表

2)、液态高炉渣通过渣沟引入渣罐车，其中渣沟的敞口通过设置有耐火材料内衬的盖子封闭，渣罐车采用普通的ZG30V铸钢渣罐车，长宽高尺寸为4300×3380×2980mm；

渣罐车接渣完成后，向渣罐车内高炉渣的表面均匀铺撒碱性氧化物造渣料MgO，提高渣罐车内高炉渣表层的局部碱度在1.20～1.25，在渣罐车内高炉渣表层形成初始渣壳，初始渣壳厚度控制在1～1.5mm，根据测算MgO添加量为3.5～4.5kg/m²，实际添加量为4±0.5kg/m²；

3)、由渣罐车内的液态高炉渣表层凝固形成，通过高炉渣凝固形成的渣壳、渣罐车对液态高炉渣进行密闭保温；

4)、通过渣罐车将渣运送至电炉，转运时间≤2小时；

5)、通过吊具和重锤破开渣壳，破壳重锤重3T，吊具为电葫芦，通过导流板和导流槽将液态高炉渣导入电炉。电炉为首炉时，在导入炉渣前进行预热，预热温度在1200℃以上；连续生产时，通过控制生产节奏保证电炉的温度。

出渣温度、到达温度、运送时间、渣壳厚度的监控数据见表2。温度均高于1300℃，因此均能满足液态热装炉对炉渣流动性的要求。

表2、转运过程的监控结果列表

Claims

1.高钛型高炉渣碳化的电炉装炉工艺，包括如下步骤：

1)、控制高炉出渣温度在1450℃以上；

2)、液态高炉渣通过渣沟引入渣罐车；

3)、通过高炉渣凝固形成的渣壳、渣罐车对液态高炉渣进行密闭保温；

4)、通过渣罐车将渣运送至电炉，转运时间≤2小时；

5)、破开渣壳，通过导流板和导流槽将液态高炉渣导入电炉。

2.如权利要求1所述的高钛型高炉渣碳化的电炉装炉工艺，其特征在于：在所述步骤5)之前对电炉进行预热，预热温度在1200℃以上。

3.如权利要求1所述的高钛型高炉渣碳化的电炉装炉工艺，其特征在于：所述步骤2)中渣沟的敞口通过设置有耐火材料内衬的盖子封闭。

4.如权利要求1所述的高钛型高炉渣碳化的电炉装炉工艺，其特征在于：所述步骤5)通过吊具和重锤破开渣壳。

5.如权利要求1所述的高钛型高炉渣碳化的电炉装炉工艺，其特征在于：所述高炉渣的碱度控制在1.00～1.20。

6.如权利要求1、2、3、4或5所述的高钛型高炉渣碳化的电炉装炉工艺，其特征在于：所述渣壳由渣罐车内的液态高炉渣表层凝固形成。

7.如权利要求6所述的高钛型高炉渣碳化的电炉装炉工艺，其特征在于：在步骤2)渣罐车接渣完成后，设置有向渣罐车内高炉渣表面均匀铺撒碱性氧化物造渣料的步骤；该步骤通过向渣罐车内高炉渣表面均匀铺撒碱性氧化物造渣料，提高渣罐车内高炉渣表层的局部碱度在1.2以上，在渣罐车内高炉渣表层形成初始渣壳。

8.如权利要求7所述的高钛型高炉渣碳化的电炉装炉工艺，其特征在于：在向渣罐车内高炉渣表面均匀铺撒碱性氧化物造渣料的步骤中，控制高炉渣表层的局部碱度在1.20～1.25，初始渣壳厚度在1～1.5mm。

9.如权利要求8所述的高钛型高炉渣碳化的电炉装炉工艺，其特征在于：在向渣罐车内高炉渣表面均匀铺撒碱性氧化物造渣料的步骤中的碱性氧化物造渣料为MgO。

10.如权利要求9所述的高钛型高炉渣碳化的电炉装炉工艺，其特征在于：按重量百分比高炉渣的成分包括Al₂O₃ 12～14％、MgO 8～10％、TiO₂ 20～25％。