一種轉底爐直接還原含釩鈦鐵礦的方法

2023-10-05 13:12:54 1

一種轉底爐直接還原含釩鈦鐵礦的方法
【專利摘要】本發明提供了一種轉底爐直接還原含釩鈦鐵礦的方法。所述方法包括：將含釩鈦鐵礦、碳質還原劑和瀝青按(95～105)：(22～30)：(6～13)配比並混料，經高壓壓製成生球，碳質還原劑為篩下焦粉和/或焦化廠除塵灰；烘乾生球；將生球裝入轉底爐，以使生球依次經歷轉底爐的預熱區、中溫區、高溫區和冷卻區，得金屬化球團，其中，預熱區、中溫區為1000～1250℃、高溫區為1300～1400℃，提高轉底爐的爐底轉速。本發明能夠充分利用煉鐵、焦化廠的碳質燃料，有效降低碳素的燃燒損失，保證了還原效果；同時採用瀝青作為粘結劑降低了雜質元素的帶入量，且具有價格優勢。上述多方面綜合能夠大大降低金屬化球團的生產成本。
【專利說明】一種轉底爐直接還原含釩鈦鐵礦的方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及含釩鈦鐵礦的非高爐還原【技術領域】，具體來講，涉及一種採用轉底爐 低成本直接還原含釩鈦鐵礦的方法。

【背景技術】
[0002] 目前，高爐一轉爐流程仍佔據著鋼鐵生產的主導地位，但也面臨著與日俱增的能 源與環保壓力，特別是對焦煤的依賴成為制約其發展的瓶頸問題。
[0003] 流程短、環境友好、不使用焦煤或焦煤用量低的非高爐煉鐵技術則不斷發展壯大， 尤其是以Midrex、HYL為代表的直接還原工藝，裝備數量分布越來越廣，直接還原鐵（亦稱 金屬化球團）的產量穩步提高。
[0004] 近幾年，轉底爐直接還原成為冶金領域的一個熱點，它以還原溫度高、還原速度 快，爐料與爐底相對靜止因而對爐料強度要求低等特點受到眾多廠家的青睞，此外，轉底爐 直接還原不需燒結工序，不使用焦炭，環境友好，符合當今社會清潔生產的主流思想，因此， 近年來多家企業建設轉底爐項目，用來處理冶金廢料或特殊礦種。
[0005] 馬鋼、日鋼、沙鋼等廠家用轉底爐處理含鉛鋅塵泥及鋼廠固體廢棄物；榮鋼採用轉 底爐還原普通鐵精礦，攀鋼依據自身特色資源優勢，用轉底爐處理釩鈦磁鐵礦，並配以電爐 熔分深還原、脫硫、提釩等工序，最終達到分離回收釩鈦磁鐵礦中鐵、釩、鈦的目的。
[0006] 發明人發現：對於典型的轉底爐還原釩鈦磁鐵礦工藝而言，其目前的主要制約問 題為生產成本較高、缺乏市場競爭力，例如，金屬化球團的生產成本約2100元/t，與釩鈦磁 鐵礦高爐冶煉鐵水的成本相當。因此，降低金屬化球團的生產成本，提高其市場競爭力，才 是轉底爐處理釩鈦磁鐵礦以及相關類似工藝能夠繼續存在及發展的重要途徑。


【發明內容】

[0007] 本發明的目的在於解決現有技術存在的上述不足中的至少一項。
[0008] 發明人經過對金屬化球團的生產成本主要構成進行仔細分析，發現：其中原輔材 料和能源介質所佔成本比例最高，約為總成本的85%?90%。
[0009] 基於上述發現，發明人提供了一種轉底爐直接還原含釩鈦鐵礦的方法。所述方法 包括以下步驟：將含釩鈦鐵礦、碳質還原劑和浙青按照重量配比為（95?105) : (22?30): (6?13)進行混料，經高壓壓制形成生球，其中，碳質還原劑為篩下焦粉和/或焦化廠除塵 灰；烘乾生球；將烘乾後的生球裝入轉底爐，以使生球依次經歷轉底爐的預熱區、中溫區、 高溫還原區和冷卻區，從而得到金屬化球團以及轉底爐廢煙氣，其中，通過助燃空氣和可燃 物的燃燒來將預熱區和中溫區的溫度控制為l〇〇〇°C?1250°C，並將高溫還原區的溫度控 制為1300°C?1400°C，同時，通過提高轉底爐的爐底轉速以縮短生球在預熱區和中溫區的 停留時間，並且所述方法還可包括：將轉底爐廢煙氣與助燃空氣進行換熱以將助燃空氣加 熱至400?600°C，以及將經第一次換熱後的轉底爐廢煙氣用於乾燥生球和/或用於乾燥含 釩鈦鐵礦。
[0010] 與現有技術相比，本發明的有益效果包括：能夠通過對轉底爐溫度和轉速的控制， 避免了碳素的燃燒損失，提升了還原效果，使轉底爐更好地發揮功效；能夠大大降低生產成 本；而且充分利用了鋼鐵廠的副產品資源。

【具體實施方式】
[0011] 在下文中，將結合示例性實施例來詳細說明本發明的轉底爐直接還原含釩鈦鐵礦 的方法。
[0012] 在本發明的一個示例性實施例中，轉底爐直接還原含釩鈦鐵礦的方法包括以下步 驟：
[0013] (1)配料並形成生球
[0014] 將含釩鈦鐵礦（例如，釩鈦磁鐵精礦粉）、碳質還原劑和浙青按照重量配比為 (95?105) : (22?30):出?13)進行混料。優選地，含釩鈦鐵礦、碳質還原劑和浙青的重 量配比為（97?103) : (24?28) : (8?11)。混合均勻後，經高壓壓制形成生球。例如，可 通過高壓壓球機將混合料壓制形成生球。其中，碳質還原劑為篩下焦粉和/或焦化廠除塵 灰。篩下焦粉和焦化廠除塵灰均為鋼鐵廠副產品，其價格低廉。
[0015] ⑵生球乾燥
[0016] 對生球進行烘乾處理。例如，可經帶式乾燥機對生球進行烘乾。
[0017] (3)加熱和還原生球
[0018] 將烘乾後的生球裝入轉底爐，以使生球依次經歷轉底爐的預熱區、中溫區、高溫 還原區和冷卻區，從而得到金屬化球團以及轉底爐廢煙氣。其中，通過助燃空氣和可燃 物（例如，煤氣等）的燃燒來將預熱區和中溫區的溫度控制為1000°C?1250°C，優選地 為1080°C?1150°C，並將高溫還原區的溫度控制為1300°C?1400°C，優選地為1350°C? 1380°C，同時，通過提高轉底爐的爐底轉速（例如，將爐底轉速控制在45min/r以內，譬 如，35min/r)以縮短生球在預熱區和中溫區的停留時間。例如，預熱區的溫度可控制為 1000°C?1080°C，優選地為1020°C?1060°C ;中溫區的溫度可控制為1150°C?1250°C，優 選地為 1180°C ?1230°C。
[0019] 這裡，對轉底爐的預熱區、中溫區和高溫還原區的溫度控制、以及對轉底爐的爐底 轉速的提高具有相互關聯和促進的作用。
[0020] 上述溫度範圍能夠在保證生產順行的條件下使生球經歷較高的加熱溫度和還原 溫度，這為縮短物料在預熱區和中溫區中的停留時間提供了有力條件，從而有利於節約生 球中的碳質還原劑。然而，如果溫度過高，則可能需要噴吹更多的助燃空氣進入爐內，使礦 煤混合球團中逸出的揮發分進一步充分燃燒，甚至還需要補充一定量的煤氣用來提升溫 度，如此一來，爐內的煙氣量增多，煙氣處理系統負荷增大，若煙氣不能及時抽出爐外，將導 致爐壓升高，裝料機處火焰外冒，嚴重時還會造成爆炸。
[0021] 提高轉底爐的爐底轉速能夠使物料經過各個區域的時間縮短。在本發明的上述溫 度範圍下，物料在預熱區和中溫區中的停留時間縮短，有利於使得物料快速完成加熱，從而 能夠避免升溫較慢以及升溫時間過長而導致生球中的碳質還原劑在此預熱區和中溫區中 作為燃料大量燃燒，進而能夠使得碳質還原劑儘可能發揮還原劑作用，改善了還原能力和 還原效果；同時，儘管物料在高溫還原區的停留時間也縮短了，然而，由於本發明的高溫還 原區具有較高的溫度，因此，物料的還原效果並未得到劣化。
[0022] (4)轉底爐廢煙氣的餘熱利用
[0023] 將轉底爐廢煙氣與助燃空氣進行換熱，以將助燃空氣加熱至400?600°C (優選為 500?580°C )，以及將經第一次換熱後的轉底爐廢煙氣用於乾燥生球和/或用於乾燥含釩 鈦鐵礦。
[0024] 下面結合對比例和具體示例來進一步說明本發明的示例性實施例及其效果。需要 說明的是，對比例僅僅是發明人出於說明本發明的效果而設定的。
[0025] 對比例
[0026] 年處理10萬t釩鈦磁鐵礦的轉底爐直接還原生產線，採用釩鈦磁鐵精礦、無煙煤、 有機粘結劑為原料，上述三種物料按精礦：煤粉：有機粘結劑=1000kg :300kg :60kg的比 例混合均勻，然後經高壓壓球機壓製成球，生球再經帶式乾燥機進行烘乾，烘乾後的幹球進 入轉底爐，在爐內隨爐底轉動依次經過預熱區、中溫區、高溫區、冷卻區，在出料區由出料螺 旋排出爐外，在此過程中，鐵氧化物被還原，礦煤混合球團逐步變化成為金屬化球團，也稱 海綿鐵，生產It金屬化球團需要幹球量約為1. 5t。預熱區、中溫區和高溫還原區的溫度分 別為950±10°C、1180±1(TC和1350±10°C。將轉底爐的爐底轉速為50min/r。經檢測，金 屬化球團的金屬化率為82?85%。金屬化率即為金屬化球團中MFe與TFe的比值。
[0027] 該對比例的主要成本計算如下：
[0028] 無煙煤價格為1030元/t，則300kg的費用為309元；
[0029] 有機粘結劑價格為7000元/t，則60kg的費用為420元；
[0030] 幹球質量：1000kg+300kg+60kg = 1360kg = 1. 36t，可產出 0· 91t 金屬化球團。
[0031] 可見，對應噸金屬化球團的還原劑（無煙煤）投入為340. 8元，有機粘結劑投入為 463 元。
[0032] 此外，加上精礦等其他原輔材料、備品備件、人工及設備折舊等費用，噸金屬化球 團的成本為2150元。
[0033] 示例 1
[0034] 年處理10萬t釩鈦磁鐵礦的轉底爐直接還原生產線，採用釩鈦磁鐵精礦、焦化廠 除塵灰、浙青為原料，上述三種物料按精礦：焦化廠除塵灰：浙青=l〇〇〇kg :175kg :88kg的 比例混合均勻，然後經高壓壓球機壓製成球，生球再經帶式乾燥機進行烘乾，烘乾後的幹球 進入轉底爐，在爐內隨爐底轉動依次經過預熱區、中溫區、高溫區、冷卻區，在出料區由出料 螺旋排出爐外，在此過程中，鐵氧化物被還原，礦煤混合球團逐步變化成為金屬化球團，也 稱海綿鐵，生產It金屬化球團需要幹球量約為1. 5t。其中，通過助燃空氣和煤氣的燃燒，將 預熱區、中溫區和高溫還原區的溫度分別控制為1030±101：、1200±101：和1365±151：， 同時，將轉底爐的爐底轉速控制為40min/r。經檢測，金屬化球團的金屬化率為83?86%。
[0035] 在本示例中，轉底爐的預熱區和中溫區的溫度提升後，球團快速升溫，碳素的燃燒 損耗降低，這對降低還原劑的配入量具有積極作用；此外，由於浙青中固定碳也能作為還原 劑使用，故採用浙青作為粘結劑後，還原劑的配入量也得以降低。
[0036] 該本示例的主要成本計算如下：
[0037] 焦化廠除塵灰價格800元/t，則175kg的費用為140元；
[0038] 浙青價格為2000元/t，則88kg的費用為176元；
【權利要求】
1. 一種轉底爐直接還原含釩鈦鐵礦的方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟： 將含釩鈦鐵礦、碳質還原劑和浙青按照重量配比為（95?105) : (22?30) : (6?13) 進行混料，經高壓壓制形成生球，其中，碳質還原劑為篩下焦粉和/或焦化廠除塵灰； 烘乾生球； 將烘乾後的生球裝入轉底爐，以使生球依次經歷轉底爐的預熱區、中溫區、高溫還原 區和冷卻區，從而得到金屬化球團以及轉底爐廢煙氣，其中，通過助燃空氣和可燃物的燃 燒來將預熱區和中溫區的溫度控制為l〇〇〇°C?1250°C，並將高溫還原區的溫度控制為 1300°C?1400°C，同時，通過提高轉底爐的爐底轉速以縮短生球在預熱區和中溫區的停留 時間。
2. 根據權利要求1所述的轉底爐直接還原含釩鈦鐵礦的方法，其特徵在於，所述方法 還包括：將轉底爐廢煙氣與助燃空氣進行換熱以將助燃空氣加熱至400?600°C，以及將經 第一次換熱後的轉底爐廢煙氣用於乾燥生球和/或用於乾燥含釩鈦鐵礦。
3. 根據權利要求1所述的轉底爐直接還原含釩鈦鐵礦的方法，其特徵在於，所述含釩 鈦鐵礦、碳質還原劑和浙青的重量配比為（97?103) : (24?28) : (8?11)。
4. 根據權利要求1所述的轉底爐直接還原含釩鈦鐵礦的方法，其特徵在於，所述預熱 區和中溫區的溫度為1080°C?1200°C。
5. 根據權利要求1所述的轉底爐直接還原含釩鈦鐵礦的方法，其特徵在於，所述高溫 還原區的溫度為1350°C?1380°C。
6. 根據權利要求1所述的轉底爐直接還原含釩鈦鐵礦的方法，其特徵在於，所述將轉 底爐廢煙氣與助燃空氣進行換熱的步驟將助燃空氣加熱至500?580°C。
7. 根據權利要求1所述的轉底爐直接還原含釩鈦鐵礦的方法，其特徵在於，所述轉底 爐的爐底轉速為35?45min/r。
【文檔編號】C21B13/00GK104060013SQ201410304986
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月30日 優先權日:2014年6月30日
【發明者】秦潔, 劉功國, 文永才, 李佔軍, 齊建玲, 陶昱中 申請人:攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司