一種富氧頂吹熔融還原冶煉高鈦鐵礦的方法
2023-09-23 23:39:45 1
專利名稱：一種富氧頂吹熔融還原冶煉高鈦鐵礦的方法
技術領域：
本發明涉及一種在富氧頂吹熔融還原條件下利用普通煤粉作還原劑冶煉高鈦鐵 礦的方法，同時利用高溫爐氣預熱富氧和爐料，壓縮經處理的高熱值尾氣作載氣噴吹爐料 進入熔融還原爐，從而能更高效利用熔融還原爐產生的高溫爐氣，屬於能源與冶金技術領 域。
背景技術：
當今，中國經濟高速發展，現代化建設對鋼鐵的需求依然呈剛性狀態。在年年壓縮 產量的壓力下，國內的年鋼產量依然快速增長，淘汰落後產能依然困難重重。高爐煉鐵經過 幾百年的發展成為世界的主流工藝，然而其工藝流程長、投資大、對環境汙染嚴重、操作靈 活性差、對入爐原料選擇性差，特別是焦煤資源的短缺和高爐系統的高能耗，阻礙了高爐煉 鐵的進一步發展。如今，非高爐煉鐵技術迅猛發展，COREX是唯一得以工業化的一項工藝， 其它技術也逐漸日趨成熟。在我國鐵礦儲量中，貧鐵礦佔總儲量的98. 1 %。高爐對鐵礦的要求也比較高，使得 我國諸多貧鐵礦不能用於正常冶煉。然而當今國際鐵礦石價格一路攀升，特別是2010年中 鋼協與三大礦山談判失敗，使得我國鋼鐵企業的生存更加困難。當今世界，低碳經濟已經不只是口號，它需要世界各國共同努力來節約資源和保 護地球生態環境。我國的節能減排工作在「十一五」前四年取得重要進展，全國單位國內生 產總值能耗累計下降14. 38%，但與「十一五」降低20%左右的目標仍有較大差距，特別是 去年三季度以來，高耗能、高排放行業快速增長，一些淘汰的落後產能死灰復燃，能耗強度 下降趨勢減緩甚至由降轉升，節能減排形勢十分嚴峻。所以，採用新冶煉技術開發我國現有的大量貧鐵礦迫在眉睫，我國攀西地區儲藏 有幾十億噸的釩鈦磁鐵礦，另外雲南地區也儲藏有大量的高鈦鐵礦，這些鐵礦在現有的高 爐技術下，難以正常冶煉。採用富氧頂吹熔融還原技術冶煉已經被試驗驗證具有較好的效 果。利用熔融還原爐內的強氧化性氣氛和鈦氧親和力高的特點使得鈦在爐渣中富集，從而 達到理想冶煉效果。
發明內容
本發明高效利用高溫爐氣的冶煉新技術在上述環境下應運而生，用於解決高爐煉 鐵技術能耗高、汙染大、熱效率低以及我國大儲量貧鐵礦在高爐難以冶煉的問題。此工藝對 原料要求簡單，不需煉焦、燒結造球等工序，而且投資建設、操作成本低，對環境影響較小。 在高溫爐氣利用方面更是臻於低能耗零排放的標準。本發明的目的是採用富氧頂吹熔融還原高鈦鐵礦，同時高效利用高溫爐氣預熱富 氧和入爐爐料，然後對爐氣進行除塵和餘熱回收發電，再通過尾氣處理除去其中CO2，利用 高熱值的氣體作載氣，經氣體壓縮機將預熱爐料噴吹進入熔融還原爐，在爐內進一步加強 攪拌，改善反應動力學條件。本工藝發明不但可以充分利用高溫爐氣，而且可以直接利用普通煤粉還原高鈦鐵礦。冶煉過程中鈦被氧化性氣氛富集到渣中，從而收得高鈦渣和低鈦鐵 水。為實現本發明富氧頂吹熔融還原冶煉高鈦鐵礦的方法的目的，採用以下技術方案含有以下工藝步驟將爐料高鈦鐵礦、白雲石、石灰和還原煤破碎，按照鹼度R的範圍為 1. 0 1. 5、內配碳比C/0的範圍為0. 9 1. 3的工藝參數配比混勻、預熱，將經處理的高熱 值尾氣作載氣，從爐側噴吹爐料進入熔融還原爐，在富氧頂吹的條件下冶煉生產鐵水和高 鈦渣，其產品鐵水和高鈦渣則定期分別由出鐵口和排渣口放出，並利用熔融還原爐產生的 高溫煙氣對富氧和入爐爐料進行預熱，然後用除塵器除塵，利用熱交換器進行餘熱回收發 電，最後通過尾氣處理出去CO2，經氣體壓縮機壓縮作噴吹載氣。所述爐料粒度≤30mm。鹼度R的表達式為 δ -相當CaO的鹼性；α -相當SiO2的酸性；R範圍為1. 0 1. 5。還原煤的加入量為m(COal) Hl(X)-X物質的質量；GJy(Z)-Z中y的質量分數；k_針對熔融還原爐傳熱不同而產 生的係數，煤粉在熔融還原爐中作還原劑，同時也為發熱劑；C/0範圍為0. 9 1. 3。熔融還原爐溫控制在1450 160(TC，其富氧頂吹的氧槍、熱交換器、除塵器、氣體 壓縮機等型號與熔融還原爐型號相匹配。本發明的工藝步驟是將爐料鐵礦石、白雲石、石灰和還原煤破碎，按照工藝參數 配比混勻、預熱，由爐側噴吹進入熔融還原爐內。富氧頂吹在熔融還原爐內上方形成強氧化 性驅使鈦形成二氧化鈦穩定存在於爐渣中。鐵水和爐渣分別由出鐵口和排渣口放出。利用 熔融還原爐的高溫爐氣預熱富氧和入爐爐料，然後經過除塵、餘熱回收，然後經尾氣處理除 去co2，再利用高熱值氣體作為載氣噴吹爐料進入熔融還原爐，在爐內形成較強的擾動，改 善了反應動力學條件。本發明上述工藝步驟中的具體工藝參數為(1)爐料破碎的粒度為< 30mm ； (2)鹼 度R的範圍為1. 0 1. 5 ； (3)內配碳比C/0的範圍為0. 9 1. 3 ； (4)反應爐溫控制在 1450°C 1600°C ； (4)富氧的濃度、壓力和噴吹爐料的速度視熔融還原爐的型號而定。本發明的工藝流程如下在熔融還原爐熱啟動之後，將預熱爐料由側面噴吹進入熔融還原爐內，控制氧槍 為合理高度，開始鼓吹富氧。在富氧的助燃下，煤粉供熱熔化爐料同時還原鈦鐵礦。在熔融 還原爐中，渣層下方為還原區，在此區域煤粉還原鈦鐵礦，在渣層上方為頂吹富氧造成的氧 化區，在富氧的助燃下爐腔內可燃氣體二次燃燒，以輻射和熱傳導的方式傳送給熔融還原 爐下部的渣層和鐵浴，維持反應溫度。
在整個反應過程中，煤粉中的C不僅作為還原劑，同時也作為發熱劑。其中提供熱 量的反應主要有2C+02 = 2C0C0+02 = CO22H2+02 = 2H20高鈦鐵礦在高溫下熔化並被還原，在下部還原區中鈦鐵礦被還原的反應主要有FeTi03+C = Fe+Ti02+C0
-FeTiO, + C =-Fe+ -TiO+ CO 2 3 2 2FeTi0s+3C = Ti+Fe+3C0FeTi03+C0 = Fe+C02+Ti02上述反應中有部分Ti被還原，但由於Ti和0的較強親和力，在強氧化性氣氛的驅
動下，鈦又被氧化成鈦氧化物穩定存在於渣層中，主要反應有
77 +丄 O2 =TiO 2 2Ti+02 = TiO2
3
2Ti + -02 = Ti2O3
3Γ + |ο2 =Ti 從Ti+0 = TiOTi0+0 = TiO2Ti+FeO = TiO+FeTiO+FeO = Ti02+Fe另外，在反應過程中，爐料入爐進行的噴吹和渣層中CO等氣體的產生將會引起熔 池強烈擾動，增大渣鐵接觸面積以及加強二次燃燒熱傳導，大大改善熔融還原爐內的反應 動力學條件。還原得出的鐵水在熔池底部，鈦則富集在渣中，定期放鐵水、扒渣。利用熔融還原爐排出的高溫爐氣預熱富氧和入爐爐料，然後對爐氣進行除塵和餘 熱回收發電，再通過尾氣處理除去其中CO2，利用高熱值氣體作為載氣，通過氣體壓縮機噴 吹預熱爐料進入熔融還原爐，在爐內形成強烈擾動效果，改善了反應動力學條件。
本發明的有益效果採用富氧頂吹熔融還原技術冶煉高鈦鐵礦具有以下優點1)此技術用於解決高爐煉鐵技術能耗高、汙染大、熱效率低以及我國大儲量貧鐵 礦在高爐難以冶煉的問題，而且此工藝工序簡單，不需煉焦、燒結造球等工序，汙染少，成本 低。直接利用普通煤粉、粉礦即可，更加節能2)利用鈦氧親和力高的特點，頂吹的富氧驅動鈦在渣中富集，從而產得低鈦鐵水 和高鈦渣。3)利用熔融還原爐的高溫爐氣預熱富氧和入爐爐料，然後經過除塵、餘熱回收，然 後通過尾氣處理除去其中CO2，再利用高熱值氣體作為載氣，經氣體壓縮機噴吹爐料由爐側 進入熔融還原爐，在爐內形成較強的攪拌，改善爐內反應動力學條件。此舉能更充分地利用 高溫爐氣，在節能減排方面臻於完美。4)此工藝發明將有利於開發我國大量儲存的鈦鐵礦資源，對我國鈦工業的發展也 有很大的促進作用。同時可以使得我國鋼鐵企業擺脫對世界三大礦山的依賴和國際鐵礦價 格的一路追漲。
圖1是本發明的工藝流程示意圖。
具體實施例方式本發明所述的富氧頂吹熔融還原冶煉高鈦鐵礦的方法的鹼度表達式為 n CaO(%) + MgO(%) + STiO(%) δ-相當CaO的鹼性；α-相當 SiO2W酸性；R 範圍為 1.0 1.5。還原煤的加入量為m(coal) m(x)-x物質的質量；ω y (ζ) -ζ中y的質量分數；k_針對熔融還原爐傳熱不同而產生的係數，煤粉在熔融還原爐中作還原劑，同時 也為發熱劑。C/0 範圍為 0. 9 1. 3。熔融還原爐溫控制在1450 1600°C，其富氧頂吹的氧槍、熱交換器、除塵器、氣體 壓縮機等型號與熔融還原爐型號相匹配。
實施例1將勐橋鐵礦(TFe= 60. 06%，FeO ) = 28. 22, SiO2 (% ) = 2. 96，Al2O3 )=3. 98,MgO(% ) = 2. 44,CaO(% ) = 0. 58,Ti02(% ) = 6. 47,S(% ) = 0. 12,P(% ) = 0. 01)、 熔劑和煤(C(% ) = 76. 43，灰分(％ ) = 15. 29，揮發份(％ ) = 7. 78, CaO(% ) = 1.59, SiO2 (%) =7. 80,S(%) =0. 35,P(%) = 0.050)粉破碎(彡 30mm)，按照鹼度為 1. 1，配碳 比C/0為1. 1的工藝參數配比混勻，由爐側噴吹進入熔融還原爐，爐溫控制在1500°C，在富 氧頂吹的條件下得出的鐵水結果鐵的回收率達到92. 5%左右，生鐵中鈦含量為0. 043%, 磷含量為0. 019%，硫含量偏高0. 30%，所以在鐵水出爐後需要對其進行爐外脫硫，在送至 煉鋼車間。富氧和爐料預熱器、除塵器和氣體壓縮機等的型號與熔融還原爐型號相匹配。實施例2 上述原料相同，按照鹼度為1. 3，配碳比C/0為1. 1的工藝參數配比混勻，由爐側噴 吹進入熔融還原爐，爐溫控制在1550°C，在富氧頂吹的條件下得出的鐵水結果鐵的回收 率達到94. 5 %左右，生鐵中鈦含量為0. 038 %，磷含量為0.016%，硫含量偏高0. 26 %，所以 在鐵水出爐後仍然需要對其進行爐外脫硫，在送至煉鋼車間。
權利要求
一種富氧頂吹熔融還原冶煉高鈦鐵礦的方法，其特徵在於含有以下工藝步驟將爐料高鈦鐵礦、白雲石、石灰和還原煤破碎，按照鹼度R的範圍為1.0～1.5、內配碳比C/O的範圍為0.9～1.3的工藝參數配比混勻、預熱，將經處理的高熱值尾氣作載氣，從爐側噴吹爐料進入熔融還原爐，在富氧頂吹的條件下冶煉生產鐵水和高鈦渣，其產品鐵水和高鈦渣則定期分別由出鐵口和排渣口放出，並利用熔融還原爐產生的高溫煙氣對富氧和入爐爐料進行預熱，然後用除塵器除塵，利用熱交換器進行餘熱回收發電，最後通過尾氣處理出去CO2，經氣體壓縮機壓縮作噴吹載氣。
2.根據權利要求1所述的富氧頂吹熔融還原冶煉高鈦鐵礦的方法，其特徵是所述爐 料粒度< 30mm。
3.根據權利要求1或2所述的富氧頂吹熔融還原冶煉高鈦鐵礦的方法，其特徵是鹼 度R的表達式為 ζ -相當CaO的鹼性；a -相當Si02的酸性；R範圍為1. 0 1. 5。
4.根據權利要求1或2所述的富氧頂吹熔融還原冶煉高鈦鐵礦的方法，其特徵是還 原煤的加入量為m(coal) m(x)-x物質的質量；《y(z)-z中y的質量分數；k-針對熔融還原爐傳熱不同而產生的 係數，煤粉在熔融還原爐中作還原劑，同時也為發熱劑；C/0範圍為0. 9 1. 3。
5.根據權利要求1或2所述的富氧頂吹熔融還原冶煉高鈦鐵礦的方法，其特徵是熔 融還原爐溫控制在1450 1600°C，其富氧頂吹的氧槍、熱交換器、除塵器、氣體壓縮機型號 與熔融還原爐型號相匹配。
全文摘要
本發明公開了在富氧頂吹的條件下，用高鈦鐵礦作原料、煤粉作還原劑、石灰石白雲石作熔劑生產鐵水和高鈦渣，屬於能源與冶金技術領域。工藝步驟為將高鈦鐵礦、白雲石、石灰石和煤粉破碎，按照工藝參數配比混勻、預熱，再由經處理的高熱值的氣體作載氣從爐側噴吹爐料進入熔融還原爐，在富氧頂吹的條件下冶煉，其產品鐵水和高鈦渣則定期分別由出鐵口和排渣口放出。本發明憑藉爐內的強氧化性氣氛和鈦氧親和力高的特點，處理在高爐難以冶煉的高鈦鐵礦。本工藝對原料要求簡單，建設成本低，對高溫爐氣循環利用，達到零排放的標準，更加節能減排。此工藝發明將有利於開發我國大量儲存的鈦鐵礦資源，同時對我國鈦工業的發展也有很大的促進作用。
文檔編號C22B5/10GK101857910SQ20101019739
公開日2010年10月13日 申請日期2010年6月11日 優先權日2010年6月11日
發明者卿山, 李慧斌, 王 華 申請人:昆明理工大學