專利名稱：密閉電爐及鈦渣冶煉工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種密閉電爐及相應的鈦渣冶煉工藝，屬于鈦化工領域。
背景技術：
我國的鈦渣產(chǎn)業(yè)主要分布在攀枝花、云南、廣西、錦州、貴州等地，所用電爐全部是敞口電爐或矮煙罩電爐，存在粉塵、廢氣和噪音三大嚴重污染。
我國的鈦渣技術開發(fā)經(jīng)歷了國家“六五”、“七五”和“九五”三個階段的科技攻關，較為重要的試驗有(1)預氧化工藝試驗1980年～1982年，試驗研究由北京有色研究總院、錦州鐵合金廠、沈陽鋁鎂設計院和北京鋼鐵研究總院承擔。工藝路線為鈦精礦→回轉(zhuǎn)窯氧化焙燒→密閉電爐冶煉(加還原劑冶金焦)→鈦渣和半鋼。試驗電爐為187kVA密閉電爐。
(2)預還原工藝試驗1979年～1983年。由攀枝花鋼鐵研究院和貴陽鋁鎂設計院承擔。工藝路線為鈦精礦→磨礦→造球→回轉(zhuǎn)窯還原→磁選→電爐冶煉→鈦渣和半鋼。試驗電爐為250kVA密閉電爐。
(3)粉礦直接入爐工藝1984年～1985年進行，由攀枝花鋼鐵研究院和貴陽鋁鎂設計院承擔，工藝路線為鈦精礦→密閉電爐冶煉(加還原劑冶金焦)→鈦渣和半鋼。試驗電爐為250kVA密閉電爐。
迄今為止，關于密閉電爐冶煉鈦渣的絕大部分工作都是在小功率試驗電爐上開展的。由于鈦渣冶煉過程中，爐料化學活性高、電導率變化大、粘度隨溫度及冶煉進程變化大，爐況不穩(wěn)定，電極串動頻率高、幅度大，爐料嚴重腐蝕爐墻耐火材料。中型、大型密閉電爐以及相應的鈦渣冶煉技術并無成功實施的例子。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種密閉電爐及密閉電爐冶煉鈦渣工藝。
本發(fā)明提供的冶煉鈦渣的密閉電爐包括外殼、爐蓋、爐墻構(gòu)成的密閉爐體，電極由夾持器夾持豎直插入爐體內(nèi)，爐體上部還設置有爐氣管道、旁側(cè)進料管、中間進料管，并在爐體下部設置出渣口、出鐵口，爐墻內(nèi)壁有一層保護爐墻的護爐渣。
本發(fā)明提供的密閉爐冶煉鈦渣工藝，包括以下步驟
(1)進料粉狀原料鈦精礦及還原劑焦炭或無煙煤的混合物經(jīng)爐氣預熱后，通過旁側(cè)進料管、中間進料管送入電爐；30～150分鐘加完；還原劑用量按原料鈦精礦中30％的TiO2還原成Ti3O5，F(xiàn)e2O3全部轉(zhuǎn)化為FeO，渣中保留5-15％的FeO，其余全部還原為金屬鐵計算；(2)冶煉送電，送電功率為4000～5000KVA，保持爐內(nèi)物料溫度1200℃～2000℃，持續(xù)電加熱10～90分鐘；(3)出鐵、出渣。
新筑電爐在使用前增加以下工藝形成護爐渣a、將爐溫提升到800℃～1400℃；b、進料其中還原劑用量為計算量的120％～180％；b、投料結(jié)束后，持續(xù)加熱40～100分鐘，使爐料溫度達到1900℃～2200℃，停電出渣、出鐵，使得爐墻上掛接一層厚度100～150mm的高熔點物質(zhì)。
較長時間停爐再開爐冶煉，第一爐采用以下方式投料a、進料使爐內(nèi)物料量達到正常冶煉進料量的1/4～2/3；b、通電，使爐內(nèi)物料溫度達到900℃～1600℃，將爐料全部熔化；c、將剩余爐料持續(xù)加入爐中，冶煉30～90分鐘；d、出鐵、出渣；e、按照(1)-(3)步驟冶煉。
本發(fā)明提供的密閉爐冶煉鈦渣工藝與目前國內(nèi)現(xiàn)在的敞口爐或矮煙罩半密閉爐流程相比，具有以下顯著特點(1)冶煉無煙塵、無噪音，爐氣經(jīng)凈化后可利用。
(2)爐況穩(wěn)定，爐料不結(jié)殼，不會發(fā)生塌料、大翻渣等現(xiàn)象，無需搗爐。
(3)不消耗瀝青、紙漿等粘結(jié)劑，爐氣主要為可燃氣體，不含瀝青分解物等有毒惡臭物質(zhì)。
(4)爐氣不直接放散，其顯熱可直接用于預熱爐料，爐氣凈化后可用作工業(yè)燃料或還原氣。


圖1電爐結(jié)構(gòu)簡圖，其中，1—電極；2—夾持器；3—爐氣管道；4—入爐爐料；5—渣；6—鐵；7—外殼；8a、8b—進料管；9—爐蓋；10—人孔；11—爐墻；12—護爐渣；13—出渣口；14—出鐵口；15—觀察孔。
圖2工作熔池俯示意圖，示意出電極布置情況，其中20為極心圓，21為極周熔池。
圖3工藝流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提供的密閉電爐包括外殼7、爐蓋9、爐墻11構(gòu)成的密閉體，電極1由夾持器2夾持豎直插入爐體內(nèi)，爐體上部還設置有爐氣管道3、旁側(cè)進料管8a、中間進料管8b，并在爐體下部設置出渣口13、出鐵口14，爐墻11內(nèi)壁有一層保護爐墻的護爐渣12。
根據(jù)實際情況還可以設置人孔10、觀察孔15。
其中，電極孔和爐蓋采用柔性干式密封，所述柔性干式密封是指采用石墨粉、膨脹石墨、鈦渣、鈦精礦、砂礫等物質(zhì)作為密封材料，其特點是熔點高、摩擦系數(shù)小、與鋼材和耐火材料的膨脹系數(shù)相近，不會由于溫度變化比較大而影響密封，也不需要使用機油、黃油等。旁側(cè)進料管8a、中間進料管8b可分別設置1～18根，其中優(yōu)選的方案是旁側(cè)進料管8a至少設置6根，中間進料管8b至少設置1根，各進料管均勻分布，分別單獨控制。
本發(fā)明提供的電爐，其操作功率可以在3200kVA～8400kVA之間調(diào)整，通常使用3個電極，其極心圓可以在1500mm～2350mm之間調(diào)整；所述極心圓是3個電極中心圍成的圓，見圖2。中間進料管8b設置在極心圓內(nèi)，旁側(cè)進料管8a設置在極心圓外部。
本發(fā)明提供的密閉爐冶煉鈦渣工藝流程如下(見圖3)(1)進料粉狀爐料經(jīng)爐氣預熱后，通過旁側(cè)進料管8a、中間進料管8b送入電爐；還原劑用量按原料鈦精礦中30％的TiO2還原成Ti3O5，F(xiàn)e2O3全部轉(zhuǎn)化為FeO，渣中保留5-15％的FeO，其余全部還原為金屬鐵來計算；(2)冶煉送電，送電功率為4000～5000KVA，保持爐內(nèi)物料溫度1200℃～2000℃，持續(xù)電加熱10～90分鐘；(3)出鐵、出渣。
其中，步驟(2)冶煉過程中所有爐料保持熔融狀態(tài)，冶煉時爐內(nèi)保持正壓，爐氣通過爐氣管道進入原料預熱設備，用以預熱鈦精礦和還原劑的混合物。
若是新筑電爐在使用前增加以下工藝使得爐壁內(nèi)形成護爐渣a、爐溫提升到800℃～1400℃；b、進料其中還原劑用量為計算量的120％～180％；c、投料結(jié)束后，持續(xù)加熱40～100分鐘，使爐料溫度達到1900℃～2200℃，停電出渣、出鐵，使得爐墻上掛接一層厚度100～150mm的高熔點物質(zhì)。所述高熔點物質(zhì)是熔點為3140℃的主要組分是碳化鈦的鈦渣。
較長時間停爐再開爐冶煉，第一爐采用以下方式投料a、進料使爐內(nèi)物料量達到正常冶煉進料量的1/4～2/3；b、通電，使爐內(nèi)物料溫度達到900℃～1600℃，將爐料全部熔化；c、將剩余爐料持續(xù)加入爐中，冶煉30～90分鐘；d、出鐵、出渣。此后按照正常工藝冶煉。
正常冶煉時，爐料中還原劑用量按下述方法計算原料中30％的TiO2還原成Ti3O5，F(xiàn)e2O3全部轉(zhuǎn)化為FeO，渣中保留5-15％的FeO，其余全部還原為金屬鐵，并考慮到熔池中鐵的滲碳，假定電極參與反應的碳量與燒損碳量相當，根據(jù)成品渣化學分析結(jié)果適當調(diào)整還原度?？紤]到冶煉進程，前一部分爐料中還原劑配比低于計算量，后一部分爐料中還原劑配比高于計算量。比如前2/3爐料中還原劑配加量為計算量的90％，后1/3為計算量的120％。
二次電壓可在59V～200V取值。試驗中研究了二次電壓對冶煉爐況、電耗等的影響，優(yōu)選方案為150V～180V。
旁側(cè)進料管8a、中間進料管8b可分別獨立控制，在爐內(nèi)功率分布變化時，可以通過調(diào)整布料方案穩(wěn)定爐況。優(yōu)選的給料、送電方案是旁側(cè)進料管8a進料速度控制在5kg/min～15kg/min，中間進料管8b控制在50kg/min～70kg/min，所有8a的進料量總和與8b相等。在進料階段，送電功率為6000kVA～7000kVA，冶煉及過熱階段，送電功率為4000kVA～5000kVA。
由于爐體全密閉，進料與給電配合良好，爐料進入爐內(nèi)立即熔化，冶煉過程中保持液態(tài)料面；冶煉時放出的氣體使密閉電爐內(nèi)部保持正壓。
冶煉鈦渣時以下方案更優(yōu)(1)、采用60小時柴烘、48小時碳烘、12小時電烘，使新筑密閉鈦渣爐提升到工作狀態(tài)。通過掛渣保護，防止液態(tài)渣、鐵對爐墻和爐底的侵蝕。投料時爐溫不低于1200℃。
(2)非新筑爐在停爐后重新開爐步驟為a、使爐內(nèi)物料量達到正常冶煉最大積料量的1/4～2/3；b、通電，使爐內(nèi)物料溫度達到1200℃～1600℃，熔化爐料；c、正常進料、送電。
(3)、粉狀爐料經(jīng)爐氣預熱后直接入爐，極心圓給料為總料量的一半，前2/3爐料中還原劑配加量為計算量的90％，后1/3為計算量的120％。
(4)、采用全云礦、云礦攀礦混礦、全攀礦均可制得酸溶性良好的鈦渣，采用焦粉、無煙煤或焦、煤混合物作為還原劑均可，但增加煤用量會降低生鐵質(zhì)量。全部采用優(yōu)質(zhì)焦粉作為還原劑，可以制得S≤0.08％的低硫生鐵。所得鈦渣中的鈦主要以二鈦酸鹽、銳鈦礦、偏鈦酸鐵、假板鈦礦四種形態(tài)存在。
(5)、冶煉二次電壓150V～180V。
以下通過實施例形式的具體實施方式
，對本發(fā)明的上述內(nèi)容再作進一步的詳細說明。但不應將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實例，凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容所實現(xiàn)的技術均屬于本發(fā)明的范圍。
一、冶煉試驗原料冶煉試驗采用了攀枝花鈦精礦和云南鈦礦兩種原料，其成分如表1表1鈦礦成分(wt％)

選用了焦炭和無煙煤兩種還原劑，還原劑及灰分成分如表2、表3。
表2還原劑主要指標

表3還原劑灰分化學成分

二、全云南礦冶煉利用云南礦配加不同量的焦炭、無煙煤進行冶煉，物料、電耗情況見表4表4全云礦冶煉的物料、電耗情況

此階段TiO2總收率95.9％，平均爐前電耗2285kWh/t渣。其中Y-01～Y-10渣品位高，平均電耗達2850kWh/t渣。Y11～Y30平均電耗2160kWh/t渣。所得鈦渣及生鐵的化學成分見表5、表6。
表5全云礦冶煉的酸溶渣化學成分

表6全云礦冶煉生鐵成分

三、混合礦冶煉按照云礦∶攀礦＝70∶30、50∶50、30∶70三種配礦水平，在不同的無煙煤與焦粉配比下進行了冶煉試驗。物料、電耗情況如表7。
表7混礦冶煉的物料、電耗情況

此階段TiO2總收率95.4％，平均爐前電耗2130kWh/t渣。所得鈦渣及生鐵的化學成分見表8、表9。
表8混合礦冶煉的酸溶渣化學成分

表9混合礦冶煉生鐵成分

四、全攀枝花礦冶煉攀枝花鈦精礦配加不同種類還原劑進行冶煉，物料、電耗情況如表14表10全攀礦冶煉的物料、電耗情況

此輪試驗TiO2收率為95.02％，平均爐前電耗2143kWh。所得鈦渣、生鐵成分見表11、表12表11全攀礦冶煉的酸溶渣化學成分

表12全攀礦冶煉生鐵成分

五、鈦渣物相分析XRD分析結(jié)果表明，酸溶性鈦渣中的鈦主要以二鈦酸鹽、銳鈦礦、偏鈦酸鐵、假板鈦礦四種形態(tài)存在。
這四種物相都具有良好的酸溶性，上述樣品經(jīng)化學分析，其TiO2含量為79.5％，實驗室測得酸解率為94.6％。
綜上所述，本發(fā)明提供的密閉電爐電爐操作功率可在3200～8400kVA之間調(diào)整；電爐的極心圓可在1500～2350mm之間調(diào)整。本發(fā)明提供的密閉電爐冶煉鈦渣工藝，在新筑爐開爐時采用特殊配料使得爐墻上掛接一層厚度100～150mm的高熔點物質(zhì)形成護爐渣，保護耐火材料。該工藝與敞口爐或矮煙罩半密閉爐流程相比(1)冶煉無煙塵、無噪音；(2)爐況穩(wěn)定，爐料不結(jié)殼，不會發(fā)生塌料、大翻渣等現(xiàn)象，無需搗爐；(3)不消耗瀝青、紙漿等粘結(jié)劑；爐氣主要為可燃氣體，不含瀝青分解物等有毒、惡臭物質(zhì)；(4)爐氣不直接放散，其顯熱可用于預熱爐料，爐氣凈化后可用作工業(yè)燃料或還原氣。
權利要求
1.冶煉鈦渣的密閉電爐其特征在于包括外殼(7)、爐蓋(9)、爐墻(11)構(gòu)成的密閉爐體，電極(1)由夾持器(2)夾持豎直插入爐體內(nèi)，爐體上部還設置有爐氣管道(3)、旁側(cè)進料管(8a)、中間進料管(8b)，并在爐體下部設置出渣口(13)、出鐵口(14)，爐墻(11)內(nèi)壁有一層保護爐墻的護爐渣(12)。
2.根據(jù)權利要求1所述冶煉鈦渣的密閉電爐，其特征在于電極(1)與爐蓋(9)采用柔性干式密封；電爐操作功率在3200～8400kVA之間；電爐的極心圓在1500～2350mm之間。
3.根據(jù)權利要求1所述的冶煉鈦渣的密閉電爐，其特征在于旁側(cè)進料管(8a)、中間進料管(8b)分別設置1～18根。
4.密閉爐冶煉鈦渣工藝，包括以下步驟(1)進料粉狀原料鈦精礦及還原劑焦炭或無煙煤的混合物經(jīng)爐氣預熱后，通過旁側(cè)進料管(8a)、中間進料管(8b)送入電爐；30～150分鐘加完；還原劑用量按原料鈦精礦中30％的TiO2還原成Ti3O5，F(xiàn)e2O3全部轉(zhuǎn)化為FeO，渣中保留5-15％的FeO，其余全部還原為金屬鐵計算；(2)冶煉送電，送電功率為4000～5000KVA，保持爐內(nèi)物料溫度1200℃～2000℃，持續(xù)電加熱10～90分鐘；(3)出鐵、出渣。
5.根據(jù)權利要求4所述密閉爐冶煉鈦渣工藝，其特征在于新筑電爐在使用前增加以下工藝形成護爐渣a、將爐溫提升到800℃～1400℃；b、進料其中還原劑用量為計算量的120％～180％；b、投料結(jié)束后，持續(xù)加熱40～100分鐘，使爐料溫度達到1900℃～2200℃，停電出渣、出鐵，使得爐墻上掛接一層厚度100～150mm的高熔點物質(zhì)。
6.根據(jù)權利要求4所述密閉爐冶煉鈦渣工藝，其特征在于較長時間停爐再開爐冶煉，第一爐采用以下方式投料a、進料使爐內(nèi)物料量達到正常冶煉進料量的1/4～2/3；b、通電，使爐內(nèi)物料溫度達到900℃～1600℃，將爐料全部熔化；c、將剩余爐料持續(xù)加入爐中，冶煉30～90分鐘；d、出鐵、出渣e、按照(1)-(3)步驟冶煉。
7.根據(jù)權利要求4所述密閉爐冶煉鈦渣工藝，其特征在于步驟(1)進料采取旁側(cè)進料管(8a)、中間進料管(8b)獨立進料，粉狀物料直接入爐。
8.根據(jù)權利要求4所述密閉爐冶煉鈦渣工藝，其特征在于旁側(cè)進料管(8a)進料速度控制在5kg/min～15kg/min，中間進料管(8b)進料速度控制在50kg/min～70kg/min。
9.根據(jù)權利要求4所述密閉爐冶煉鈦渣工藝，其特征在于步驟(2)冶煉過程中所有爐料保持熔融狀態(tài)，冶煉時爐內(nèi)保持正壓，爐氣通過爐氣管道進入爐料預熱設備，用以預熱爐料。
10.根據(jù)權利要求4所述密閉爐冶煉鈦渣工藝，其特征在于進料時還原劑用量前2/3爐料中還原劑配加量為計算量的90％，后1/3爐料中還原劑配加量為計算量的120％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種密閉電爐及密閉電爐冶煉鈦渣工藝。其中，密閉電爐的電極孔采用柔性干式密封；電爐操作功率3200～8400kVA；電爐的極心圓1500～2350mm；各進料管8a、8b獨立控制。本發(fā)明提供的密閉電爐冶煉鈦渣工藝，在新筑爐開爐時采用特殊配料及冶煉工藝使得爐墻上掛接一層厚度100～150mm的高熔點物質(zhì)形成護爐渣，保護耐火材料。本發(fā)明提供的密閉爐冶煉鈦渣工藝與敞口爐或矮煙罩半密閉爐流程相比(1)冶煉無煙塵、無噪音；(2)爐況穩(wěn)定，爐料不結(jié)殼，不會發(fā)生塌料、大翻渣等現(xiàn)象，無需搗爐；(3)不消耗瀝青、紙漿等粘結(jié)劑；爐氣主要為可燃氣體，不含瀝青分解物等有毒、惡臭物質(zhì)；(4)爐氣不直接放散，其顯熱可用于預熱爐料，爐氣凈化后可用作工業(yè)燃料或還原氣。
文檔編號C22B34/00GK1975305SQ20061002250
公開日2007年6月6日 申請日期2006年12月14日 優(yōu)先權日2006年12月14日
發(fā)明者劉欣 申請人:攀枝花市永興鈦業(yè)有限責任公司