专利名称：密闭电炉及钛渣冶炼工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种密闭电炉及相应的钛渣冶炼工艺，属于钛化工领域。
背景技术：
我国的钛渣产业主要分布在攀枝花、云南、广西、锦州、贵州等地，所用电炉全部是敞口电炉或矮烟罩电炉，存在粉尘、废气和噪音三大严重污染。
我国的钛渣技术开发经历了国家“六五”、“七五”和“九五”三个阶段的科技攻关，较为重要的试验有(1)预氧化工艺试验1980年～1982年，试验研究由北京有色研究总院、锦州铁合金厂、沈阳铝镁设计院和北京钢铁研究总院承担。工艺路线为钛精矿→回转窑氧化焙烧→密闭电炉冶炼(加还原剂冶金焦)→钛渣和半钢。试验电炉为187kVA密闭电炉。
(2)预还原工艺试验1979年～1983年。由攀枝花钢铁研究院和贵阳铝镁设计院承担。工艺路线为钛精矿→磨矿→造球→回转窑还原→磁选→电炉冶炼→钛渣和半钢。试验电炉为250kVA密闭电炉。
(3)粉矿直接入炉工艺1984年～1985年进行，由攀枝花钢铁研究院和贵阳铝镁设计院承担，工艺路线为钛精矿→密闭电炉冶炼(加还原剂冶金焦)→钛渣和半钢。试验电炉为250kVA密闭电炉。
迄今为止，关于密闭电炉冶炼钛渣的绝大部分工作都是在小功率试验电炉上开展的。由于钛渣冶炼过程中，炉料化学活性高、电导率变化大、粘度随温度及冶炼进程变化大，炉况不稳定，电极串动频率高、幅度大，炉料严重腐蚀炉墙耐火材料。中型、大型密闭电炉以及相应的钛渣冶炼技术并无成功实施的例子。
发明内容
本发明的目的在于提供一种密闭电炉及密闭电炉冶炼钛渣工艺。
本发明提供的冶炼钛渣的密闭电炉包括外壳、炉盖、炉墙构成的密闭炉体，电极由夹持器夹持竖直插入炉体内，炉体上部还设置有炉气管道、旁侧进料管、中间进料管，并在炉体下部设置出渣口、出铁口，炉墙内壁有一层保护炉墙的护炉渣。
本发明提供的密闭炉冶炼钛渣工艺，包括以下步骤
(1)进料粉状原料钛精矿及还原剂焦炭或无烟煤的混合物经炉气预热后，通过旁侧进料管、中间进料管送入电炉；30～150分钟加完；还原剂用量按原料钛精矿中30％的TiO2还原成Ti3O5，Fe2O3全部转化为FeO，渣中保留5-15％的FeO，其余全部还原为金属铁计算；(2)冶炼送电，送电功率为4000～5000KVA，保持炉内物料温度1200℃～2000℃，持续电加热10～90分钟；(3)出铁、出渣。
新筑电炉在使用前增加以下工艺形成护炉渣a、将炉温提升到800℃～1400℃；b、进料其中还原剂用量为计算量的120％～180％；b、投料结束后，持续加热40～100分钟，使炉料温度达到1900℃～2200℃，停电出渣、出铁，使得炉墙上挂接一层厚度100～150mm的高熔点物质。
较长时间停炉再开炉冶炼，第一炉采用以下方式投料a、进料使炉内物料量达到正常冶炼进料量的1/4～2/3；b、通电，使炉内物料温度达到900℃～1600℃，将炉料全部熔化；c、将剩余炉料持续加入炉中，冶炼30～90分钟；d、出铁、出渣；e、按照(1)-(3)步骤冶炼。
本发明提供的密闭炉冶炼钛渣工艺与目前国内现在的敞口炉或矮烟罩半密闭炉流程相比，具有以下显著特点(1)冶炼无烟尘、无噪音，炉气经净化后可利用。
(2)炉况稳定，炉料不结壳，不会发生塌料、大翻渣等现象，无需捣炉。
(3)不消耗沥青、纸浆等粘结剂，炉气主要为可燃气体，不含沥青分解物等有毒恶臭物质。
(4)炉气不直接放散，其显热可直接用于预热炉料，炉气净化后可用作工业燃料或还原气。
图1电炉结构简图，其中，1—电极；2—夹持器；3—炉气管道；4—入炉炉料；5—渣；6—铁；7—外壳；8a、8b—进料管；9—炉盖；10—人孔；11—炉墙；12—护炉渣；13—出渣口；14—出铁口；15—观察孔。
图2工作熔池俯示意图，示意出电极布置情况，其中20为极心圆，21为极周熔池。
图3工艺流程图。
具体实施例方式
本发明提供的密闭电炉包括外壳7、炉盖9、炉墙11构成的密闭体，电极1由夹持器2夹持竖直插入炉体内，炉体上部还设置有炉气管道3、旁侧进料管8a、中间进料管8b，并在炉体下部设置出渣口13、出铁口14，炉墙11内壁有一层保护炉墙的护炉渣12。
根据实际情况还可以设置人孔10、观察孔15。
其中，电极孔和炉盖采用柔性干式密封，所述柔性干式密封是指采用石墨粉、膨胀石墨、钛渣、钛精矿、砂砾等物质作为密封材料，其特点是熔点高、摩擦系数小、与钢材和耐火材料的膨胀系数相近，不会由于温度变化比较大而影响密封，也不需要使用机油、黄油等。旁侧进料管8a、中间进料管8b可分别设置1～18根，其中优选的方案是旁侧进料管8a至少设置6根，中间进料管8b至少设置1根，各进料管均匀分布，分别单独控制。
本发明提供的电炉，其操作功率可以在3200kVA～8400kVA之间调整，通常使用3个电极，其极心圆可以在1500mm～2350mm之间调整；所述极心圆是3个电极中心围成的圆，见图2。中间进料管8b设置在极心圆内，旁侧进料管8a设置在极心圆外部。
本发明提供的密闭炉冶炼钛渣工艺流程如下(见图3)(1)进料粉状炉料经炉气预热后，通过旁侧进料管8a、中间进料管8b送入电炉；还原剂用量按原料钛精矿中30％的TiO2还原成Ti3O5，Fe2O3全部转化为FeO，渣中保留5-15％的FeO，其余全部还原为金属铁来计算；(2)冶炼送电，送电功率为4000～5000KVA，保持炉内物料温度1200℃～2000℃，持续电加热10～90分钟；(3)出铁、出渣。
其中，步骤(2)冶炼过程中所有炉料保持熔融状态，冶炼时炉内保持正压，炉气通过炉气管道进入原料预热设备，用以预热钛精矿和还原剂的混合物。
若是新筑电炉在使用前增加以下工艺使得炉壁内形成护炉渣a、炉温提升到800℃～1400℃；b、进料其中还原剂用量为计算量的120％～180％；c、投料结束后，持续加热40～100分钟，使炉料温度达到1900℃～2200℃，停电出渣、出铁，使得炉墙上挂接一层厚度100～150mm的高熔点物质。所述高熔点物质是熔点为3140℃的主要组分是碳化钛的钛渣。
较长时间停炉再开炉冶炼，第一炉采用以下方式投料a、进料使炉内物料量达到正常冶炼进料量的1/4～2/3；b、通电，使炉内物料温度达到900℃～1600℃，将炉料全部熔化；c、将剩余炉料持续加入炉中，冶炼30～90分钟；d、出铁、出渣。此后按照正常工艺冶炼。
正常冶炼时，炉料中还原剂用量按下述方法计算原料中30％的TiO2还原成Ti3O5，Fe2O3全部转化为FeO，渣中保留5-15％的FeO，其余全部还原为金属铁，并考虑到熔池中铁的渗碳，假定电极参与反应的碳量与烧损碳量相当，根据成品渣化学分析结果适当调整还原度。考虑到冶炼进程，前一部分炉料中还原剂配比低于计算量，后一部分炉料中还原剂配比高于计算量。比如前2/3炉料中还原剂配加量为计算量的90％，后1/3为计算量的120％。
二次电压可在59V～200V取值。试验中研究了二次电压对冶炼炉况、电耗等的影响，优选方案为150V～180V。
旁侧进料管8a、中间进料管8b可分别独立控制，在炉内功率分布变化时，可以通过调整布料方案稳定炉况。优选的给料、送电方案是旁侧进料管8a进料速度控制在5kg/min～15kg/min，中间进料管8b控制在50kg/min～70kg/min，所有8a的进料量总和与8b相等。在进料阶段，送电功率为6000kVA～7000kVA，冶炼及过热阶段，送电功率为4000kVA～5000kVA。
由于炉体全密闭，进料与给电配合良好，炉料进入炉内立即熔化，冶炼过程中保持液态料面；冶炼时放出的气体使密闭电炉内部保持正压。
冶炼钛渣时以下方案更优(1)、采用60小时柴烘、48小时碳烘、12小时电烘，使新筑密闭钛渣炉提升到工作状态。通过挂渣保护，防止液态渣、铁对炉墙和炉底的侵蚀。投料时炉温不低于1200℃。
(2)非新筑炉在停炉后重新开炉步骤为a、使炉内物料量达到正常冶炼最大积料量的1/4～2/3；b、通电，使炉内物料温度达到1200℃～1600℃，熔化炉料；c、正常进料、送电。
(3)、粉状炉料经炉气预热后直接入炉，极心圆给料为总料量的一半，前2/3炉料中还原剂配加量为计算量的90％，后1/3为计算量的120％。
(4)、采用全云矿、云矿攀矿混矿、全攀矿均可制得酸溶性良好的钛渣，采用焦粉、无烟煤或焦、煤混合物作为还原剂均可，但增加煤用量会降低生铁质量。全部采用优质焦粉作为还原剂，可以制得S≤0.08％的低硫生铁。所得钛渣中的钛主要以二钛酸盐、锐钛矿、偏钛酸铁、假板钛矿四种形态存在。
(5)、冶炼二次电压150V～180V。
以下通过实施例形式的具体实施方式
，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例，凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
一、冶炼试验原料冶炼试验采用了攀枝花钛精矿和云南钛矿两种原料，其成分如表1表1钛矿成分(wt％)
选用了焦炭和无烟煤两种还原剂，还原剂及灰分成分如表2、表3。
表2还原剂主要指标
表3还原剂灰分化学成分
二、全云南矿冶炼利用云南矿配加不同量的焦炭、无烟煤进行冶炼，物料、电耗情况见表4表4全云矿冶炼的物料、电耗情况
此阶段TiO2总收率95.9％，平均炉前电耗2285kWh/t渣。其中Y-01～Y-10渣品位高，平均电耗达2850kWh/t渣。Y11～Y30平均电耗2160kWh/t渣。所得钛渣及生铁的化学成分见表5、表6。
表5全云矿冶炼的酸溶渣化学成分
表6全云矿冶炼生铁成分
三、混合矿冶炼按照云矿∶攀矿＝70∶30、50∶50、30∶70三种配矿水平，在不同的无烟煤与焦粉配比下进行了冶炼试验。物料、电耗情况如表7。
表7混矿冶炼的物料、电耗情况
此阶段TiO2总收率95.4％，平均炉前电耗2130kWh/t渣。所得钛渣及生铁的化学成分见表8、表9。
表8混合矿冶炼的酸溶渣化学成分
表9混合矿冶炼生铁成分
四、全攀枝花矿冶炼攀枝花钛精矿配加不同种类还原剂进行冶炼，物料、电耗情况如表14表10全攀矿冶炼的物料、电耗情况
此轮试验TiO2收率为95.02％，平均炉前电耗2143kWh。所得钛渣、生铁成分见表11、表12表11全攀矿冶炼的酸溶渣化学成分
表12全攀矿冶炼生铁成分
五、钛渣物相分析XRD分析结果表明，酸溶性钛渣中的钛主要以二钛酸盐、锐钛矿、偏钛酸铁、假板钛矿四种形态存在。
这四种物相都具有良好的酸溶性，上述样品经化学分析，其TiO2含量为79.5％，实验室测得酸解率为94.6％。
综上所述，本发明提供的密闭电炉电炉操作功率可在3200～8400kVA之间调整；电炉的极心圆可在1500～2350mm之间调整。本发明提供的密闭电炉冶炼钛渣工艺，在新筑炉开炉时采用特殊配料使得炉墙上挂接一层厚度100～150mm的高熔点物质形成护炉渣，保护耐火材料。该工艺与敞口炉或矮烟罩半密闭炉流程相比(1)冶炼无烟尘、无噪音；(2)炉况稳定，炉料不结壳，不会发生塌料、大翻渣等现象，无需捣炉；(3)不消耗沥青、纸浆等粘结剂；炉气主要为可燃气体，不含沥青分解物等有毒、恶臭物质；(4)炉气不直接放散，其显热可用于预热炉料，炉气净化后可用作工业燃料或还原气。
权利要求
1.冶炼钛渣的密闭电炉其特征在于包括外壳(7)、炉盖(9)、炉墙(11)构成的密闭炉体，电极(1)由夹持器(2)夹持竖直插入炉体内，炉体上部还设置有炉气管道(3)、旁侧进料管(8a)、中间进料管(8b)，并在炉体下部设置出渣口(13)、出铁口(14)，炉墙(11)内壁有一层保护炉墙的护炉渣(12)。
2.根据权利要求1所述冶炼钛渣的密闭电炉，其特征在于电极(1)与炉盖(9)采用柔性干式密封；电炉操作功率在3200～8400kVA之间；电炉的极心圆在1500～2350mm之间。
3.根据权利要求1所述的冶炼钛渣的密闭电炉，其特征在于旁侧进料管(8a)、中间进料管(8b)分别设置1～18根。
4.密闭炉冶炼钛渣工艺，包括以下步骤(1)进料粉状原料钛精矿及还原剂焦炭或无烟煤的混合物经炉气预热后，通过旁侧进料管(8a)、中间进料管(8b)送入电炉；30～150分钟加完；还原剂用量按原料钛精矿中30％的TiO2还原成Ti3O5，Fe2O3全部转化为FeO，渣中保留5-15％的FeO，其余全部还原为金属铁计算；(2)冶炼送电，送电功率为4000～5000KVA，保持炉内物料温度1200℃～2000℃，持续电加热10～90分钟；(3)出铁、出渣。
5.根据权利要求4所述密闭炉冶炼钛渣工艺，其特征在于新筑电炉在使用前增加以下工艺形成护炉渣a、将炉温提升到800℃～1400℃；b、进料其中还原剂用量为计算量的120％～180％；b、投料结束后，持续加热40～100分钟，使炉料温度达到1900℃～2200℃，停电出渣、出铁，使得炉墙上挂接一层厚度100～150mm的高熔点物质。
6.根据权利要求4所述密闭炉冶炼钛渣工艺，其特征在于较长时间停炉再开炉冶炼，第一炉采用以下方式投料a、进料使炉内物料量达到正常冶炼进料量的1/4～2/3；b、通电，使炉内物料温度达到900℃～1600℃，将炉料全部熔化；c、将剩余炉料持续加入炉中，冶炼30～90分钟；d、出铁、出渣e、按照(1)-(3)步骤冶炼。
7.根据权利要求4所述密闭炉冶炼钛渣工艺，其特征在于步骤(1)进料采取旁侧进料管(8a)、中间进料管(8b)独立进料，粉状物料直接入炉。
8.根据权利要求4所述密闭炉冶炼钛渣工艺，其特征在于旁侧进料管(8a)进料速度控制在5kg/min～15kg/min，中间进料管(8b)进料速度控制在50kg/min～70kg/min。
9.根据权利要求4所述密闭炉冶炼钛渣工艺，其特征在于步骤(2)冶炼过程中所有炉料保持熔融状态，冶炼时炉内保持正压，炉气通过炉气管道进入炉料预热设备，用以预热炉料。
10.根据权利要求4所述密闭炉冶炼钛渣工艺，其特征在于进料时还原剂用量前2/3炉料中还原剂配加量为计算量的90％，后1/3炉料中还原剂配加量为计算量的120％。
全文摘要
本发明涉及一种密闭电炉及密闭电炉冶炼钛渣工艺。其中，密闭电炉的电极孔采用柔性干式密封；电炉操作功率3200～8400kVA；电炉的极心圆1500～2350mm；各进料管8a、8b独立控制。本发明提供的密闭电炉冶炼钛渣工艺，在新筑炉开炉时采用特殊配料及冶炼工艺使得炉墙上挂接一层厚度100～150mm的高熔点物质形成护炉渣，保护耐火材料。本发明提供的密闭炉冶炼钛渣工艺与敞口炉或矮烟罩半密闭炉流程相比(1)冶炼无烟尘、无噪音；(2)炉况稳定，炉料不结壳，不会发生塌料、大翻渣等现象，无需捣炉；(3)不消耗沥青、纸浆等粘结剂；炉气主要为可燃气体，不含沥青分解物等有毒、恶臭物质；(4)炉气不直接放散，其显热可用于预热炉料，炉气净化后可用作工业燃料或还原气。
文档编号C22B34/00GK1975305SQ20061002250
公开日2007年6月6日 申请日期2006年12月14日 优先权日2006年12月14日
发明者刘欣 申请人:攀枝花市永兴钛业有限责任公司