短流程处理铁基多金属矿料的熔炼系统的制作方法

本发明涉及金属冶炼领域，具体而言，涉及一种短流程处理铁基多金属矿料的熔炼系统。

背景技术：

钒钛磁铁矿是一种较难冶炼的矿石。目前已成熟应用的钒钛磁铁矿冶炼装置主要有高炉冶炼装置和回转窑-电炉冶炼装置。

采用高炉冶炼装置进行冶炼的过程主要是先将钒钛磁铁矿经过烧结或造球后加入高炉中，回收铁和钒。现有文献cn102041331a公开了一种高炉冶炼钒钛磁铁矿的工艺，该冶炼过程中使用高炉作为冶炼装置。但是该冶炼装置的主要优点是生产效率高、生产规模大，缺点是综合能耗高、流程长、渣铁难分、粘渣和脱硫能力低。此外高炉法对渣中tio2的含量要求较高，一般要低于25％。

回转窑-电炉装置的特点是可将经选矿得到的铁精矿直接用于冶炼，流程短，铁、钒的回收率均高于高炉装置，但目前也未能回收利用钛渣。现有文献cn107815537a公开了一种以钒钛磁铁矿处理装置，该处理装置包括回转窑、喷煤器、电炉和转炉。钒钛磁铁矿首先在回转窑中进行预还原，得到焙砂；然后焙砂进入电炉中进行还原熔炼，得到含钒铁水；最后含钒铁水在转炉中进行吹炼处理，得到半钢和钛渣。相比于采用高炉装置，回转窑-电炉冶炼装置的综合能耗低，且无需炼焦、烧结，环境排放指标更优。回转窑-电炉法缺点是综合能耗仍然较高，且对电力能源的依赖性强，在电力资源匮乏或电力成本高的地区难以推广。

鉴于上述问题的存在，有必要提供一种针对铁基多金属矿料的短流程且低能耗的熔炼系统。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种短流程处理铁基多金属矿料的熔炼系统，以解决现有的熔炼工艺存在的流程长且能耗高的问题。

为了实现上述目的，根据本发明提供了一种短流程处理铁基多金属矿料的熔池熔炼系统，熔池熔炼系统包括：混料装置和熔池熔炼装置，混料装置设置有配料入口和混料出口；熔池熔炼装置的内部设置有熔池和设置在熔池中的隔墙，隔墙将熔池分为熔融区和电热还原区，且熔融区的底部和电热还原区连通设置，熔池还设置有与熔融区连通的第一加料口和第二加料口以及与电热还原区相连通的排渣口和金属排放口，且第一加料口设置在熔池熔炼装置的顶部，第二加料口设置在熔池熔炼装置的侧壁上，混料出口与第一加料口和/或第二加料口连通设置。

进一步地，熔池熔炼装置设置有第一加料口、第二加料口和排渣口，第一加料口设置在熔池熔炼装置的顶部，第二加料口设置在熔池熔炼装置的侧壁上；混料出口与第一加料口和/或第二加料口相连通，熔融区包括至少一个第一侧吹喷枪，第一侧吹喷枪的喷嘴经第二加料口浸没在熔融区的固相物料下方，以向熔融区喷入燃料和富氧空气。

进一步地，电热还原区包括：至少一个电极、至少一个第二侧吹喷枪和至少一个顶吹喷枪，电极的末端位于电热还原区的液面以下，用于向电热还原过程供热；第二侧吹喷枪的喷嘴与顶吹喷枪的喷嘴均位于电热还原区的液面上方，用于将还原剂喷入电热还原区。

进一步地，熔融区的底壁与电热还原区的底壁的高度差为0～500mm。

进一步地，熔融区的底壁的高度高于电热还原区的底壁，优选为150～500mm。

进一步地，熔融区的底壁与电热还原区的底壁之间的承接部的坡度为0～90°，优选为30～60°，更优选为45～60°。

进一步地，熔池熔炼装置还设置有烟道，烟道设置在与电热还原区的对应的熔池顶部。

进一步地，熔池熔炼系统还包括收尘装置，设置有烟气入口，烟气入口与烟道的出口端通过烟气输送管路连通。

进一步地，熔池熔炼系统还包括余热回收装置，余热回收装置设置在烟气输送管路上。

进一步地，熔池熔炼系统还包括破碎烘干装置，用于对反应原料进行破碎和烘干处理，破碎烘干装置设置有排料口，且排料口与配料入口相连通；优选地，排料口小于50mm。

应用本发明的技术方案，上述熔炼系统中，反应原料经混料装置混料后，在熔池熔炼装置中完成熔融过程和电热还原及贫化过程。熔池熔炼装置中，熔融区的底壁高于电热还原区的底壁能够使铁基多金属矿料的熔融液与未完全熔融的原料分开，使还原剂的还原对象更具有针对性，从而有利于提高电热还原过程中铁元素和钒元素的回收率。另一方面熔融和电热还原过程在同一个熔炼装置中完成，这一方面使得上述熔炼过程所需的占地面积小，减少了熔池熔炼装置的配置高度差，同时还能够减少对熔池熔炼装置的资金投入；另一方面还能够省去熔体排放和加入的操作步骤，提高生产作业效率，减少操作人员和相应的工器具消耗。此外还能够提高上述熔炼系统的处理容量，增加储渣时间，有利于钛渣和含钒铁水的分离，提高钒元素的回收率。在此基础上，因而采用上述熔炼系统对铁基换金属矿料进行处理有利于缩短工艺的流程，减少设备的占地面积和资金投入，且还具有钒回收率高、能耗低和处理熔炼大等优点。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的一种优选的实施方式提供的处理铁基多金属矿料的熔池熔炼装置的结构示意图；

图2示出了根据本发明的一种优选的实施方式提供的处理铁基多金属矿料的熔池熔炼系统的a-a侧视图；

图3示出了根据本发明的一种优选的实施方式提供的处理铁基多金属矿料的熔池熔炼系统的c-c侧视图；

图4示出了根据本发明的一种优选的实施方式提供的处理铁基多金属矿料的熔池熔炼系统的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

100、混料装置；

200、熔池熔炼装置；210、熔融区；211、第一侧吹喷枪；2101、第一加料口；2102、第二加料口；220、电热还原区；221、电极；222、第二侧吹喷枪；223、顶吹喷枪；224、烟道；2201、排渣口；230、隔墙；

300、收尘装置；400、余热回收装置；500、破碎烘干装置。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。

正如背景技术所描述的，现有的熔炼工艺存在的流程长且能耗高的问题。为了解决上述技术问题，本申请提供了一种短流程处理铁基多金属矿料的熔炼系统，如图1和4所示，该熔池熔炼系统包括：混料装置100和熔池熔炼装置200，混料装置100设置有配料入口和混料出口；熔池熔炼装置200的内部设置有熔池和设置在熔池中的隔墙230，隔墙230将熔池分为熔融区210和电热还原区220，熔融区210的底壁高于电热还原区220的底壁，且熔融区210的底部和电热还原区220连通设置，熔池熔炼装置200设置有与熔融区210连通的第一加料口2101和第二加料口2102以及与电热还原区220相连通的排渣口2201和金属排放口2202，且第一加料口2101设置在熔池熔炼装置的顶部，第二加料口2102设置在熔池熔炼装置的侧壁上，混料出口与第一加料口2101和/或第二加料口2102相连通。

通过设置隔墙230将熔池分为熔融区210和电热还原区220，且熔融区210与电热还原区220的底部连通，从而使得熔融过程和电热还原过程在一个熔炼装置中即可完成。熔炼过程中，铁基多金属矿料、燃料、助燃气等从配料口加入混料装置100中进行混料，然后又混料出口排出，并经第一加料口2101和/或第二加料口2102输送至熔池熔炼装置200的熔融区210，铁基多金属矿料发生熔融及部分还原，转化为熔融液。然后熔融液流至电热还原区220进行还原反应，同时在电极的贫化作用下，还原产物体系中的液相产物和固相产物进行分离，得到含有钒元素的铁水和钛渣，相应地经排渣口2201和金属排放口2202排出。

上述熔炼系统中，反应原料经混料装置100混料后，在熔池熔炼装置200中完成熔融过程和电热还原及贫化过程。熔池熔炼装置200中，熔融区210的底壁高于电热还原区220的底壁能够使铁基多金属矿料的熔融液与未完全熔融的原料分开，使还原剂的还原对象更具有针对性，从而有利于提高电热还原过程中铁元素和钒元素的回收率。另一方面熔融和电热还原过程在同一个熔炼装置中完成，这一方面使得上述熔炼过程所需的占地面积小，减少了熔池熔炼装置的配置高度差，同时还能够减少对熔池熔炼装置的资金投入；另一方面还能够省去熔体排放和加入的操作步骤，提高生产作业效率，减少操作人员和相应的工器具消耗。此外还能够提高上述熔炼系统的处理容量，增加储渣时间，有利于钛渣和含钒铁水的分离，提高钒元素的回收率。在此基础上，因而采用上述熔炼系统对铁基换金属矿料进行处理有利于缩短工艺的流程，减少设备的占地面积和资金投入，且还具有钒回收率高、能耗低和处理熔炼大等优点。

在一种优选的实施例中，如图1和2所示，熔融区210包括至少一个第一侧吹喷枪211，第一侧吹喷枪211的喷嘴经第二加料口2102浸没在熔融区210的固相物料下方，以向熔融区210喷入燃料和富氧空气。采用第一侧吹喷枪211将燃料和富氧空气喷入熔融区210能够对其中的熔融液形成强烈搅动，从而有利于提高传质传热效率，同时，这也有利于提高后续钒元素等的回收率。

在一种优选的实施例中，如图1和3所示，电热还原区220包括：至少一个电极221和至少一个第二侧吹喷枪222和至少一个顶吹喷枪223，各电极221的末端位于电热还原区220的液面以下，用于向电热还原过程供热；第二侧吹喷枪222与顶吹喷枪223均位于电热还原区220的液面以上，用于将还原剂喷入电热还原区220。采用第二侧吹喷枪222和/或顶吹喷枪223将还原剂喷入可以提高熔融液与还原剂的接触面积，以使二者充分反应。同时将还原剂在电热还原区220的液面上方喷入，有利于抑制原料的加入对电热还原区220的液面造成搅动，从而降低其对贫化过程中含钒铁水和钛渣的分离效率的影响。

在一种优选的实施方式中，熔融区10的底壁与电热还原区20的底壁的高度差为0～500mm。优选地，熔融区210的底壁的高度高于电热还原区220的底壁。由于熔融区10的底壁高于电热还原区20的底壁，且熔融区10的底部与电热还原区20连通，这能够使铁基多金属矿料的熔融液与未完全熔融的原料分开，使还原剂的还原对象更具有针对性，从而有利于提高电热还原过程中铁元素和钒元素的回收率。为了进一步提高钒元素的回收率，更优选地，熔融区10的底壁与电热还原区20的底壁的高度差为150～500mm。

为了更好地提高熔融液的流动速率，在一种优选的实施例中，熔融区10的底壁与电热还原区20的底壁之间的承接部的坡度为0～90°，优选为30～60°，更优选为45～60°。

上述熔炼过程中会产生一定量的烟气，为了便于烟气的排出，在一种优选的实施例中，如图1所示，熔池熔炼装置200还设置有烟道224，烟道224设置在与电热还原区220的对应的熔池顶部。为了加速烟气的排出速率，更优选地，上述烟道224设置在与电热还原区220对应的、且靠近熔融区210的熔池顶部。

熔炼过程中会产生一定量的烟气，通常这些烟气中包含较高的热量。为了提高能量利用率，在一种优选的实施例中，如图4所示，熔池熔炼系统还包括余热回收装置400，余热回收装置400设置在烟气输送管路上。

熔炼过程产生的烟气中通常会夹带一定量的粉尘，为了提高整个工艺的环保性，在一种优选的实施例中，如图4所示，熔池熔炼系统还包括收尘装置300，设置有烟气入口，烟气入口与烟道224的出口端通过烟气输送管路连通。

在一种优选的实施例中，熔池熔炼系统还包括破碎烘干装置500，如图4所示，用于对反应原料进行破碎和烘干处理，破碎烘干装置500设置有排料口，且排料口与配料入口相连通；优选地，排料口小于50mm。设置破碎烘干装置500，使铁基多金属矿料的粒度和含水量限定在上述范围内，有利于提高铁基多金属原料的熔融效率。

以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。

实施例1至7及对比例1中铁基多金属矿料的组成为fe45～62wt％、tio27～20wt％、v2o50.1～1.2wt％，其余为杂质，工艺流程如图1所示。

实施例1

如图2至4所示，熔池熔炼装置的熔池内部设置有隔墙230，以将熔池分为熔融区210和电热还原区220，且熔融区210的底部和电热还原区220相连通。入炉物料从第二加料口2102加入熔融区，熔融区210包括一个第一侧吹喷枪211，第一侧吹喷枪211的喷嘴浸没在熔融区210的固相物料下方，以向熔融区210喷入燃料和富氧空气。

电热还原区220设3根电极221(自焙电极)，采用交流供电。设一个第二侧吹喷枪222和一个顶吹喷枪223。各电极221的末端位于电热还原区220的固相物料下方，用于向电热还原过程供热；第二侧吹喷枪222的喷嘴位于电热还原区220的液面上方，用于将还原剂喷入电热还原区220。熔融区210的底壁与电热还原区220的底壁的高度差为200mm，熔融区210的底壁与电热还原区220的底壁之间的承接部的坡度为45°。熔池熔炼装置还设置有烟道224，烟道224设置在与电热还原区220的对应的熔池顶部。烟道224设置在与电热还原区220对应的、且靠近熔融区210的熔池顶部。冶炼过程中还原熔炼温度为1600℃左右。

经上述熔炼过程，钒元素的回收率为96wt％，铁元素的回收率为89wt％。

实施例2

与实施例1的区别为：

熔融区不采用浸没式侧吹喷枪喷入燃料。

经上述熔炼过程，钒元素的回收率为91wt％，铁元素的回收率为86wt％，综合能耗比实例1高8％。

实施例3

与实施例1的区别为：熔融区210的底壁与电热还原区220的底壁之间的承接部的坡度为30°。

经上述熔炼过程，钒元素的回收率为93wt％，铁元素的回收率为87wt％

实施例4

与实施例1的区别为：熔融区210的底壁与电热还原区220的底壁的高度差为100mm。

经上述熔炼过程，钒元素的回收率为钒元素的回收率为88wt％，铁元素的回收率为85wt％。

实施例5

与实施例1的区别为：电热还原区220的电极221的数量为2根。

经上述熔炼过程，钒元素的回收率为钒元素的回收率为94wt％，铁元素的回收率为85wt％。

实施例6

与实施例1的区别为：电热还原区220的电极221的材质为石墨电极。

经上述熔炼过程，钒元素的回收率为钒元素的回收率为95wt％，铁元素的回收率为88wt％。

实施例7

与实施例1的区别为：电热还原区220采用顶吹喷枪223加入还原剂。

经上述熔炼过程，钒元素的回收率为94wt％，铁元素的回收率为87wt％，综合能耗比实例1高5％。

对比例1

与实施例1的区别为：熔融区210和电热还原区220之间不设置隔墙。

经上述熔炼过程，钒元素的回收率为82wt％，铁元素的回收率为85wt％，综合能耗比实例1高5％。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：采用上述熔炼系统对铁基换金属矿料进行处理有利于缩短工艺的流程，减少设备的占地面积和资金投入，且还具有钒回收率高、能耗低和处理熔炼大等优点。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。