一种控制回转窑氧化还原气氛的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于冶金技术领域，尤其涉及一种控制回转窑氧化还原气氛的方法。
【背景技术】
[0002]中国攀枝花一西昌地区、承德地区有丰富的钒钛磁铁矿资源，其中含有铁、钛、钒及一些其它伴生金属，资源的综合利用一直是科研工作者的研宄课题。传统的“高炉一转炉”冶炼钒钛铁精矿的工艺只能回收铁、钒，而钒的综合回收率较低(40%左右)，且钛被废弃在高炉渣中不能利用，钛资源利用率低，浪费巨大，严重制约钛工业的可持续发展。近些年来，第三代冶炼技术“直接还原一电炉熔分”工艺得到快速发展，为铁、钒、钛的清洁分离及高效利用提供了新的机会，铁回收率提高了 2。/『3%，钒回收率提高15%以上，直接还原新流程得到的熔分钛渣T12含量在50%左右，也可以综合利用。
[0003]目前，国内外正在研宄“回转窑直接还原一电炉熔分”工艺，进行钒钛矿冶炼，控制窑内还原气氛，在高温条件下进行选择性还原，该技术经济指标相对较好。该技术具有以下优点:(1)可用烟煤、褐煤和部分无烟煤作还原剂，因而省去了建设焦炉的投资，(2)电炉炼铁允许炉渣中含有较高的T12，不需要向电炉中配加普通富铁矿，因面有利提高铁水含钒量和钒的回收率。但是，该技术的关键就是控制回转窑的还原气氛，实现钒钛矿的低温高效还原。
[0004]钒渣是由含钒铁水在含氧气体存在下吹炼出的一种钒富集物料，钢铁工业中由钒钛磁铁矿生产的钒渣是提钒的主要原料。钒渣的成份与生产方法以及钒钛磁铁矿的成份有关，各工厂钒渣成份差异也很大，但其物相结构基本相同，均由尖晶石、橄榄石、石英等物相组成。
[0005]钒渣提钒的传统工艺采用的是钠化焙烧-水浸提钒的方法，基本原理是以Na2CO3为添加剂，通过高温钠化焙烧(750-850 0C )将低价态的钒转化为水溶性五价钒的钠盐，再对钠化焙烧产物直接水浸，得到含钒的浸取液，后加入铵盐制得多钒酸铵沉淀，经还原焙烧后获得钒的氧化物产品。钠化焙烧工艺钒回收率低，经多次焙烧后钒的回收率也仅为80%。
[0006]现有技术中，火法提钒过程中一般存在焙烧温度高，钒组分氧化不充分，钒转化率回收率低的问题；同时高温焙烧过程容易产生物料烧结、窑体结圈现象，阻碍了钒的进一步氧化。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题是准确控制回转窑的还原气氛，实现钒钛矿的低温高效还原；同时解决火法提钒过程中存在焙烧温度高，钒组分氧化不充分，钒转化率低的问题；并解决高温焙烧过程中产生的物料烧结、窑体结圈问题。
[0008]为解决上述技术问题，本发明一种控制回转窑氧化还原气氛的方法采取下述工艺步骤:
(I)将原料充分混合，从窑尾进入回转窑； (2)回转窑窑头鼓入煤气，回转窑窑尾引风，对回转窑内混合原料粉进行焙烧；窑体上安装鼓风机以及相等数量的烧嘴，进行吹气助燃，由回转窑尾的排气道将尾气排出回转窑；
(3)窑体内部在物料中混入氧化还原剂控制氧化还原气氛；调控料层厚度，控制料层结构；
(4)经回转窑煅烧后的原料排出，得到产品。
[0009]本发明所述步骤(I)中原料为钒钛磁铁矿与碳粉混合均匀所造的球团。
[0010]本发明所述步骤(2)中的窑体内有吹气截面，在窑尾端增加2?4个的烧嘴；所述步骤(2)中的窑体内鼓气量为煤气量的0.1-0.8倍。
[0011]本发明所述步骤(3)中氧化还原剂为焦炭、无烟煤、褐煤、烟煤、活性炭、石墨中的任意一种或几种，添加量按照C/Ο质量比为1-2:1 ;所述步骤(3)中的调控料层厚度的方法为:通过调控回转窑转速、窑尾下料量，调整料层厚度为窑体直径的1/20~1/5。
[0012]本发明所述步骤(I)中原料为钒渣与钠盐混合均匀的混合粉料。
[0013]本发明所述步骤(2)中的窑体内有吹气截面，在窑尾端增加2?4个的烧嘴；所述步骤(2)中的窑体内鼓气量为煤气量的0.5-2.0倍。
[0014]本发明所述步骤(3)中氧化还原剂为硫酸盐、氯盐、次氯酸盐、铁酸盐、含氧化铁物料中的任意一种或几种；所述含氧化铁物料为氧化铁皮、提钒尾渣，添加量为原料质量的5-15%;所述步骤(3)中的调控料层厚度的方法为:通过调控回转窑转速、窑尾下料量，调整料层厚度为窑体直径的1/30~1/10。
[0015]本发明所述步骤(2)中的煤气流量与原料下料量的比值为O?400;所述煤气流量单位为m3/h，所述原料下料量量单位为t/h ;所述步骤(2)中焙烧温度为650-1250°C，焙烧时间为1-5小时。所述煤气可以来自回转窑内还原剂自发产生，无需外部引入。
[0016]本发明所述步骤(2)中的鼓风机数量为2?20个；烧嘴数量与鼓风机数量相等；每个吹气燃烧截面匹配I?5个烧嘴；所述步骤(2)中的每个吹气截面中的烧嘴与另一截面的烧嘴交错排列。
[0017]本发明所述步骤(2)中的鼓风机数量为5?15个；烧嘴数量与鼓风机数量相等；每个吹气燃烧截面匹配2?4个烧嘴。
[0018]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本发明采用准确控制回转窑氧化、还原气氛的方法，能源利用更加合理，实现了钒钛矿直接还原过程的低温高效还原；实现了火法提钒过程中的低温氧化焙烧，较传统工艺降低30~50°C ;实现了钒和铁的高效氧化、转化，较现有工艺提高10%左右；同时避免了焙烧过程中产生的物料烧结、窑体结圈现象。
【具体实施方式】
[0019]下面以【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0020]实施例1:
以Φ3.5mX 90m钒渣氧化焙烧回转窑为例，初始下料量为20t/h:
(1)将钒渣与钠盐混合均匀充分混合，从窑尾进入回转窑；
(2)回转窑窑头鼓入煤气，回转窑窑尾引风，对回转窑内混合原料粉进行焙烧，焙烧温度为650°C，焙烧时间为5小时；窑体上中间偏窑头位置安装2个鼓风机以及相等数量的烧嘴，鼓气量均为1000 m3/h，进行吹气助燃，由回转窑尾的排气道将尾气排出回转窑；
窑体内鼓气量为煤气量的0.5倍；煤气流量为4000m3/h，与原料下料量的比值为200 ;
(3 )窑体内部在物料中混入氧化还原剂提钒尾渣，控制氧化还原气氛，添加量为钒渣量的10% ;回转窑转速提高到10s/转、窑尾下料量降低到10t/h，调控料层厚度为窑体直径的1/30 ；
(4)经回转窑煅烧后的原料排出，得氧化焙烧熟料。
[0021]本实施例中回转窑内的烧成带温度由650°C降低到600°C，经测算，钒的转化率为91.5%。
[0022]实施例2:
以Φ4.5πιΧ 10m钒渣氧化焙烧回转窑为例，初始下料量为25 t/h:
(1)将钒渣与钠盐混合均匀充分混合，从窑尾进入回转窑；
(2)回转窑窑头鼓入煤气，回转窑窑尾引风，对回转窑内混合原料粉进行焙烧，焙烧温度为800°C，焙烧时间为3小时；窑体上安装20个鼓风机以及相等数量的烧嘴，，进行吹气助燃，由回转窑尾的排气道将尾气排出回转窑；
吹气截面从窑尾到窑头按照1#~4#编号，1#吹气截面安装3个鼓风机，鼓气量为900m3/h，2#吹气截面安装8个鼓风机，鼓气量为2100 m3/h，3#吹气截面安装6个鼓风机，鼓气量为1200 m3/h，4#吹气截面安装3个鼓风机，鼓气量为1800 m3/h ；
窑体内鼓气量为煤气量的2倍；煤气流量为3000m3/h，与原料下料量的比值为120 ;
(3)窑体内部在物料中混入氧化还原剂氧化铁皮，控制氧化还原气氛，添加量为钒渣量的15% ;回转窑转速为93 s/转、窑尾下料量降低到20 t/h，调控料层厚度为窑体直径的1/10 ；
(4)经回转窑煅烧后的原料排出，得氧化焙烧熟料。
[0023]本实施例中回转窑内的烧成带温度为800°C，经测算，钒的转化率为92.1%。
[0024]实施例3:
以Φ4.5πιΧ 10m钒渣氧化焙烧回转窑为例，初始下料量为25 t/h:
(1)将钒渣与钠盐混合均匀充分混合，从窑尾进入回转窑；
(2)回转窑窑头鼓入煤气，回转窑窑尾引风，对回转窑内混合原料粉进行焙烧，焙烧温度为850°C，焙烧时间为2.5小时；窑体上安装5个鼓风机以及相等数量的烧嘴，进行吹气助燃，由回转窑尾的排气道将尾气排出回转窑；
吹气截面从窑尾到窑头按照1#?3#编号，1#吹气截面安装I个鼓风机，鼓气量为600m3/h，2#吹气截面安装3个鼓风