一种钛渣冶炼副产品铁水的处理设备及工艺的制作方法

本发明涉及一种铁水的处理系统，具体的说是一种钛渣冶炼副产品铁水的处理设备和工艺。

背景技术：

高钛渣是通过电炉加热熔化的钛精矿，是钛精矿中的二氧化钛和铁熔化分离后得到的二氧化钛的富集物。高钛渣既不是矿物废渣，也不是生产过程中形成的副产物，而是采用硫酸法、氯化法等生产四氯化钛、钛白粉和海绵钛产品的优质原料。

国外钛白粉生产企业，硫酸法工艺和氯化法工艺并存。但国内的钛白粉生产企业，几乎全部采用硫酸法工艺。硫酸法钛白粉生产工艺主要发生的化学反应如式(1)-(2)所示。

fetio3+3h2so4→ti(so4)2+feso4+3h2o(1)

fetio3+2h2so4→tiso4+feso4+2h2o(2)

硫酸法钛白粉生产工艺存在酸耗量大、副产品硫酸亚铁多、不溶固体杂质量增加和废酸废液难治理等问题，但由于可以直接采用钛铁矿做原料，近20余年来在我国得到了迅猛发展，生产技术已十分成熟。虽然中国的钛资源比较丰富，但中国的钛矿90%以上是共生岩矿，tio2含量低，成分复杂。

目前，国内钛铁矿只有少量加工成富钛料，供氯化法钛白、四氯化钛、海绵钛和电焊条工业使用，其余大部分都作为硫酸法钛白生产的原料。随着海绵钛和氯化钛白工业的迅速发展，对钛渣等富钛料的需求越来越大，国内钛渣产量也逐年增加。

铁在钛铁矿中以二价和三价两种不同状态存在，因此在硫酸浸取的钛液中就存在硫酸亚铁feso4和硫酸铁fe2(so4)3两种铁的矿物盐。在一定条件下，它们会水解生成fe(oh)2和fe(oh)3沉淀。硫酸亚铁只有在ph值大于6.5时才开始水解，因此可以在对偏钛酸进行清洗时除去。而硫酸铁在ph值为1.5的酸性溶液中即开始水解，生成的氢氧化铁沉淀会混杂在偏钛酸中，待到锻烧时即变成红棕色的fe2o3，从而对钛白的白度造成影响。主要化学反应如式(3)-(4)所示。因此，钛液中就不允许存在三价铁，必须在酸解阶段把三价铁还原成二价铁。而铁屑或铁粉就是一种廉价的还原剂。作为还原剂的铁粉，主要要求是其中的全铁含量mfe要大于88%。主要发生的还原化学反应见式(5)。

feso4+2h2o→fe(oh)2+h2so4(3)

fe2(so4)3+6h2o→2fe(oh)3+3h2so4(4)

fe2(so4)3+fe→3feso4(5)

国内用于硫酸法钛白的铁粉生产原料是含铁的粉尘或钢渣等，进行磨选处理后得到铁粉。由于这种方法生产的铁粉杂质含量高，在使用过程中容易引入其它有害元素影响钛白的质量。

钛精矿冶炼过程中形成的副产物是铁水。目前，国内的钛渣冶炼企业生产的铁水，主要用于生产各种铸钢、纯铁等产品。如果采用钛冶炼厂的铁水生产的铁粉，其杂质含量极低，不会引入其它有害元素，生产的铁粉品质上完全能满足硫酸法钛白粉生产的要求。

而国内用于硫酸法钛白生产的铁粉主要生产工艺是雾化法和还原法，雾化铁粉工艺主要针对熔融铁水液体，还原铁粉工艺是针对含铁的固体。无论是雾化铁粉还是还原铁粉的生产成本都比较高，用于处理钛冶炼厂的副产铁水经济性均较低。在钢铁行业产能过剩的形势下，钛渣冶炼副产品铁水产品的销售遇到诸多困难。

技术实现要素：

本发明提供一种钛渣冶炼副产品铁水的处理设备和工艺，提升了钛渣冶炼副产品铁水的产品附加值。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种钛渣冶炼副产品铁水的处理设备，包括铁水小车、粒化系统、高温收集塔、铁粉冷却器、控制系统和收集转运系统；所述的铁水小车布置于轨道之上，在电机的驱动下可实现其在轨道上的直线运动，完成铁水的承载和运输；粒化系统位于铁水小车之下，在高速旋转电机的驱动下实现熔融态铁水的离心粒化；高温收集塔位于粒化系统出口处，用于将高温固态铁粉颗粒的收集；高温收集塔连接有用于高温固态铁粉颗粒的冷却的铁粉冷却器，铁粉冷却器连接有冷态收集系统，冷态收集系统完成冷态固体铁粉颗粒的收集转运；所述控制系统用于控制铁水小车的行走、检测铁水的流量、检测固体铁粉的排放温度、控制铁粉冷却器冷却水流量和温度反馈情况。

所述的钛渣冶炼副产品铁水的处理设备和工艺，在收集塔和铁粉冷却器设有冷却管，冷却管内设有循环水。

所述循环水可吸收铁粉冷却过程中的显热，为工厂、生活提供热水资源。

采用所述处理设备进行处理钛渣冶炼副产品铁水的工艺，包括以下步骤：

（1）控制系统发出指令，铁水小车进入工作预备位，铁水由铁水沟流入铁水小车；

（2）铁水小车装满后，控制系统发出指令，铁水小车行进至粒化系统上方，同时控制系统并发出指令开启粒化系统电源，粒化系统进入工作准备状态；

（3）控制系统检查铁水小车的位置无误后，发出指令打开铁水小车下方塞棒，熔融铁水流出进入粒化系统；

（4）熔融铁水粒化系统内，在与粒化盘间摩擦力的作用下，熔融铁水在粒化盘内铺展成膜，沿粒化盘内壁运动到粒化盘边缘，然后沿切线方向被甩离粒化盘。在离心力的作用下，熔融铁水往粒化盘边缘运动的过程中，离心力和线速度快速增加，到达粒化盘边缘的熔融铁水，会呈片状被抛射出去；片状熔融铁水在飞行过程中，在空气阻力和表面张力的作用下，逐渐收缩成椭球状或球状颗粒，从而被破碎成细小的高温固态铁粉颗粒，并在高温收集塔内飞行过程中被冷却；

（5）高温固态铁粉颗粒在高温收集塔内被完成收集，温度约为900℃；

（6）900℃高温固态铁粉颗粒进入铁粉冷却器，在其里面被冷却为180℃下的固态铁粉颗粒被排出，冷态铁粉被收集；

（7）当铁水小车（1）内全部铁水流出后，控制系统（5）发出指令，令铁水小车返回，然后再次装满铁水，重复（2）-（6）工序；

所述处理钛渣冶炼副产品铁水的工艺，用于处理钛粉、镍粉、锡粉或铜粉制取。

有益效果是：

1、本发明由铁水小车、粒化系统、高温收集塔、铁粉冷却器、控制系统收集系统组成的钛渣冶炼副产品铁水处理系统结构紧凑，钛渣冶炼副产品铁水经过该系统处理后可得到高品质的铁粉颗粒，颗粒直径约为0.5mm，且其形貌可控，能够满完全能满足硫酸法钛白粉生产中所需还原铁粉的要求，可作为硫酸法生产钛白下一步工序的还原铁粉。

2、本发明钛渣冶炼副产品铁水通过该工艺处理后，提高了钛渣冶炼副产品铁水的附加值，降低钛渣行业的生产成本，进一步提高钛资源的利用率；现有工艺铁的资源利用率和价格：现技术所制备的铁块的成本为500元/吨，而本发明所制成铁粉成本为200元/吨。

3、钛渣冶炼副产品铁水通过该工艺处理后，铁粉冷却过程中的热量被收集塔、铁粉冷却器设置的冷却管中的循环水吸收，可为工厂生活提供热水资源。本发明系统同样适用于其他金属颗粒及金属粉末的制取（如钛粉、镍粉、锡粉、铜粉等）。

附图说明

图1是本发明钛渣冶炼副产品铁水的处理设备的结构示意图；

图2是本发明的工艺流程图；

图中标记是：1、铁水小车；2、粒化系统，3、高温收集塔，4、铁粉冷却器，5、控制系统，6、收集转运系统。

具体实施方式

一种钛渣冶炼副产品铁水的处理设备，包括铁水小车1、粒化系统2、高温收集塔3、铁粉冷却器4、控制系统5和收集转运系统6；所述的铁水小车1布置于轨道之上，在电机的驱动下可实现其在轨道上的直线运动，完成铁水的承载和运输；粒化系统2位于铁水小车之下，在高速旋转电机的驱动下实现熔融态铁水的离心粒化；高温收集塔3位于粒化系统2出口处，用于将高温固态铁粉颗粒的收集；高温收集塔3连接有用于高温固态铁粉颗粒的冷却的铁粉冷却器4，铁粉冷却器4连接有冷态收集系统6，冷态收集系统6完成冷态固体铁粉颗粒的收集转运；所述控制系统5用于控制铁水小车1的行走、检测铁水的流量、检测固体铁粉的排放温度、控制铁粉冷却器4冷却水流量和温度反馈情况。

所述的钛渣冶炼副产品铁水的处理设备和工艺，在收集塔3和铁粉冷却器4设有冷却管，冷却管内设有循环水。

所述循环水可吸收铁粉冷却过程中的显热，为工厂、生活提供热水资源。

采用所述钛渣冶炼副产品铁水的处理设备进行处理钛渣冶炼副产品铁水的工艺，包括以下步骤：

（1）控制系统发出指令，铁水小车进入工作预备位，铁水由铁水沟流入铁水小车；

（2）铁水小车装满后，控制系统发出指令，铁水小车行进至粒化系统上方，同时控制系统并发出指令开启粒化系统电源，粒化系统进入工作准备状态；

（3）控制系统检查铁水小车的位置无误后，发出指令打开铁水小车下方塞棒，熔融铁水流出进入粒化系统；

（4）熔融铁水粒化系统内，在与粒化盘间摩擦力的作用下，熔融铁水在粒化盘内铺展成膜，沿粒化盘内壁运动到粒化盘边缘，然后沿切线方向被甩离粒化盘。在离心力的作用下，熔融铁水往粒化盘边缘运动的过程中，离心力和线速度快速增加，到达粒化盘边缘的熔融铁水，会呈片状被抛射出去；片状熔融铁水在飞行过程中，在空气阻力和表面张力的作用下，逐渐收缩成椭球状或球状颗粒，从而被破碎成细小的高温固态铁粉颗粒，并在收集塔内飞行过程中被冷却；

（5）高温固态铁粉颗粒在收集塔内被完成收集，温度约为900℃；

（6）900℃高温固态铁粉颗粒进入铁粉冷却器，在其里面被冷却为180℃下的固态铁粉颗粒被排出，冷态铁粉被收集；

（7）当铁水小车（1）内全部铁水流出后，控制系统（5）发出指令，令铁水小车返回，然后再次装满铁水，重复（2）-（6）工序；

所述钛渣冶炼副产品铁水的处理设备进行处理钛渣冶炼副产品铁水的工艺，用于处理钛粉、镍粉、锡粉或铜粉制取。

实施例

一种钛渣冶炼副产品铁水的处理设备和工艺，由铁水小车1、粒化系统2、收集塔3、铁粉冷却器4、控制系统5、收集转运系统6组成的钛渣冶炼副产品铁水的处理系统。所述的所述的铁水小车1布置于轨道之上，铁水小车由主动轮、从动轮、车体、塞棒机构等组成，铁水小车将熔融铁水从铁水沟运抵粒化系统2，并通过塞棒机构控制熔融铁水流速；所述的粒化系统2位于铁水小车1下方，主要由变频电机、轴承、粒化盘、旋转轴等组成，熔融铁水进入粒化系统的粒化盘，在变频电机的高速旋转带动下，被离化为0.5mm的高温固体铁粉颗粒；收集塔3为焊接结构，设有水冷壁，高温固体铁粉颗粒在其内飞行过程中被冷却，温度约为900℃；900℃高温固体铁粉颗粒进入铁粉冷却器4后，在其里面被冷却，固体铁粉颗粒冷却为180℃下时被排出；控制系统5用于铁水小车1在轨道上的位置检测、熔融铁水流动速度控制以及粒化系统2变频电机速度的调节和和固体铁粉颗粒温度的测量；收集转运系统6用于冷态铁粉颗粒的转运收集。

该钛渣冶炼副产品铁水的处理设备和工艺实现钛渣冶炼副产品铁水处理的工艺流程为：

（1）控制系统发出指令，铁水小车进入工位；

（2)1450℃的铁水由铁水沟流入铁水小车，铁水小车将其运抵粒化系统上方；

（3）通过塞棒机构控制铁水流入粒化系统的速度，铁水在粒化系统内最终被粒化为0.5mm的固体铁粉；

（4）0.5mm的固体铁粉在收集塔内被冷却收集，最终被冷却为900℃的高温固体铁粉颗粒；

（5）900℃的高温固体铁粉颗粒进入铁粉冷却器内再次被冷却，当温度达到180℃以下时，固体铁粉颗粒被排放进入收集转运系统。

本发明所列举的技术方案和实施方式并非是限制，与本发明所列举的技术方案和实施方式等同或者效果相同方案方法都在本发明所保护的范围内。