一种钒钛矿气基竖炉还原-电炉熔分还原的方法

技术领域

本发明属于钒钛矿综合利用领域，具体涉及一种钒钛矿气基竖炉还原-电炉熔分还原的方法。

背景技术

我国的钒钛磁铁矿资源储量巨大，总体开发利用以高炉工序为主，非高炉法产量较低。整体钛和钒的回收利用率不高，资源浪费比较严重。现有技术中，非高炉法优于高炉法，可实现全钒钛矿冶炼，铁、钒、钛回收率较高。非高炉冶炼法采用预还原(回转窑、转底炉、气基竖炉)-电炉法，其中由于气基竖炉设备产量大、技术环保，最有发展前景，气基竖炉-电炉法具体过程为：先将钒钛磁铁精矿进行还原，还原产品再配入焦炭、兰碳或煤在电炉内进行熔分和深度还原冶炼。

现有技术中，气基竖炉还原-电炉法主要有专利申请号CN201910859500.3、CN201210377607.2、CN201310216599.8、CN202010327329.4和CN201310372684.3，这些专利主要包括钒钛磁铁矿氧化球团制备、气基竖炉还原和电炉熔分部分。其中专利CN201910859500.3的电炉深还原是：将钒钛磁铁矿预还原球团装入电炉进行深还原，添加熔剂和配碳，熔分温度为1550℃～1650℃，分离得到含钒铁水和含钛炉渣。专利CN201310372684.3的金属化球团电炉熔分是：将金属化球团装入熔分电炉，熔分温度1600～1700℃，配碳量2～6％，炉渣碱度0.7～1.3，熔分时间50～70min，冶炼完毕通过出渣口排出熔分钛渣，通过出铁口排出含钒铁水；上述两个专利的缺点是：电炉深度还原钒氧化物时，采用配碳的方法，此种方法既增加电耗，又降低钛渣品位。专利CN201210377607.2是将还原产品送入电炉进行熔化和渣铁分离，熔分温度1500～1700℃，获得铁水和熔渣，不进行深度还原，钒钛进熔渣中，没有提到如何提取钒。专利CN201310216599.8是将热态直接还原铁热送至熔分电炉进行熔分还原，分离出钛渣并得到含钒铁水，没有介绍如何还原钒氧化物。专利CN202010327329.4通过n次“留渣出钢”，使钒渣富集在电炉内，达到一定量后加入熔剂和还原剂，进行炉渣还原操作，得到富钒铁水和终渣。此种工艺缺点是，1、随着留渣次数的增加，电炉容量逐渐减小，单炉铁水产量逐渐降低；2、电炉分为电弧炉和矿热炉，一个电炉既做熔分炉，又做还原炉，是不合理的，会产生极高电耗。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种钒钛矿气基竖炉直接还原-电炉熔分还原的方法。

本发明的钒钛矿气基竖炉直接还原-电炉熔分还原的方法是按以下步骤进行的：

将钒钛球团矿在气基竖炉内还原，获得钒钛直接还原铁；钒钛直接还原铁在电炉内熔分还原，获得含钒铁水和钛渣，其特征在于向电炉内的熔态层中吹入还原气，还原气与钒、铁氧化物反应，生成钒、铁金属液和钛渣，钒、铁金属液进入铁水中；所述的熔态层包括铁水层、渣铁过渡层和渣层。

本发明的目的之一是降低电炉冶炼电耗。

本发明目的之二是最大限度地减少新添加物料对钛渣品位的影响。

与现有技术相比，本发明方法具有以下有益效果：

1、降低电炉冶炼电耗：本发明通过还原气喷枪带入的还原气和高碳的钒钛直接还原铁带入的碳作为直接还原铁中钒、铁氧化物的还原剂，避免了煤作为还原剂带入的脉石量，以及对应配入的熔剂量，从而避免了熔融脉石和熔剂所消耗的电耗；

2、提高钛渣品位：直接还原铁中的钒氧化物的还原剂为纯碳和/或H

3、高碳铁中碳分布均匀，钒和铁的氧化物的还原效果更好；

4、电炉中通入CO还原气，与钒和铁的氧化物反应时，能够放出热量，进一步降低电耗。

附图说明

图1为试验一的步骤二中电炉1的示意图；

图2为试验一的步骤一中气基竖炉2的示意图；

图3为试验二的步骤一中气基竖炉2的示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式为一种钒钛矿气基竖炉直接还原-电炉熔分还原的方法，具体是按以下步骤进行的：

将钒钛球团矿在气基竖炉内还原，获得钒钛直接还原铁；钒钛直接还原铁在电炉内熔分还原，获得含钒铁水和钛渣，其特征在于向电炉内的熔态层中吹入还原气，还原气与钒、铁氧化物反应，生成钒、铁金属液和钛渣，钒、铁金属液进入铁水中；所述的熔态层包括铁水层、渣铁过渡层和渣层。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：在电炉内，还原气从渣铁过渡层吹入。其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：钒钛直接还原铁为高碳直接还原铁。其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：电炉采用密闭、连续加料、定期出渣、定期出铁操作。其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：电炉内吹入的还原气为H

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式三不同的是：高碳直接还原铁的含碳量大于2.5％。其他与具体实施方式三相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式二不同的是：多个还原气通路均匀分布在电炉的渣铁过渡层。其他与具体实施方式二相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同的是：气基竖炉采用富CH

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式五不同的是：电炉使用的还原气为CO气。其他与具体实施方式五相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式七不同的是：多个还原气通路中插入还原气喷枪。其他与具体实施方式五相同。

用以下试验对本发明进行验证：

试验一：本试验为一种钒钛矿气基竖炉直接还原-电炉熔分还原的方法，具体是按以下步骤进行的：

一、如图2所示，将钒钛球团矿由气基竖炉2炉顶的装料口25装入，还原气经气基竖炉还原段气体管路23进入气基竖炉2中，在气基竖炉2内钒钛球团矿与经气基竖炉还原段气体管路23进入的还原气反应，被还原成钒钛直接还原铁，钒钛直接还原铁经气基竖炉2下部出料装置26排出炉外，反应产生的竖炉炉顶煤气由气基竖炉炉顶煤气管路24排出；

其中，经气基竖炉还原段气体管路23进入的还原气有效成分为CH

还原段位于气基竖炉2的中部(还原段气体管路23连通气基竖炉还原段的下部)，过度段位于还原度的下方(过度段气体管路22连通气基竖炉过度段的下部)，冷却段位于过度段的下方且在排料口26的上方(冷却段气体管路21连通气基竖炉冷却段的下部)；

二、如图1所示，将得到的含碳量4％的高碳的钒钛直接还原铁冷料由加料管17连续加入电炉1中，直接还原铁在电炉1内电极18的加热作用下逐渐熔化，从上至下依次形成固态炉料熔炼层15、软熔层14、渣层13、渣铁过渡层12和液态铁层11；在渣铁过渡层12均匀插入多个还原气喷枪121，还原气与渣铁过渡层12中的钒、铁氧化物反应，生成钒、铁金属液和钛渣，还原气继续上浮与渣层13、软熔层14中的部分钒、铁氧化物反应，生成钒、铁金属液和钛渣。在高碳直接还原铁穿过软熔层14、渣层13、渣铁过渡层12中，含碳量4％的高碳直接还原铁中的碳与钒、铁氧化物反应，生成钒、铁金属液和钛渣，钒、铁金属液进入铁水中；钒钛直接还原铁电炉采用密闭、连续加料、在出渣口131定期出渣、在出铁口111定期出铁操作，是为了形成还原气氛环境，提高电炉内热能的利用率。还原气喷枪121喷入的还原气为CO气，CO气还原钒、铁氧化物为放热反应，有利于降低电耗。还原气喷枪121均匀的分布在电炉1的炉体四周，使还原气能均匀地进入电炉1内，与电炉1内的钒、铁氧化物充分接触，还原效果好；图1的16号为炉顶煤气烟道。

试验二：本试验为一种气基竖炉直接还原-电炉熔分还原的方法，具体是按以下步骤进行的：

如图3所示，与试验一不同的是：在步骤一中无冷却段，气基竖炉最终的产品为高碳热直接还原铁，将热的钒钛直接还原铁热送电炉1加料；经气基竖炉还原段气体管路23进入的还原气的原料为焦炉煤气，焦炉煤气采用非催化部分氧化工艺加热到1150℃，再混入冷的焦炉煤气，使经气基竖炉还原段气体管路23进入的还原气成分中CH