[发明专利]一种含钛原料的还原碳化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含钛原料的还原碳化方法，属于冶金领域。

背景技术

含钛原料的还原碳化是从低品质钛原料中提取钛的关键工艺步骤，其还原碳化的产品可直接作为低温沸腾氯化的生产原料，对于综合利用含钛废弃物，实现资源综合利用意义重大。在含钛原料还原碳化过程中，电炉炉底持续上涨，并伴有严重的泡沫渣产生，严重影响还原碳化进程，降低了炉容利用系数和还原碳化效率，增加了还原碳化电耗和生产成本，还造成安全生产隐患，影响连续生产。

申请号为87107488.5的专利《含钛高炉渣制取四氯化钛的方法》，其公开了含钛高炉渣熔融还原碳化提钛的技术路线，将含钛高炉渣加碳选择性熔融还原碳化，低温氯化生产四氯化钛，但没有提出解决含钛高炉渣还原碳化过程出现的炉底上涨和有效控制泡沫渣的方法。

发明内容

本发明的目的在于针对上述不足，提供一种有效控制含钛原料还原碳化炉底上涨及泡沫渣的方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明含钛原料的还原碳化方法，对物料熔化、还原碳化、出炉阶段实施不同的配电制度；在物料熔化阶段，充分发挥变压器容量，使物料快速熔化；在还原碳化阶段，控制电炉功率使稳定泡沫渣层厚度不超过物料熔清熔池深度的50％；在出炉阶段，提高电炉功率，使熔融碳化渣可以稳定流出电炉，出炉时不断电。

上述的熔融碳化渣为含钛原料与碳质还原剂反应后的产物。

在物料熔化阶段，由于高炉渣的高渣阻，此阶段严格埋弧作业，配电上优先选择高功率，充分发挥变压器容量；在还原碳化阶段，严格控制有效组分的还原碳化反应速度，控制泡沫渣高度，此阶段优先选择低功率，控制电炉功率使稳定泡沫渣层厚度不超过物料熔清熔池深度的50％；在出炉阶段，还原碳化反应基本结束，由于还原碳化阶段温度较低，此时熔融碳化渣为粘稠状态，炉底逐步富集大量高熔点TiC，为保证出炉顺畅，控制炉底上涨，此阶段变压器输出高功率，电极逐步下移至电炉底部，快速提高熔池温度，快速提高熔池炉底富集产物的流动性，使熔融碳化渣可以稳定流出电炉，出炉时不断电。

进一步的，本发明含钛原料的还原碳化方法包括如下步骤：

a、物料混合：将含钛原料与碳质还原剂混匀，其中，含钛原料以TiO₂计、碳质还原剂以C计的重量配比为1.4∶1～1.5∶1；

b、物料熔化：控制电炉功率为变压器功率的85％～110％，将碳质还原剂与含钛原料混合物分批加入电炉内熔化；

c、还原碳化：控制电炉功率为变压器功率的30％～50％，至含钛原料中钛组分的还原碳化率满足需求碳化品位；

d、出炉：控制电炉功率为变压器功率的80％～90％，物料出炉，即得。

其中，上述步骤a中所述碳质还原剂优选为无烟煤、烟煤、焦碳、石油焦、木炭中至少一种。为了有效发挥碳质还原剂反应活性，同时降低碳质还原剂的飞扬损失，碳质还原剂粒度优选为0.074mm～20mm。

本发明方法中物料熔化时，碳质还原剂与含钛原料混合物可以根据需要分批加入电炉内冶炼，加入时间以物料熔清为依据，优选分2次或3次加入；为了减少还原剂飞扬损失和烧损，加入时炉内温度应控制在1000℃以下。

物料完全熔化的电耗占总电耗的40％～45％，总电耗计算方法为：以理论TiO₂还原碳化转化率100％计，计算碳化反应理论电耗，考虑电炉热效率(热效率核算按照连续生产及电炉运行参数得出)，折算总电耗。

本发明含钛原料的还原碳化方法可以实现连续生产，生产操作安全，降低了还原碳化电耗和生产成本，提高了生产效率，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

含钛高炉渣400kg，TiO₂含量20.95％～21.98％，破碎到粒度31.5mm以下；无烟煤55kg，固定碳含量79.1％，粒度范围0.074～20mm。混合均匀加入到250kVA矿热炉中，矿热炉炉底高差25mm；分批加料，物料熔化期输入功率275kVA，持续时间40min；碳化期输入功率150kVA，持续时间40min～50min；碳化后期输入功率250kVA，持续至出炉结束。连续冶炼3炉次，TiO₂平均碳化率91.1％，炉底高度平均波动2.7mm，泡沫渣高度系数(产生泡沫渣时渣面最高高度与无泡沫渣时熔池渣面高度比)1.45。

实施例2

含钛高炉渣2200kg，TiO₂含量20.95％～21.98％，破碎到粒度31.5mm以下；无烟煤518kg，固定碳含量79.1％，粒度范围0.074～20mm。混合均匀加入到2250kVA电炉中，电炉可旋转42度，出渣口砌筑坡度35～40度。分三次均匀加入物料，加料时间55min～60min，物料熔化期输入功率2000kVA；碳化反应持续时间200min，碳化期输入功率1000kVA，出炉输入功率1800kVA。连续冶炼5炉次，TiO₂平均碳化率94.5％，炉底高度平均波动20mm，泡沫渣高度系数(产生泡沫渣时渣面最高高度与无泡沫渣时熔池渣面高度比)1.55。