[发明专利]一种添加钙粉提高钒钛磁铁精矿直接还原效率的方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁冶金直接还原技术领域，具体涉及一种添加钙粉提高钒钛磁铁精矿直接还原效率的方法。

背景技术

我国四川攀西地区蕴藏着丰富的钒钛磁铁矿资源，是我国著名的特大型钒、钛、铁共生矿资源，铁、钒、钛为主要价值元素，矿产资源不仅种类繁多，而且赋存条件好，综合利用价值高。长期以来，我国主要采用选矿-烧结-高炉冶炼高钛型铁（钒）精矿-转炉提钒-转炉炼钢的生产流程，以钢铁生产为主，兼顾提钒。在此流程中，由于钒主要以类质同象赋存于钛磁铁矿中，它与铁一样，主要集中与钛磁铁矿中，因此约有90%的钒和75%的铁进入铁精矿，最终钒通过转炉提钒以钒渣的形式得以分离提取，而钛主要存在于钛铁矿和钛磁铁矿中，它在磁选铁精矿和尾矿中约各占50%，磁选铁精矿中的钛最终存在于高炉渣（含TiO₂22%~25%）中而难以利用，致使资源中钛的利用率非常低。转底炉直接还原技术出现于1978年，由于转底炉直接还原具有高温、快速的工艺特点和炉底与炉料相对静止不动等特点，使其能够满足钒钛磁铁矿直接还原要求，实现铁、钒、钛资源综合回收利用。因此，转底炉直接还原-电炉熔分工艺逐步受到人们重视，成为处理钒钛磁铁精矿工艺之一。

但该工艺有一些不足之处，这是受工艺本身的特点限制的，转底炉通过烧嘴燃烧煤气加热炉体，热量通过炉顶耐火材料辐射至球团将其加热，与高炉良好的气固热交换相比，转底炉热效率很低，同时，高温烟气从炉膛直接进入烟道，造成热量的流失，一般认为，转底炉烟气带走了炉膛全部输入热量的50%以上，最终导致生产过程中的能耗高。另外，转底炉内的能量主要靠辐射传热由上向下传递至料层，传热效率低，只能进行薄料层操作，致使转底炉生产力低下，从而间接地导致转底炉内热量利用率低。因此，只有增加料层厚度是提高转底炉生产效率、实现钒钛磁铁精矿转底炉直接还原工艺扩大化的重要途径。但研究发现，多层球还原时，不同层球团还原无法达到同步。以三层球为例，表层球团最先受热开始还原。中、下层含碳球团由于上层含碳球团的遮挡，受炉内直接辐射热面积小，使其温度比表层含碳球团低且升温速率慢，从而反应速率慢。所以随着反应的进行，当表层含碳球团已经接近还原结束时，中、下层含碳球团还未充分还原。

因此，提高料层下部含碳球团的还原速率，使整个料层中下不同层的含碳球团的金属化率同时达到一个较高的值是钒钛磁铁精矿转底炉直接还原工艺是实现转底炉厚料层操作的关键。

发明内容

本发明针对现有技术工艺中存在的含碳球团直接还原工艺的传热效率低、多层含碳球团还原不同步的问题，提出了一种添加钙粉提高钒钛磁铁精矿直接还原效率的方法。

本发明的技术方案如下：首先将钒钛磁铁精矿、煤粉、钙粉和粘结剂加水混合后制成球团，然后将球团进行干燥，将干燥后的球团以单层方式置于在转底炉的炉底耐火材料上进行还原，含碳球团在转底炉内经加热还原后制得金属化球团。

在还原过程中，利用钙还原钒钛磁铁精矿中的铁氧化物，并且钙在反应过程中会放出大量的热量，能使反应界面周围的温度急剧升高，达到促进碳热还原反应的效果。

本发明通过添加钙粉提高钒钛磁铁精矿直接还原效率，具体操作如下：

（1）将钙粉、钒钛磁铁精矿、煤粉和粘结剂按照比例混合均匀，并向混合物中加水混均后制备球团，所制球团的直径为25mm~30mm，然后将制备好的球团放入烘箱中进行干燥，其中钒钛磁铁精矿和煤粉的粒径均小于100目，其中煤粉的C原子与钒钛磁铁精矿的O原子的摩尔比为1.1~1.6，其中钙粉的添加量为混合物总质量的1%~3%，粘结剂的加入量为混合物总质量的1%~3%，加入水的质量为混合物总质量的5~10%，其中干燥时间为6~10h，干燥温度为100~120℃；

（2）将步骤（1）干燥后的球团以单层方式置于在转底炉的炉底耐火材料上进行还原，含碳球团在转底炉内经加热还原后制得金属化球团，其中转底炉的还原温度为1200~1400℃，还原时间为15~25min。

所述煤粉为无烟煤，也可以使用烟煤、褐煤、石油焦、半焦或焦粉。

所述钙粉的粒度为100~300目。

所述粘结剂为甲基纤维素，也可以使用常规粘结剂如水玻璃、豆粉、糊精、膨润土等。

所述钒钛磁铁精矿为低品位钒钛磁铁精矿、高品位钒钛磁铁精矿或较难还原的复合钒钛磁铁精矿。