CN118726683B

CN118726683B - 一种corex冶炼钒钛磁铁矿的方法

Info

Publication number: CN118726683B
Application number: CN202411216655.2A
Authority: CN
Inventors: 薛向新; 宋翰林; 刘建兴; 程功金; 杨合
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2024-09-02
Filing date: 2024-09-02
Publication date: 2024-12-31
Anticipated expiration: 2044-09-02
Also published as: CN118726683A

Abstract

本发明公开了一种COREX冶炼钒钛磁铁矿的方法，属于钢铁冶金领域，包括：使用粒煤代替块煤进入气化炉，增加粒煤在熔池中的流动性，避免堆积；预还原竖炉产出的钒钛磁铁矿直接还原铁在进入气化炉前，加入热破碎、热量回收、磨选、粒煤预混工序，增加整体生产工艺的热利用效率，从而减少燃料消耗；加入熔池侧吹喷枪，在对气化炉进行循环喷吹预还原竖炉炉气的基础上，使用预还原竖炉放散炉气和转炉副产放散炉气进行直接鼓风。本发明方法避免了烧结矿原料和焦炭原料的生产和使用问题、以及软熔带透气性问题，从而可以有效提高了冶炼过程的稳定性和连续性，并有效降低碳氮化钛的生成量，消除了高炉有效容积减小的问题，提升了炉子的整体利用率。

Description

一种COREX冶炼钒钛磁铁矿的方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金领域，具体涉及一种COREX冶炼钒钛磁铁矿的方法。

背景技术

目前高炉炼铁使用资源稀缺的优质粉矿和粉煤经过烧结和炼焦工序分别制备人造块矿——烧结矿和冶金焦炭。然而高炉冶炼钒钛磁铁矿时存在以下缺陷：

1.高炉冶炼钒钛磁铁矿时，几乎全部的TiO₂会富集在炉渣中，约50%的钒进入到铁水中，造成钒、钛资源的利用率偏低。含钛高炉渣在焦炭的作用下，会将矿中的TiO₂还原为碳化钛TiC，并在热空气鼓风的作用下，热空气中的N₂会将TiC转化为TiN，并与TiC固溶为碳氮化钛TiC_xN_y固溶体，这种高温固溶体会使得高炉渣的黏度急剧升高，造成炉渣稠化，造成炉料下行困难，即影响高炉顺行，严重时会出现风口涌渣，甚至“冻炉”。

2.高炉炉缸中会有焦炭堆积形成的“死料堆”，铁水和熔渣围绕着死料堆继续反应生成碳氮化钛，会黏附在炉缸中，降低炉缸的有效容积。

3.铁水中掺杂着碳氮化钛进入到铁水包后，会出现泡沫渣的现象，并造成铁水粘稠，附着在铁水包壁上，使用几次后铁水包壁大大增厚，有效容积减小。

4.碳氮化钛的生成对软熔带的形态起到很大的影响，钒钛磁铁矿高炉的软熔带并非传统的倒V或W型，而是多层的倒C型，透气性很差。

5.钒钛磁铁矿的烧结矿质量较差，极易出现还原粉化，低温还原性较差。且生产过程中也存在较高的硫排放造成环境污染。

6.在钒钛高炉生产过程中，与一般高炉不同，其不能炉缸温度不能过高，也不能使用大比例富氧喷吹，否则会促进碳氮化钛生成，因此要使用低炉温冶炼，而低炉温就需要低风温，降低了冶炼难度，但同时也降低了冶炼强度，其次，高炉中的[Si]还原过程是提供热量的主要来源之一，钒钛高炉需要控制[Ti]/[Si]比，以实现“物理热、化学冷”的高炉操作，实际生产过程中，该要求很难实现，因为原料非常不稳定，也就是说高炉冶炼钒钛磁铁矿是可行的，但是难度要较一般高炉更为高，条件更为受限。

COREX（欧冶炉）中的CO表示coal煤，RE表示reduction还原，EX表示extreme终极目标，即直接使用煤还原来实现炼铁的终极目标，因此无需焦炭、烧结矿等铁前工序，流程和工序相对长流程更少，成本投资和人力使用相对较低，能源消耗和污染排放相对较轻。欧冶炉继承了高炉本身的优点，其包括高炉的两个部分，一是高炉上部的块状区，即欧冶炉的预还原竖炉部分，二是高炉的高温熔融还原区（软熔带的下部），即欧冶炉的熔融气化炉部分。整个冶炼过程仍是从预还原竖炉上部开始，加入块矿、球团矿、造渣溶剂，与中部加入的高温炉气发生间接还原反应生成海绵铁，随后在熔融气化炉的上部开始加入海绵铁和块煤，中下部鼓入氧气或富氧空气形成高温富氧环境，下部最后渣铁分离。可以看作欧冶炉是一个没有“软熔带”的开放性高炉，透气性极好，整体与高炉一样属于高填充率型冶金反应器，主体设备加入了炉气净化和调温系统，对二次能源的利用率高。但欧冶炉还存在明显的缺点，一是煤比很高，一般达到950kg/t-Fe，是现有同等高炉焦比（折合）的1.5倍以上，这是因为预还原竖炉还原出来的海绵铁需要重新吸收更高的热量来熔融，有时还需要从气化炉拱顶侧边喷吹冷煤粉燃烧来补充热量，因此通过非焦煤燃烧提供热量维持熔池温度的作用程度加大，故而消耗量增大。二是块煤堆积在熔池底部，仍形成如高炉炉缸中的一样的“死料堆”，死料堆的渗透性决定了渣铁是良好的穿过死料堆从各个方向流向铁口排出炉内，还是不能良好的穿过死料堆而主要沿着炉缸壁环流排出炉内，前者炉缸活跃性好，渣铁液面稳定，出铁时间均匀，对炉缸壁面的冲刷更弱，明显延长高炉寿命。而欧冶炉的块煤为非焦煤，液体渗透性差。三是纯氧鼓风对含碳炉衬的腐蚀性高，同时对铁水进一步氧化，气化炉内部温度不均匀，炉气烟尘量大，增加了后续炉气处理的难度。

使用欧冶炉冶炼钒钛磁铁矿避免了高炉冶炼过程中存在的软熔带透气性的问题，同时也无需使用烧结矿和焦炭，极大的降低了能耗和污染物的排放，此外，使用纯氧喷吹鼓风避免了氮化钛的生成，对碳化钛也有抑制生成和再次氧化的作用，从而改善含钛高炉渣的高温冶金物理化学特性，尤其是改善炉渣的润湿性和流动性。但仍存在几个重要的影响钒钛磁铁矿冶炼的问题：

1.仍然有大量碳化钛的生成，造成泡沫渣和渣铁难分的现象，由于欧冶炉的出铁方式是定期钻开铁口，泡沫渣和渣铁混合物极易造成铁口喷涌，且碳化钛是依附死料堆生成的，碳化钛和煤的润湿性较好，会黏附煤颗粒进入渣铁中，在铁水包中继续反应，形成泡沫渣和铁水包增厚的问题。

2.炉体内热量需求大，需要喷纯氧燃烧煤粉，成本高，煤比高。且块煤和海绵铁混合加入到熔池中，熔池中块煤的燃烧作用不能完全发挥出来，只能作为还原剂，极易造成含钛高炉渣中的钛氧化物过还原为碳化钛。当钻开铁口排渣铁时，为了维持炉体的温度，必须继续燃烧煤粉，此时还极易造成炉气泄漏等问题。

3.欧冶炉熔融气化炉在服役时，为了节约燃料并产生优质炉气，会在气化炉拱顶侧部鼓入冷态煤粉，鼓入的冷态煤粉直接冲击拱顶，导致拱顶耐火材料产生较大面积的剥落，为欧冶炉的安全生产带来了隐患。

4.纯氧喷吹会造成渣中FeO含量增加，即铁水被氧化，铁损增加。

需要提及的是，高炉冶炼钒钛磁铁矿生成碳氮化钛的规律表明，碳氮化钛中的氮化钛是由碳化钛氮化得来的，如果碳化钛的含量不降低，本质上对含钛高炉渣的影响仍然明显，而降低碳化钛生成的充分条件之一是增加CO的分压，必要条件是增加氧势。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明公开了一种COREX冶炼钒钛磁铁矿的方法。包括以下方法：首先，使用粒煤代替块煤进入气化炉，增加粒煤在熔池中的流动性，避免堆积。其次，预还原竖炉产出的钒钛磁铁矿直接还原铁在进入气化炉前，加入热破碎、热量回收、磨选、粒煤预混工序，增加整体生产工艺的热利用效率，从而减少燃料消耗。热破碎是指炉料在200~500℃温度下破碎，破碎难度低，效率高，同时加入热量回收工序。冷却后与冷粒煤预混。再次，加入熔池侧吹喷枪，在对气化炉进行循环喷吹预还原竖炉炉气的基础上，增加使用预还原竖炉放散炉气和转炉副产放散炉气进行直接鼓风，提高炉气质量，且不额外增设炉气热回收系统，增加欧冶炉的热量供应的同时，减少碳消耗，并强化熔池搅拌，增加炉内氧势，降低炉气中的粉尘。

一种COREX冶炼钒钛磁铁矿的方法，具体包括以下步骤：

（1）预还原：将钒钛磁铁矿精矿制备成球团矿及块矿，或制备二元碱度在1.0~1.3范围内的自熔性球团，在COREX预还原竖炉中被熔融气化炉产生的炉气还原后得到还原料，还原料的主要成分及含量为TFe 60~75%，TiO₂15~25%，V₂O₅0.5~1.5%，Cr₂O₃0.5~1.5%；预还原过程中，原料中的铁氧化物被还原为金属铁和低氧化态的钒钛化合物。预还原竖炉内的温度维持在1000~1250℃之间，以保证还原反应的有效进行；

（2）热破碎及磨选：高温还原料经过出料口的水冷换热器换热降温后，再将温度在200~500℃的还原料通过传送装置送入破碎机进行破碎。破碎后的还原料的平均粒度为10~30mm，温度在60~90℃。将破碎冷却后的原料进行磨选，选出含钒富钛料及还原铁，将含钒富钛料送入湿法工序进行提钒提钛。磨选后的含钒富钛料成分及含量为TFe 5~20%，TiO₂30~50%，V₂O₅1~3%，Cr₂O₃0.5~1.5%。还原铁的成分及含量为TFe 90~99%，TiO₂5~15%，V₂O₅0.05~0.25%，Cr₂O₃0.5~1.5%；

（3）原料预混：将破碎磨选后的直接还原铁粒与粒煤预混，所使用的粒煤为非焦煤或半焦（兰炭），粒煤平均粒度为5~30mm，混合后至料仓备用；

（4）气化熔融还原：将预混的原料加入至熔融气化炉中，通过喷枪喷吹煤粉、重油或天然气等燃料及纯氧的燃烧来维持熔池温度在1450℃以上，控制炉内气氛、添加溶剂等方式来调节渣的成分，如渣中TiO₂含量过高超过10%，则通过配入高品位铁精粉或加入CaO、SiO₂、MgO等氧化性溶剂的方式调节，当炉内温度过高时降低喷吹燃料的强度，排渣放铁时增加高温放散炉气的喷吹以维持熔池温度。维持渣中的TiO₂含量5~10%，碳氮化钛的含量1~5%，黏度0.1~1.5Pa·s。铁水中TFe 95~99%，TiO₂0.1~1%，V₂O₅0.1~0.5%，Cr₂O₃1~3%。熔化的铁水和渣通过各自的排放口被分别排出，铁水进一步送入炼钢工序，而渣则作为副产品回收利用；

（5）放散炉气侧吹：整个预还原竖炉工艺流程中产生的炉气被直接回收，与碱性氧气转炉产生的放散炉气在中继热风炉内按体积分数20~80%进行混合，通过侧吹喷枪调整位置，喷吹至渣铁界面层中。其中，转炉放散炉气成分（体积分数%）为CO 20~40%，CO₂30~40%，其余为N₂，温度为900~1100℃。预还原竖炉炉气成分（体积分数%）为CO 20~40%，CO₂40~70%，其余为CH₄、SO₂、H₂等。

冶炼初期，渣层厚度和铁水层厚度较浅，此时渣金液面高约900~1200mm，渣层厚度与铁水层厚度的比值为0.4~0.6，侧吹喷枪角度约65~85°，表压强度0.1~0.25MPa，供气强度0.8~1.6 m³/(t·min)，混合喷吹气中转炉放散炉气比例为50~80%，混合喷吹气成分中CO30~40%，CO₂30~40%，其余主要成分为CH₄、H₂等，混合气温度800~1000℃，渣铁搅动剧烈程度较低，还原势高，处于初始还原造渣期，渣相逐渐增多，铁水层逐渐变厚，但由于加入大量炉料为冷料，炉体和熔池整体温度较低约1350~1450℃；

冶炼中期，渣层厚度和铁水层厚度达到1500~1800mm，渣层厚度与铁水层厚度的比值为0.6~0.8，侧吹喷枪角度约45~65°，表压强度0.25~0.45MPa，供气强度1.8~2.8 m³/(t·min)，混合喷吹气中转炉放散炉气比例为40~60%，混合喷吹气成分中CO 25~35%，CO₂35~45%，其余主要成分为N₂等，混合气温度为800~1000℃，此时渣铁界面反应剧烈，大量金属元素被还原，渣层厚度和铁水层厚度增加速度进一步加快，侧吹搅拌作用剧烈，渣铁界面层形成“涌泉”状搅动漩涡，熔池中粒煤与CO₂反应生成CO气体，上溢至熔池上方燃烧区燃烧，炉体和熔池整体温度上升至1600~1800℃；

冶炼末期，渣层厚度和铁水厚度达到2000~2500mm，渣层厚度与铁水层厚度的比值为1.0~1.3，侧吹喷枪角度约25~45°，表压强度0.15~0.25MPa，供气强度1.0~2.0 m³/(t·min)，混合喷吹气中转炉放散炉气比例为20~50%，混合喷吹气成分中CO 20~30%，CO₂40~50%，其余主要成分为N₂等，混合气温度为800~1000℃，此时渣铁界面反应活性降低，降低喷吹强度，增大CO₂比例，有降低熔池反应烈度和炉气烟尘的作用，促进渣层与铁水层的分离，同时充分利用炉气自身物理热对炉体进行热量补充，降低燃料的喷吹强度，炉体和熔池整体温度仍保持在1600~1800℃；

排渣放铁阶段，由于铁水和渣带走热量，炉体温度降低至1350~1450℃左右，渣铁层厚度降至900mm以下，此时可适当增加放散炉气喷吹量以维持熔池温度，调整喷枪角度在15~30°之间，位于熔池的上方，喷吹混合气中转炉放散炉气的比例约45~75%，供气强度1.3~2.3 m³/(t·min)，混合气中CO 25~35%，CO₂35~45%，其余主要成分为N₂等，炉气温度800~1000℃，熔池无搅拌，熔池上方气压较无侧吹喷枪时增加，排渣放铁速度加快，增加了生产效率，炉体和熔池温度可维持在1450~1550℃。其中，放散炉气是指转炉生产过程中，产生的炉气中因CO的平均含量小于40%的达不到回收标准，而将被燃烧放散至大气中的炉气。一般预还原竖炉的炉气也属于低热值炉气，在本发明中将其用于自循环喷吹燃料之一，用以提高系统的能源利用率。

所述步骤（1）中，所使用的钒钛磁铁矿的主要成分及含量（质量百分比%）为TFe 30~55%，TiO₂9~15%，V₂O₅0.3~0.8%，Cr₂O₃0.1~0.5%。钒钛磁铁矿精矿的主要成分及含量为TFe55~65%，TiO₂15~25%，V₂O₅0.5~1.5%，Cr₂O₃0.5~1.5%，其余为SiO₂、CaO、Al₂O₃、MgO等。

所述步骤（2）中，高温还原料经过出料口的水冷换热器换热降温，避免温度过高对传送装置和破碎装置造成破坏。

所述步骤（2）中，将温度在200~500℃的还原料通过传送装置送入破碎机进行破碎，炉料在200~500℃温度下破碎，破碎难度低，效率高，同时加入热量回收工序。

所述步骤（2）中，磨选是通过磨矿磨成一定粒度的矿粉后，通过重力选矿、强磁选矿、弱磁选矿等方式，将还原铁与含钒富钛料进行分离。

所述步骤（3）中，将破碎磨选后的直接还原铁粒与粒煤预混，煤铁质量比优选为0.4~1，根据经济性进行煤铁的混合比例。

所述步骤（4）中，将预混的原料加入至熔融气化炉中，通过喷枪喷吹煤粉、重油或天然气等燃料及纯氧的燃烧来维持熔池温度在1450~1530℃。

所述步骤（4）中，全钒钛高炉炉渣黏度现有平均指标在1~3Pa·s，一般在2.5 Pa·s，而高炉炉渣黏度流动性在0.5Pa·s左右，超过1Pa·s会恶化，钒钛高炉具有特殊性，炉渣相对粘稠。

所述步骤（5）中，放散炉气是指不被企业回收的一部分炉气，因为CO₂含量高且CO含量不达标导致热值低，一般直接点燃放散到大气中，因此被称为放散炉气。本发明中所述的CO含量的达标率以40%为基准。

所述步骤（5）中，使用预还原竖炉放散炉炉气和转炉副产放散炉气进行直接鼓风，提高炉气质量，且不额外增设炉气热回收系统，增加欧冶炉的热量供应的同时，减少碳消耗，并强化熔池搅拌，增加炉内氧势，降低炉气中的粉尘。

本发明的有益效果：

1.欧冶炉替代传统高炉冶炼钒钛磁铁矿，避免了烧结矿原料和焦炭原料的生产和使用问题、以及软熔带透气性问题，从而可以有效提高了冶炼过程的稳定性和连续性。

2.有效降低碳氮化钛的生成量，消除了高炉有效容积减小的问题，提升了炉子的整体利用率。

3.热破碎后能够更充分地释放炉料内部的热量，增加了余热回收量和能量利用率。

4.预还原竖炉生产还原料后增加了热破碎和磨选过程，增加了工艺能源回收，同时将含钒富钛料进行分离，极大地提高了钒钛磁铁矿中钒、钛资源的回收利用率。

5.加入了熔池侧吹，直接作用于渣铁界面，对熔池起到搅拌作用，促进粒煤的均匀分布，避免死料堆的形成，改善熔池的反应性。

6.喷吹气为CO和CO₂含量较高的来自转炉和预还原竖炉的混合放散炉气，增加了系统副产能源的二次循环利用率，降低了系统能耗和碳排放。

7.充分利用了放散炉气的物理热，可以对炉体和熔池起到非燃烧性质的外部供热，减少了燃料消耗，降低了生产成本，提高了系统的能量利用率。

8.充分利用放散炉气中的CO₂调节生产过程，CO₂作为一种弱氧化剂，可以增加渣铁界面的氧势，抑制TiO₂过还原为TiC的同时，不会过度氧化铁水为FeO。

9.除了放散炉气中提供一部分CO外，CO₂也会与熔池中的粒煤反应生成CO，由于熔渣层的阻隔，在渣金界面上的CO的分压会显著增高，这将进一步的抑制TiC的生成，这将显著改善含钛高炉渣的高温冶金物理化学特性，尤其是改善流动性。

10.即使混合气中含有N₂，TiN的转化量也会因TiC含量的降低而降低，且TiN作为一种有益的氮化物夹杂物，对后续钢的冶炼有增益效果。

11.放散炉气中的CO₂有降低熔池喷涌烈度，降低烟气中粉尘的作用，同时其搅拌作用与Ar相当，强化熔池搅拌作用有助于提高反应效率，并且降低了炉气中的粉尘含量，降低了对预还原竖炉的影响，有效降低炉气烟道堵塞的风险。

附图说明

图1 COREX冶炼钒钛磁铁矿的侧吹结构示意图。

图2 COREX冶炼钒钛磁铁矿的流程示意图。

具体实施方式

一种COREX冶炼钒钛磁铁矿的方法，如图1-2所示，具体包括以下步骤：

（1）预还原：钒钛磁铁矿精矿的主要成分及含量为TFe 55~65%，TiO₂15~25%，V₂O₅0.5~1.5%，Cr₂O₃0.5~1.5%，其余为SiO₂、CaO、Al₂O₃、MgO等。将钒钛磁铁矿精矿制备成球团矿及块矿，或制备二元碱度在1.0~1.3范围内的自熔性球团，在COREX预还原竖炉中被熔融气化炉产生的炉气还原后得到还原料，还原料的主要成分及含量为TFe 60~75%，TiO₂15~25%，V₂O₅0.5~1.5%，Cr₂O₃0.5~1.5%；预还原过程中，原料中的铁氧化物被还原为金属铁和低氧化态的钒钛化合物。预还原竖炉内的温度维持在1000~1250℃之间，以保证还原反应的有效进行；

（3）原料预混：将破碎磨选后的直接还原铁粒与粒煤预混，煤铁质量比优选为0.4~1，所使用的粒煤为非焦煤或半焦（兰炭），粒煤平均粒度为5~30mm，混合后至料仓备用；

（4）气化熔融还原：将预混的原料加入至熔融气化炉中，通过喷枪喷吹煤粉、重油或天然气等燃料及纯氧的燃烧来维持熔池温度在1450~1530℃，控制炉内气氛、添加溶剂等方式来调节渣的成分，如渣中TiO₂含量过高超过10%，则通过配入高品位铁精粉或加入CaO、SiO₂、MgO等氧化性溶剂的方式调节，当炉内温度过高时降低喷吹燃料的强度，排渣放铁时增加高温放散炉气的喷吹以维持熔池温度。维持渣中的TiO₂含量5~10%，碳氮化钛的含量1~5%，黏度0.1~1.5Pa·s。铁水中TFe 95~99%，TiO₂0.1~1%，V₂O₅0.1~0.5%，Cr₂O₃1~3%。熔化的铁水和渣通过各自的排放口被分别排出，铁水进一步送入炼钢工序，而渣则作为副产品回收利用；

（5）放散炉气侧吹：整个预还原竖炉工艺流程中产生的炉气被直接回收，与碱性氧气转炉产生的放散炉气在中继热风炉内按体积分数20~80%进行混合，通过侧吹喷枪调整位置，喷吹至渣铁界面层中。其中，转炉放散炉气成分（体积分数%）为CO 20~40%，CO₂30~40%，其余为N₂，温度为900~1100℃。预还原竖炉炉气成分（体积分数）为CO 20~40%，CO₂40~70%，其余为CH₄、SO₂、H₂。具体喷吹方式如下：

冶炼初期，渣层厚度和铁水层厚度较浅，此时渣金液面高约900~1200mm，渣层厚度与铁水层厚度的比值为0.4~0.6，侧吹喷枪角度约65~85°，表压强度0.1~0.25MPa，供气强度0.8~1.6 m³/(t·min)，混合喷吹气中转炉放散炉气比例为50~80%，混合喷吹气成分中CO30~40%，CO₂30~40%，其余主要成分为CH₄、H₂，混合气温度800~1000℃，渣铁搅动剧烈程度较低，还原势高，处于初始还原造渣期，渣相逐渐增多，铁水层逐渐变厚，但由于加入大量炉料为冷料，炉体和熔池整体温度较低约1350~1450℃；

冶炼末期，渣层厚度和铁水厚度达到2000~2500mm，渣层厚度与铁水层厚度的比值为1.0~1.3，侧吹喷枪角度约25~45°，表压强度0.15~0.25MPa，供气强度1.0~2.0 m³/(t·min)，混合喷吹气中转炉放散炉气比例为20~50%，混合喷吹气成分中CO 20~30%，CO₂40~50%，其余主要成分为N₂，混合气温度为800~1000℃，此时渣铁界面反应活性降低，降低喷吹强度，增大CO₂比例，有降低熔池反应烈度和炉气烟尘的作用，促进渣层与铁水层的分离，同时充分利用炉气自身物理热对炉体进行热量补充，降低燃料的喷吹强度，炉体和熔池整体温度仍保持在1600~1800℃；

排渣放铁阶段，由于铁水和渣带走热量，炉体温度降低至1350~1450℃左右，渣铁层厚度降至900mm以下，此时可适当增加放散炉气喷吹量以维持熔池温度，调整喷枪角度在15~30°之间，位于熔池的上方，喷吹混合气中转炉放散炉气的比例约45~75%，供气强度1.3~2.3 m³/(t·min)，混合气中CO 25~35%，CO₂35~45%，其余主要成分为N₂等，炉气温度800~1000℃，熔池无搅拌，熔池上方气压较无侧吹喷枪时增加，排渣放铁速度加快，增加了生产效率，炉体和熔池温度可维持在1450~1550℃。

对比例1：高炉冶炼钒钛磁铁矿

目的：研究钒钛磁铁矿在传统高炉中的冶炼效果。

矿物成分：钒钛磁铁矿精矿的主要成分及含量为TFe：60%，TiO₂：25%，V₂O₅：1.5%。

原料粒度：10~20mm。

冶炼温度：1530℃。

结果：

Ti(CN)含量：6%。

黏度：2.5 Pa·s。

当钒钛磁铁矿精矿中TiO₂含量为25%时，高炉透气性恶化至30%（相对于标准透气性的百分比下降），渣质流动性变差，冶炼过程中出现了严重的透气性不良问题。

实施例1：欧冶炉冶炼钒钛磁铁矿

目的：使用欧冶炉技术替代传统高炉，并利用转炉副产放散炉气作为鼓风气源。

矿物成分：钒钛磁铁矿精矿的主要成分及含量为TFe：60%，TiO₂：25%，V₂O₅：1.5%。将钒钛磁铁矿精矿制备成球团矿及块矿，或制备二元碱度在1.0~1.3范围内的自熔性球团，在COREX预还原竖炉中被气化熔融炉产生的煤气还原后得到还原料。预还原竖炉内的温度维持在1000~1250℃之间。

原料粒度：高温还原料经过出料口的水冷换热器换热降温后，再将温度在200~500℃的还原料通过传送装置送入破碎机进行破碎，破碎后的还原料的平均粒度为10~30mm，温度在60~90℃。将破碎冷却后的原料进行磨选，选出含钒富钛料及还原铁，将含钒富钛料送入湿法工序进行提钒提钛。磨选后的含钒富钛料主要成分及含量为TFe 18%，TiO₂45%，V₂O₅2.3%，Cr₂O₃1.2%。还原铁的成分为TFe 95%，TiO₂3.9%，V₂O₅0.18%，Cr₂O₃1.1%。

煤铁混合：将破碎磨选后的直接还原铁粒与粒煤预混，煤铁质量比为0.8，所使用的粒煤为半焦，粒煤平均粒度为5~30mm，其中10~25mm的占90%以上，混合后至料仓。

冶炼温度：1500℃。

副产放散炉气组成：20~35% CO，30~40% CO₂，其余N₂。

整个预还原竖炉工艺流程中产生的炉气被直接回收，与碱性氧气转炉产生的放散炉气在中继热风炉内进行混合，平均副产放散炉气比例（体积分数）为：45~60%。

具体喷吹方式如下：

冶炼初期，渣层厚度和铁水层厚度较浅，此时渣金液面高约900~1200mm，渣层厚度与铁水层厚度的比值为0.4~0.6，侧吹喷枪角度约65~85°，表压强度0.1~0.25MPa，供气强度0.8~1.6 m³/(t·min)，混合喷吹气中转炉放散炉气比例为55%，混合喷吹气成分中CO 31%，CO₂37%，其余主要成分为CH₄、H₂，混合气温度900℃，渣铁搅动剧烈程度较低，还原势高，处于初始还原造渣期，渣相逐渐增多，铁水层逐渐变厚，但由于加入大量炉料为冷料，炉体和熔池整体温度较低约1440℃；

冶炼中期，渣层厚度和铁水层厚度达到1500~1800mm，渣层厚度与铁水层厚度的比值为0.6~0.8，侧吹喷枪角度约45~65°，表压强度0.25~0.45MPa，供气强度1.8~2.8 m³/(t·min)，混合喷吹气中转炉放散炉气比例为60%，混合喷吹气成分中CO 33%，CO₂45%，其余主要成分为N₂等，混合气温度为900℃，此时渣铁界面反应剧烈，大量金属元素被还原，渣层厚度和铁水层厚度增加速度进一步加快，侧吹搅拌作用剧烈，渣铁界面层形成“涌泉”状搅动漩涡，熔池中粒煤与CO₂反应生成CO气体，上溢至熔池上方燃烧区燃烧，炉体和熔池整体温度上升至1700℃；

冶炼末期，渣层厚度和铁水厚度达到2000~2500mm，渣层厚度与铁水层厚度的比值为1.0~1.3，侧吹喷枪角度约25~45°，表压强度0.15~0.25MPa，供气强度1.0~2.0 m³/(t·min)，混合喷吹气中转炉放散炉气比例为50%，混合喷吹气成分中CO 28%，CO₂44%，其余主要成分为N₂，混合气温度为900℃，此时渣铁界面反应活性降低，降低喷吹强度，增大CO₂比例，有降低熔池反应烈度和炉气烟尘的作用，促进渣层与铁水层的分离，同时充分利用炉气自身物理热对炉体进行热量补充，降低燃料的喷吹强度，炉体和熔池整体温度仍保持在1600~1800℃；

排渣放铁阶段，由于铁水和渣带走热量，炉体温度降低至1450℃左右，渣铁层厚度降至900mm以下，此时可适当增加放散炉气喷吹量以维持熔池温度，调整喷枪角度在15~30°之间，位于熔池的上方，喷吹混合气中转炉放散炉气的比例约45%，供气强度1.3~2.3 m³/(t·min)，混合气中CO 28%，CO₂39%，其余主要成分为N₂等，炉气温度900℃，熔池无搅拌，熔池上方气压较无侧吹喷枪时增加，排渣放铁速度加快，增加了生产效率，炉体和熔池温度可维持在1540℃。

结果：

Ti(CN)含量：4%。

黏度：1.2 Pa·s。

尽管钒钛磁铁矿精矿中TiO₂含量仍然较高，但采用欧冶炉并利用转炉副产放散炉气作为鼓风气源的技术使渣质流动性显著提高，透气性仅恶化至10%（相对于标准透气性的百分比下降），透气性问题得到有效缓解。

实施例2：提高欧冶炉中副产放散炉气的使用量

目的：在实施例1的基础上，增加欧冶炉鼓风中的副产放散炉气使用量，则混合气中CO的分压越高，以进一步减少碳氮化钛(Ti(CN))的生成。

矿物成分：TFe：60%，TiO₂：25%，V₂O₅：1.5%。

原料粒度：10~20mm。

冶炼温度：1480℃。

炉气温度：1000℃。

副产放散炉气组成：

初期36% CO，34% CO₂，其余N₂；

中期35% CO，43% CO₂，其余N₂；

末期30% CO，41% CO₂，其余N₂；

排渣放铁期29% CO，38% CO₂，其余N₂；

侧吹副产放散炉气平均比例：60~75%。其中初期70%，中期75%，末期65%，排渣放铁期60%。

结果：

Ti(CN)含量：2%。

黏度：0.7 Pa·s。

渣质流动性进一步提高，透气性恶化降至5%（相对于标准透气性的百分比下降），透气性问题得到更有效的缓解。

分析与总结

在对比例1中，当TiO₂含量为25%时，渣中Ti(CN)含量达到6%，超过了5%的临界值，导致熔渣黏度增加到2.5 Pa·s，这表明熔渣流动性较差，进而导致高炉透气性恶化至30%。

实施例1显示，欧冶炉技术能够显著改善渣质流动性，即使在高TiO₂含量的情况下，渣中Ti(CN)含量降低到4%，熔渣黏度为1.2 Pa·s，透气性恶化也仅为10%。

实施例2进一步提高了透气性，渣中Ti(CN)含量降至2%，熔渣黏度降低到0.7 Pa·s，透气性恶化降至5%，这表明熔渣流动性非常好，透气性问题几乎被解决。

Claims

1.一种COREX冶炼钒钛磁铁矿的方法，其特征在于，包括以下步骤：

使用粒煤代替块煤进入气化炉，增加粒煤在熔池中的流动性，避免堆积；

预还原竖炉产出的钒钛磁铁矿直接还原铁在进入气化炉前，加入热破碎、热量回收、磨选、粒煤预混工序，增加整体生产工艺的热利用效率，从而减少燃料消耗；

加入熔池侧吹喷枪，在对气化炉进行循环喷吹预还原竖炉炉气的基础上，增加使用预还原竖炉放散炉气和转炉副产放散炉气进行直接鼓风；

（1）预还原：将钒钛磁铁矿精矿制备成球团矿及块矿，或制备二元碱度在1.0~1.3范围内的自熔性球团，钒钛磁铁矿精矿的主要成分及含量为TFe 55~65%，TiO₂ 15~25%，V₂O₅ 0.5~1.5%，Cr₂O₃ 0.5~1.5%，其余为SiO₂、CaO、Al₂O₃、MgO；在COREX预还原竖炉中被熔融气化炉产生的炉气还原后得到还原料，预还原竖炉内的温度维持在1000~1250℃之间，以保证还原反应的有效进行，还原料的主要成分及含量为TFe 60~75%，TiO₂ 15~25%，V₂O₅0.5~1.5%，Cr₂O₃0.5~1.5%；

（2）热破碎及磨选：高温还原料经过换热降温后，再将温度在200~500℃的还原料进行破碎，将破碎冷却后的原料进行磨选，选出含钒富钛料及还原铁，将含钒富钛料送入湿法工序进行提钒提钛；磨选后的含钒富钛料成分及含量为TFe 5~20%，TiO₂ 30~50%，V₂O₅ 1~3%，Cr₂O₃ 0.5~1.5%；还原铁的成分及含量为TFe 90~99%，TiO₂ 5~15%，V₂O₅ 0.05~0.25%，Cr₂O₃0.5~1.5%；

（3）原料预混：将破碎磨选后的直接还原铁粒与粒煤预混，所使用的粒煤为非焦煤或半焦，粒煤平均粒度为5~30mm，混合后至料仓备用；

（4）气化熔融还原：将预混的原料加入至熔融气化炉中，通过喷枪喷吹燃料及纯氧的燃烧来维持熔池温度在1450℃以上，控制炉内气氛、添加溶剂的方式来调节渣的成分，维持渣中的TiO₂含量5~10%，碳氮化钛的含量1~5%，黏度0.1~1.5Pa·s；铁水中TFe 95~99%，TiO₂0.1~1%，V₂O₅ 0.1~0.5%，Cr₂O₃ 1~3%；

（5）放散炉气侧吹：整个预还原竖炉工艺流程中产生的炉气被直接回收，与碱性氧气转炉产生的放散炉气在中继热风炉内按体积分数20~80%进行混合，通过侧吹喷枪调整位置，喷吹至渣铁界面层中；其中，转炉放散炉气成分为CO 20~40%，CO₂ 30~40%，其余为N₂，温度为900~1100℃；预还原竖炉炉气成分为CO 20~40%，CO₂ 40~70%，其余为CH₄、SO₂、H₂。

2.根据权利要求1所述的一种COREX冶炼钒钛磁铁矿的方法，其特征在于，所述步骤（2）中，破碎后的还原料的平均粒度为10~30mm，温度在60~90℃。

3.根据权利要求1所述的一种COREX冶炼钒钛磁铁矿的方法，其特征在于，所述步骤（5）中，冶炼初期，渣层厚度和铁水层厚度浅，此时渣金液面高900~1200mm，渣层厚度与铁水层厚度的比值为0.4~0.6，侧吹喷枪角度65~85°，表压强度0.1~0.25MPa，供气强度0.8~1.6m³/(t·min)，混合喷吹气中转炉放散炉气比例为50~80%，混合喷吹气成分中CO 30~40%，CO₂30~40%，其余主要成分为CH₄、H₂，混合气温度800~1000℃。

4.根据权利要求1所述的一种COREX冶炼钒钛磁铁矿的方法，其特征在于，所述步骤（5）中，冶炼中期，渣层厚度和铁水层厚度达到1500~1800mm，渣层厚度与铁水层厚度的比值为0.6~0.8，侧吹喷枪角度45~65°，表压强度0.25~0.45MPa，供气强度1.8~2.8 m³/(t·min)，混合喷吹气中转炉放散炉气比例为40~60%，混合喷吹气成分中CO 25~35%，CO₂ 35~45%，其余主要成分为N₂，混合气温度为800~1000℃。

5.根据权利要求1所述的一种COREX冶炼钒钛磁铁矿的方法，其特征在于，所述步骤（5）中，冶炼末期，渣层厚度和铁水厚度达到2000~2500mm，渣层厚度与铁水层厚度的比值为1.0~1.3，侧吹喷枪角度25~45°，表压强度0.15~0.25MPa，供气强度1.0~2.0 m³/(t·min)，混合喷吹气中转炉放散炉气比例为20~50%，混合喷吹气成分中CO 20~30%，CO₂ 40~50%，其余主要成分为N₂，混合气温度为800~1000℃。

6.根据权利要求1所述的一种COREX冶炼钒钛磁铁矿的方法，其特征在于，所述步骤（5）中，排渣放铁阶段，由于铁水和渣带走热量，炉体温度降低至1350~1450℃，渣铁层厚度降至900mm以下，此时调整喷枪角度在15~30°之间，位于熔池的上方，喷吹混合气中转炉放散炉气的比例45~75%，供气强度1.3~2.3 m³/(t·min)，混合气中CO 25~35%，CO₂ 35~45%，其余主要成分为N₂，炉气温度800~1000℃。