9、國鈦渣生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀.doc

我國鈦渣生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀1、前言 我國鈦資源比較豐富，除少量鈦鐵砂礦外，主要以鈦鐵巖礦為主，國內(nèi)鈦鐵巖礦的缺點(diǎn)是品位低，雜質(zhì)含量高，不能直接滿足氯化法鈦白對原料的要求，僅適宜作硫酸法鈦白的原料。由于硫酸法鈦白生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量難以治理、污染環(huán)境的“三廢”，近年來全球硫酸法鈦白產(chǎn)能急劇萎縮。隨著我國氯化法鈦白以及海錦鈦工業(yè)的快速發(fā)展，對高品位富鈦料的需求日益增加。因此，尋求經(jīng)濟(jì)合理的鈦原料處理方法，將我國豐富的鈦鐵礦資源加工成富鈦料是我國鈦白和鈦材產(chǎn)業(yè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。 國內(nèi)從上世紀(jì)50年代就開始對電爐冶煉鈦渣的生產(chǎn)工藝進(jìn)行研究開發(fā)，經(jīng)過近50年的發(fā)展，目前全國鈦渣生產(chǎn)能力仍很小，約15萬噸/年，僅占世界年生產(chǎn)能力的5%。如果加上攀鋼正在建設(shè)的年產(chǎn)6萬噸鈦渣廠和承德年產(chǎn)3.3萬噸的高鈦渣廠，全國總生產(chǎn)能力也僅占世界的8.1%，與我國豐富的鈦資源和全球第二大鈦白生產(chǎn)國的地位極不相稱。因此，必須加快我國鈦渣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為鈦白和鈦材業(yè)提供更多的優(yōu)質(zhì)原料，減輕鈦白行業(yè)環(huán)保壓力，促進(jìn)我國鈦白和鈦材工業(yè)整體水平的全面提高。2、國內(nèi)鈦渣技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 國內(nèi)鈦鐵礦一般直接供硫酸法鈦白生產(chǎn)作原料，少量加工成富鈦料，供氯化法鈦白、四氯化鈦、海綿鈦和電焊條工業(yè)使用。隨著海綿鈦和氯化鈦白工業(yè)的迅速發(fā)展，對鈦渣等富鈦料的需求越來越大，國內(nèi)鈦渣產(chǎn)量逐年增加。2005年全球氯化法鈦白使用富鈦料占整個(gè)鈦白工業(yè)原料55%，硫酸法鈦白占45%。世界鈦白工業(yè)使用富鈦料量占所用原料75%以上。而目前國內(nèi)氯化法鈦白、四氯化鈦、海綿鈦和電焊條工業(yè)四項(xiàng)合計(jì)使用的富鈦料才占國內(nèi)鈦礦消耗量的7.5%，硫酸法鈦白占92.5%，與國外相比差距較大，表明在我國發(fā)展富鈦料前景廣闊。 硫酸法鈦白生產(chǎn)雖然可以采用鈦鐵礦做原料，但存在酸耗量大、副產(chǎn)品硫酸亞鐵多、不溶固體雜質(zhì)量增加和廢酸廢液難治理等問題。采用富鈦料(酸溶性鈦渣)可以減少酸耗量30%并解決硫酸亞鐵問題，從而減輕環(huán)保壓力，提高設(shè)備產(chǎn)能，目前國外越來越多的廠家都將其原料改成鈦渣和人造金紅石等富鈦料。氯化法鈦白和海綿鈦生產(chǎn)的第一道工序是制取TiCl4，用鈦鐵礦生產(chǎn)TiCl4時(shí)，由于鈦鐵礦中雜質(zhì)含量高，每生產(chǎn)1噸TiCl4產(chǎn)出約0.92噸氯化物雜質(zhì)，使氯耗和“三廢”增加，氯化爐產(chǎn)能降低，TiCl4的生產(chǎn)成本升高，所以國內(nèi)外的生產(chǎn)廠家從不用TiO2低于60%的鈦鐵礦作為生產(chǎn)TiCl4的原料，主要采用高鈦渣和金紅石等富鈦料。 近幾年，中國金屬鈦和鈦白粉行業(yè)發(fā)展迅猛，金屬鈦及鈦白粉總產(chǎn)量分別以每年3050、6%8%的速度增長，2005年，金屬鈦產(chǎn)量達(dá)9370多噸，鈦白粉產(chǎn)量達(dá)55萬t，對鈦鐵礦的需求量日益增加。中國的鈦資源比較豐富，主要以鈦鐵礦為主，四川鈦礦占全國鈦礦總儲(chǔ)量的90%以上。但中國鈦礦90%以上是共生巖礦，TiO2含量低，成分復(fù)雜，要富集到滿足氯化要求的高品位富鈦料需做大量研究開發(fā)工作。廣東、廣西、海南等地的砂礦雖然容易開采且品位較高，但沒有大型礦床，難于滿足大規(guī)模開采的要求。中國的鈦礦選廠共有80多家，其中攀鋼的產(chǎn)能30多萬t/a，云南約25萬t/a，廣東、廣西、海南3省共約35萬t/a，全國合計(jì)產(chǎn)能約90萬t/a。而目前國內(nèi)鈦鐵礦年需求量約140萬t，商品礦供不應(yīng)求，需從澳大利亞、加拿大等國進(jìn)口鈦鐵礦和高鈦渣，從越南、印度和朝鮮進(jìn)口鈦礦。由于目前世界范圍適合氯化法技術(shù)的高品位天然金紅石原料供應(yīng)嚴(yán)重不足，每年僅41萬t左右，因此開發(fā)氯化法用的富鈦料，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)規(guī)模大型化對發(fā)展中國金屬鈦和鈦白工業(yè)具有重要意義。 我國從50年代末開始冶煉鈦渣的研究，當(dāng)時(shí)電爐容量是400kVA敞開式電爐，到今天已有近50年的歷史。目前全國擁有鈦渣電爐30多臺(tái)（不包括鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè))，是世界上擁有鈦渣電爐臺(tái)數(shù)最多的國家，生產(chǎn)能力約15萬t/a,產(chǎn)量約12萬t/a。最大的電爐容量7000kVA（在建的最大容量25000kVA）,為半密閉(矮煙罩)式電爐，最小的電爐容量400kVA,是敞開式電爐，鈦渣產(chǎn)品TiO2大于90%，絕大部分在92%TiO2以上，這些產(chǎn)品中約50%作為生產(chǎn)氯化鈦白和海綿鈦的原料,50%用于生產(chǎn)人造金紅石，作為電焊條的原料。目前國內(nèi)還沒有用鈦渣做硫酸法鈦白粉生產(chǎn)的原料，表明我國鈦白工業(yè)環(huán)保壓力大。 我國高鈦渣生產(chǎn)的特點(diǎn)是：電爐臺(tái)數(shù)多、容量小、產(chǎn)量低、技術(shù)落后，除少數(shù)在建電爐外，基本上是七八十年代的技術(shù)水平，產(chǎn)品全部在國內(nèi)市場銷售，未進(jìn)入國際市場。3、國內(nèi)鈦渣科研狀況我國鈦資源的特點(diǎn)是鈦品位低，大部分是鈦磁鐵礦，原生鈦礦不能直接用于生產(chǎn)氯化鈦白、海綿鈦和電焊條，必須采用冶煉鈦渣或生產(chǎn)人造金紅石等富鈦料的方法才能滿足需求。 國內(nèi)冶煉鈦渣試驗(yàn)最早始于五十年代，1957年北京有色金屬研究總院做了用鈦鐵礦制取高鈦渣擴(kuò)大試驗(yàn)，此后過了近20年時(shí)間，國內(nèi)一些科研單位和生產(chǎn)廠家才大量進(jìn)行鈦渣冶煉試驗(yàn)： 1975年在宣化鋼鐵公司五七廠做了400kVA電爐冶煉鐵和鈦渣試驗(yàn)； 1976年在阜新鐵合金廠做了400kVA電爐冶煉鐵和鈦渣試驗(yàn)； 1976年用錦州鐵合金廠1800kVA電爐做了熔煉鐵和鈦渣試驗(yàn)； 1979年用遵義鈦廠6300kVA電爐進(jìn)行了電爐熔煉高鈦渣試驗(yàn)； 1979年在錦州鐵合金廠1800kVA電爐上再次做了冶煉酸镕性鈦渣工業(yè)試驗(yàn)； 1980年用錦州鐵合金廠4000kVA電爐做了冶煉氯化鈦渣試驗(yàn)； 1982年在遵義鈦廠6300kVA電爐上做了冶煉氯化鈦渣試驗(yàn)。 這些試驗(yàn)都是在敞口電爐上進(jìn)行的，采用自焙電級(jí)，一次加料，操作中存在翻渣結(jié)殼現(xiàn)象，電流不穩(wěn)，變壓器能力不能充分發(fā)揮，煤氣和半鋼得不到很好利用。 盡管我國從50年代就開始鈦渣冶煉試驗(yàn)，但真正進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化是在70年代，自“六五”（1980-1985）以來，我國加大了高鈦渣制備技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化開發(fā)力度，到目前為止，研究工作取得了長足進(jìn)展，完成了大量基礎(chǔ)研究和探索性試驗(yàn)，開展了密閉電爐連續(xù)加料、配碳方式、明弧或半明弧、薄料層操作、穩(wěn)定爐況操作條件等系列研究，先后采用24kVA、100kVA、187kvA、250kVA、400kVA、650kVA、1800kVA、3200kVA和6000kVA各種規(guī)模的電爐，做了攀枝花鈦精礦預(yù)氧化球團(tuán)、預(yù)還原球團(tuán)和粉礦直接入爐冶煉酸溶性鈦渣3種原料方式的半工業(yè)性和工業(yè)性試驗(yàn)，積累了豐富的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。 （1）攀枝花鈦精礦球團(tuán)冶煉高鈦渣試驗(yàn)1978年，在宣鋼五七廠400kvA電爐、阜新鐵合金廠400kvA電爐、錦州鐵合金廠1800kvA電爐和遵義鈦廠6000kVA電爐冶煉攀枝花鈦精礦試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，錦州鐵合金廠用3000kvA和1800kvA兩臺(tái)電爐同時(shí)進(jìn)行攀枝花鈦鐵礦球團(tuán)料冶煉高鈦渣試驗(yàn)，試驗(yàn)?zāi)康氖菫槿埯}氯化工業(yè)試驗(yàn)提供鈦渣原料。試驗(yàn)共投礦300噸，生產(chǎn)出134噸高鈦渣，高鈦渣的成分基本穩(wěn)定在82% TiO2，CaO+MgO=7.94%，冶煉過程爐況穩(wěn)定，但冶煉回收率極低，僅為83.3%。試驗(yàn)鈦渣成分見表1，還原生鐵成分見表2，主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表3。表1 鈦渣化學(xué)成分，%TiO2FeAl2O3SiO2Cr2O3V2O5MnOCaOMgOPCS82.413.012.243.300.060.200.970.857.090.00750.191.01表2 還原生鐵化學(xué)成分，%CSiMnPSCaMgTi2.250.250.150.051.15微微微表3 鈦渣主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，t/t鈦渣，鈦精礦石油焦焦炭紙漿電極爐前電耗冶煉回收率2.20t0.404t19.88kg0.231t57.50kg3560kwh83.30% 1979年，錦州鐵合金廠和北京有色金屬研究總院在錦州鐵合金廠1800kvA電爐上再次進(jìn)行了攀枝花鈦精礦團(tuán)料冶煉酸溶性鈦渣工業(yè)試驗(yàn)，試驗(yàn)共投料205.5噸，冶煉64爐，試制出平均含TiO278.2%的酸溶鈦渣108噸，經(jīng)酸溶性試驗(yàn)測定平均酸解率為94.5%，在上海東升金屬廠以硫酸法生產(chǎn)出合格鈦白，鈦渣的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表4。表4 鈦渣主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，t/t鈦渣鈦精礦石油焦紙漿電極爐前電耗動(dòng)力電耗冶煉回收率1.907t0.270t0.110t35.0kg2487kwh200kwh90.30% 球團(tuán)料冶煉鈦渣工藝過程是先將攀枝花鈦精礦加入紙漿等混捏成球團(tuán)，球團(tuán)烘干后再入敞口電爐冶煉，整個(gè)工藝過程過于繁瑣，鈦的回收率較低，為90.3%。另外，爐料中加入紙漿、敞口電爐冶煉使大量的有毒氣體和粉塵進(jìn)入大氣，污染環(huán)境，而且產(chǎn)品鈦渣中硫含量高達(dá)1.01%，副產(chǎn)半鋼硫含量達(dá)1.15%，加大了半鋼應(yīng)用或進(jìn)一步深加工的難度，無法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。 （2）攀枝花鈦精礦氧化焙燒密閉電爐冶煉鈦渣半工業(yè)試驗(yàn) 19801981年，北京有色金屬研究總院、錦州鐵合金廠、沈陽鋁鎂設(shè)計(jì)研究院在實(shí)驗(yàn)室做了攀枝花鈦鐵礦氧化焙燒脫硫條件試驗(yàn)，然后將187kvA敞口電爐進(jìn)行密閉后做了冶煉鈦渣的探索試驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上，沈陽鋁鎂設(shè)計(jì)研究院完成了187kVA密閉電爐的設(shè)計(jì)，錦州鐵合金廠制造并安裝了回轉(zhuǎn)窯和187kVA密閉電爐。 1982年在0.548米的回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行了氧化焙燒脫硫試驗(yàn)，回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速為2.2轉(zhuǎn)/分，燒成帶溫度9001050，加料速度700公斤/小時(shí)，窯利用系數(shù)7.2噸/米3天，柴油消耗43公斤/噸礦。此后進(jìn)行了密閉電爐冶煉鈦渣試驗(yàn)，其中連續(xù)冶煉20天，冶煉鈦渣128爐（酸溶性鈦渣103爐、氯化鈦渣5爐、兩廣礦高鈦渣20爐），生產(chǎn)鈦渣22噸。冶煉攀枝花礦酸溶性鈦渣的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為： 鈦鐵礦含TiO246%，含硫0.46%，氧化后的爐料含硫0.038%，脫硫率91.7%95%；出爐鐵水含硫0.12%0.15%； 鈦渣TiO275.04%，含硫0.1%； 消耗冶金焦206公斤/噸鈦渣，石墨電極27公斤/噸鈦渣，電耗2650度； TiO2回收率98.3%； 每噸鈦渣煤氣發(fā)生量340m3（CO78%左右）。 試驗(yàn)使我國首次密閉電爐冶煉鈦渣獲得成功，為我國鈦渣電爐的大型化和自動(dòng)化操作奠定了基礎(chǔ)。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用連續(xù)加料開弧冶煉的方法可以實(shí)現(xiàn)密閉電爐連續(xù)冶煉鈦渣，與開口爐相比，密閉電爐冶煉鈦渣有如下優(yōu)點(diǎn)：熱損失減少，電耗降低，回收率提高。187kVA電爐作開口爐冶煉試驗(yàn)時(shí)，每噸攀枝花礦酸溶性鈦渣（品位折合75%TiO2）電耗2873度，TiO2回收率89%。用密閉電爐試驗(yàn)時(shí)，每噸攀枝花礦酸溶性鈦渣（品位折合75%TiO2）電耗2650度，TiO2回收率98.3%。冶煉操作在密閉的還原性氣氛下進(jìn)行，避免了石墨電極的高溫氧化和還原劑的氧化燒損，因此電極和還原劑的消耗比開口電爐分別減少50%和28%。無噪音，塵粉少，無需進(jìn)行繁重的搗爐作業(yè)，有利于環(huán)境保護(hù)和勞動(dòng)條件的改善。爐況穩(wěn)定，基本上消除了因電流波動(dòng)大而引起的短路跳閘現(xiàn)象，有利于安全操作?？苫厥绽秒姞t煤氣，減少能源消耗。 （3）攀枝花鈦精礦預(yù)還原密閉電爐冶煉鈦渣半工業(yè)試驗(yàn) 1980-1982年攀鋼和貴陽鋁鎂設(shè)計(jì)研究院進(jìn)行了“攀枝花鈦精礦預(yù)還原密閉電爐冶煉酸溶性鈦渣”實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和擴(kuò)大試驗(yàn)，1983年完成了全流程半工業(yè)性試驗(yàn)。 鈦精礦回轉(zhuǎn)窯預(yù)還原試驗(yàn) 在實(shí)驗(yàn)室小試驗(yàn)基礎(chǔ)上，1981-1982年在鏈蓖機(jī)回轉(zhuǎn)窯裝置上進(jìn)行了5個(gè)周期試驗(yàn)，第一、二周期著重對球團(tuán)的性能和設(shè)備適應(yīng)性進(jìn)行考察。第三、四周期主要做各種條件試驗(yàn)和連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為16天和36天。第五周期考察使用褐煤工藝操作條件并為密閉電爐試驗(yàn)備料。 預(yù)還原球團(tuán)冶煉鈦渣試驗(yàn) 1981年末，在100kVA可傾動(dòng)有蓋電爐中進(jìn)行了冶煉工藝條件試驗(yàn)，連續(xù)冶煉121爐。冶煉過程電流穩(wěn)定，渣面平穩(wěn)，出渣后不用搗爐可繼續(xù)加料進(jìn)行冶煉，出爐時(shí)渣鐵暢流，分離良好。在此基礎(chǔ)上，用250kVA密閉電爐做了預(yù)還原球團(tuán)冶煉鈦渣電參數(shù)條件試驗(yàn)，并就試驗(yàn)獲得的最佳參數(shù)進(jìn)行連續(xù)冶煉和對比試驗(yàn)。試驗(yàn)主要考察了不同二次電壓對鈦渣冶煉過程的影響和入爐料對冶煉效果的影響。 半鋼煉鋼試驗(yàn) 鈦渣試驗(yàn)冶煉得到的半鋼與國內(nèi)鈦渣廠冶煉的半鋼相比，含硫量大幅度下降，Si、Mn、P等雜質(zhì)也很低，因此可代替廢鋼，直接冶煉成低合金鋼和碳素結(jié)構(gòu)鋼。試驗(yàn)組用0.5噸電弧爐冶煉15Cr、30Cr低合金鋼以及50號(hào)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其成分合乎部頒標(biāo)準(zhǔn)。 鈦渣酸溶性試驗(yàn) 對含TiO275%左右的鈦渣進(jìn)行分批抽樣測定，平均酸解率大于94%。 攀枝花鈦精礦預(yù)還原密閉電爐冶煉鈦渣半工業(yè)試驗(yàn)最終結(jié)果如下： 在0.47m回轉(zhuǎn)窯中，用褐煤預(yù)還原攀枝花鈦精礦，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)36天，球團(tuán)金屬化率4550%，煤耗1.87噸褐煤/噸金屬化球團(tuán)，球團(tuán)含硫量0.066%，綜合脫硫率92.4%，回轉(zhuǎn)窯利用系數(shù)0.570噸球/日m3，鈦回收率95.29%，回轉(zhuǎn)窯運(yùn)轉(zhuǎn)順利。 鈦精礦預(yù)還原球團(tuán)在250kVA密閉電爐進(jìn)行19天的鈦渣冶煉試驗(yàn)，共冶煉110爐。冶煉過程操作平穩(wěn)，爐料自沉，不結(jié)殼。其中連續(xù)冶煉62爐，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)加料，連續(xù)冶煉，定期出爐?？偣采a(chǎn)酸溶性鈦渣10.316噸，半鋼4.297噸，鈦渣含TiO2平均75.35%，半鋼含硫平均0.101%。每噸鈦渣消耗還原球1.55噸，石油焦73.28kg，石墨電極16.02kg，電1862kWh，TiO2回收率99.05%。鈦渣和半鋼含硫量降低，鈦渣含硫量符合硫酸法制鈦白的要求，酸解率平均94%，半鋼不經(jīng)爐外脫硫，可代替廢鋼冶煉出合格的低合金鋼（15Cr，30Cr）和碳素結(jié)構(gòu)鋼。 （4）小試驗(yàn) 預(yù)氧化和預(yù)還原密閉電爐冶煉鈦渣，能夠達(dá)到爐況穩(wěn)定和脫硫的雙重目的，工藝可靠，設(shè)備順行，具有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，但同時(shí)也帶來了兩個(gè)明顯的問題：工藝流程增長；總能耗增加。從而影響經(jīng)濟(jì)效益的進(jìn)一步提高，因此，攀鋼開展了粉礦直接入爐冶煉鈦渣試驗(yàn)。 1983年進(jìn)行了探索性試驗(yàn)，1984年在250kVA密閉電爐上做了58爐條件試驗(yàn)，1985年又做了68爐補(bǔ)充試驗(yàn)和33爐連續(xù)試驗(yàn)。得到TiO275.67%的鈦渣，MgO+CaO=10.82%（見表56）。粉礦直接入爐小試與預(yù)氧化和預(yù)還原工藝指標(biāo)對比結(jié)果表明： 粉礦直接入爐工藝能耗僅為預(yù)氧化的79%，預(yù)還原的52%。 粉礦入爐工藝電耗為2070kWh，是預(yù)氧化的78%，預(yù)還原的111%。 成本對比分析表明，粉礦入爐工藝的成本分別為預(yù)氧化的85%和預(yù)還原的97%。表5 鈦渣成分，%工 藝爐數(shù)數(shù)量，tTiO2Ti2O3TFeFeOMgOCaOMnOAl2O3SiO2預(yù)氧化5810.775.0418.294.667.972.160.812.994.50預(yù)還原6210.3275.3512.354.092.099.112.332.556.04粉礦335.69575.6710.095.744.948.921.900.962.125.17表6 生鐵成分，%工 藝CSPSiTiMnV預(yù)氧化2.570.120.020.150.160.04預(yù)還原2.550.1010.010.1250.0860.050.025粉礦2.690.360.00640.0420.0470.030.015 粉礦直接入爐小試結(jié)果表明：攀枝花鈦精礦粉礦直接入密閉電爐冶煉鈦渣，解決了冶煉過程爐況不穩(wěn)定的問題。通過連續(xù)試驗(yàn)證實(shí)，該工藝能夠控制翻渣結(jié)殼，做到不搗爐；電氣操作時(shí)，短路跳閘現(xiàn)象很罕見，爐子功率因數(shù)達(dá)0.89，與預(yù)氧化相當(dāng)，與預(yù)還原相近。工藝技術(shù)先進(jìn)， 設(shè)備簡單，操作方便。工藝流程短、投資少、收率高、能耗省、成本低。 （5）工業(yè)試驗(yàn) 在“六五”、“*”期間，攀枝花鈦精礦冶煉鈦渣先后進(jìn)行了預(yù)氧化、預(yù)還原、粉礦入爐試驗(yàn)研究，旨在解決我國傳統(tǒng)冶煉鈦渣存在的翻渣、結(jié)殼、操作不穩(wěn)定等問題，達(dá)到密閉電爐冶煉大型化、機(jī)械化、自動(dòng)化的目的。盡管這階段的試驗(yàn)研究取得了不少的經(jīng)驗(yàn)，但始終未找到一條經(jīng)濟(jì)可行的工藝流程并開發(fā)出相應(yīng)的大型冶煉設(shè)備。為了加速攀枝花鈦資源的綜合利用，進(jìn)一步對鈦渣冶煉工藝進(jìn)行深入探索，為工業(yè)化提供依據(jù)。1997年攀鋼研究院、攀鋼西昌分公司、北京有色研究總院和貴陽鋁鎂設(shè)計(jì)院在攀鋼西昌分公司3200kVA電爐上進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，目的是考察連續(xù)加料工藝在電爐放大后的冶煉規(guī)律，考察過去試驗(yàn)結(jié)果的重現(xiàn)性以及對現(xiàn)有3200kVA電爐設(shè)備的適應(yīng)性，為下一步條件試驗(yàn)和連續(xù)穩(wěn)定試驗(yàn)打下基礎(chǔ)，為進(jìn)一步改造設(shè)備提供依據(jù)。 本次試驗(yàn)共冶煉了7爐，加入鈦精礦35.6噸，冶金焦3.36噸，產(chǎn)鈦渣23.874噸，半鋼8.836噸，電耗2277kWh/t渣，電極消耗23.87kg/t渣，TiO2收率96.81%。試驗(yàn)對攀枝花鈦精礦冶煉鈦渣有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。 2001年攀鋼研究院和攀鋼鈦業(yè)公司用攀枝花鈦精礦和云南鈦精礦兩種原料，在650kVA敞口電爐上進(jìn)行了半工業(yè)試驗(yàn)，首先探索冶煉品位為TiO2（802）%的鈦渣配礦比、配碳比以及供電制度對鈦渣品質(zhì)的影響等主要工藝參數(shù)，然后在云南陸良1800kVA敞口電爐上進(jìn)行了攀枝花礦配加50%云南礦云南礦和攀枝花礦冶煉鈦渣工業(yè)試驗(yàn)，共消耗鈦礦772噸，其中攀枝花礦478噸，冶煉270爐，生產(chǎn)鈦渣417.7噸。試驗(yàn)用鈦精礦和還原劑化學(xué)成分見表78。表7 鈦精礦化學(xué)成分，%鈦礦 TiO2 SiO2 Al2O3 CaO MgO TFe FeO Fe2O3 S P攀枝花礦 47.09 3.53 1.70 1.57 5.89 30.86 34.64 5.52 0.102 0.013云南礦 48.22 1.62 0.399 0.1 1.08 35.75 26.89 21.19 £0.01 - 表8 還原劑化學(xué)成分，%還原劑 FCad S P Aad Vad冶金焦 71.14 0.127 0.020 24.61 2.68無煙煤 72.29 1.041 0.013 17.91 8.99 鈦渣出爐后采用噴水急冷措施，大大降低了產(chǎn)品中金紅石相的含量，鈦渣成品的金紅石量僅為TiO2總量的46%，按鈦渣品位TiO280%折算，鈦渣中金紅石的實(shí)際含量僅為3.2-4.8%,與加拿大鈦渣金紅石含量相當(dāng)，可提高鈦渣酸解率。 試驗(yàn)采用三種不同的鈦礦原料，冶煉出了5種品位的鈦渣，為探索不同鈦渣酸解制取鈦白工藝提供了原料，各種原料冶煉鈦渣成分見表911。表9 混合礦（50%攀枝花礦+50%云南礦）冶煉鈦渣化學(xué)成分，%鈦渣 TiO2 SiO2 Al2O3 CaO MgO P V2O5 TFe FeO Ti2O3792 79.99 4.45 2.19 1.60 5.37 0.005 0.232 6.10 7.85 12.0752 76.09 4.39 2.05 1.60 4.16 95 1 1.5 85 12 .1.0 2瀝青 30-40 55-75 0.5 5 電爐采用間歇式操作，即“搗爐加料放下電極送電熔煉出爐”作業(yè)制度。電爐操作最重要的是選擇合理的二次電壓和二次電流。二次電流在熔煉周期的變動(dòng)，可分為以下三個(gè)時(shí)期： 低電流穩(wěn)定期：開始送電時(shí)，電極間的爐料有較大的電阻，爐子受電困難。同時(shí)也為了控制焙燒電極的電負(fù)荷，二次電流為額定值的0.3倍，這一時(shí)期電極電流穩(wěn)定，盡量不調(diào)整電極下插深度，讓其周圍爐料“安靜”地升溫?zé)Y(jié)，避免電流增大，否則會(huì)造成上抬電極、“坩蝸”(電極熔池)塌料、爐渣翻騰、再增大電流、再上抬電極的惡性循環(huán)。 電流波動(dòng)期：低電流穩(wěn)定末期，“坩堝”出現(xiàn)熔融，進(jìn)入電流波動(dòng)期工作。因爐料還原和熔化劇烈，并伴隨塌料翻渣，電極經(jīng)常處于短路工作狀態(tài)，電流在零和額定值間頻繁變動(dòng)，甚至超載跳閘。人工配電時(shí)，這一時(shí)期的操作極為關(guān)鍵，要本著逐級(jí)穩(wěn)定、升高的原則，迅速準(zhǔn)確地調(diào)整電流，選用較高二次工作電壓，相間熔通快，可縮短電流波動(dòng)期時(shí)間。 高電流穩(wěn)定期：電流波動(dòng)末期，“坩堝”壁的爐料層溫度升高并燒結(jié)牢固，塌料現(xiàn)象減少，電極電流波動(dòng)幅度小，此時(shí)電負(fù)荷較大，“坩堝”化料速度快、化料深、區(qū)域?qū)?、相間接近熔通。當(dāng)三個(gè)“坩堝”最后熔通且熔煉進(jìn)入高電流穩(wěn)定期，電極電流平穩(wěn)易調(diào)，可穩(wěn)定在額定值附近直到熔煉終點(diǎn)。6300kVA自焙電極鈦渣電爐電氣操作制度見表14。表14 6300kVA自焙式電極鈦渣電爐的電氣操作制度熔煉時(shí)間 二次電壓，V 二次電流，A 一次電壓，V 持續(xù)時(shí)間，h 操作原則低電流穩(wěn)定期 120 42004500 50100 0.5 電流由大到小，平穩(wěn)易測，盡量不抬動(dòng)電極。電流波動(dòng)期 130 420020000 50250 1.5 電流波動(dòng)幅度大，調(diào)整困難，要逐步穩(wěn)定和升高。高電流穩(wěn)定期 120 2000024000 280360 1.5 電流平衡易測，但容易超載。 在熔煉終點(diǎn)，要趕在可能出現(xiàn)大塌料之前出爐，用圓扒把渣口堵渣扒出，再用氧氣燒穿，熔體盛于渣包，放完熔體后可用鈦渣堵住渣口。熔煉終點(diǎn)的判斷，主要依據(jù)是連續(xù)熔煉3h以上，用電量超過8000kWh，熔煉進(jìn)入高電流穩(wěn)定期約1h，三相電流在額定值附近穩(wěn)定運(yùn)行，并趨于平衡，爐內(nèi)含有94%一96%TiO2熔體。 渣包內(nèi)的熔體由于渣鐵比重不同進(jìn)行分層。生鐵的比重大，位于下部，鈦渣位于上部，經(jīng)自然冷卻凝結(jié)，用吊具吊出渣包，砣子運(yùn)住渣場冷卻砸碎，分離大塊生鐵后，再經(jīng)磁選、球磨得到符合要求的鈦渣。 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)主要原料及能耗指標(biāo)如下：鈦鐵礦：20702080kg/t；石油焦：140150kg/t；瀝青；125135kg/t；電：28003400kWh/t。 鈦渣生產(chǎn)存在的問題： 環(huán)保方面采用敞口電爐一次加料工藝，造成污染嚴(yán)重、熱輻射高、操作環(huán)境惡劣：廢氣及粉塵污染電爐爐氣從電極周邊溢出，沒經(jīng)過任何除塵凈化措施，直接排入空氣，造成爐前粉塵大，空氣污染嚴(yán)重，工人操作環(huán)境惡劣。熱輻射高因采用敞口電爐，操作現(xiàn)場溫度高，電爐熱損失大。噪聲污染電極在反應(yīng)熔煉時(shí)產(chǎn)生很大的噪聲，嚴(yán)重影響工人身體健康。 工藝技術(shù) 敞口圓形電爐的爐膛內(nèi)徑4360mm，爐膛深度2000mm，由于爐內(nèi)容量小，每次排渣量為23t，而鐵水不足1t，造成渣鐵不能分排，而渣鐵同時(shí)排出具有許多缺點(diǎn)： 每次的排渣量不易控制排渣時(shí)間長，影響電爐產(chǎn)量，同時(shí)必須進(jìn)行渣鐵分離； 渣鐵是靠自然冷卻，因此鐵中含有大量的雜質(zhì)，給鐵的綜合利用帶來很多不便； 由于每次排渣量大，爐內(nèi)的溫度下降快，當(dāng)下一爐的生料加入后，需要焙燒一段時(shí)間以提高爐溫，因此增大了耗電量。 電爐設(shè)備 敞口圓形電爐與密閉矩形電爐相比較、有以下不足之處： 敞口圓形電爐電耗一般為30003l00kWh/t、而密閉矩形電爐電耗般為2400 kWh/t，敞口圓形電爐電耗高；大型密閉電爐可實(shí)現(xiàn)連續(xù)加料，而且渣鐵分開排出，易于對渣鐵進(jìn)行分別處理，而敞口圓形電爐由于容量小，不能實(shí)現(xiàn)渣鐵分排，無法綜合處理鐵水；敞口圓形電爐三相電極呈三角形分布，極心圓和爐體直徑?jīng)Q定于電極尺寸，由于受電極直徑的限制，圓形電爐容量不可能很大；而矩形電爐的電極呈直線排列，只需增加電極數(shù)，延長爐體，同時(shí)矩形電爐的電功率參數(shù)、熱強(qiáng)度和爐體尺寸呈線性排列，因此矩形電爐能夠?qū)崿F(xiàn)大型化；敞口圓形電爐的電極頻繁提升，爐內(nèi)反應(yīng)激烈，而密閉矩形電爐反應(yīng)相對平穩(wěn)，易于自動(dòng)控制；敞口圓形電爐冶煉時(shí)排放大量爐氣，無法綜合利用，造成環(huán)境污染。而密閉電爐可以綜合回收爐氣，提高TiO2回收率，減少環(huán)境污染。 由于敞口圓形電爐存在上述問題，2004年遵義鈦廠對鈦渣生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行了大規(guī)模的技術(shù)改造，新建了一臺(tái)6300KVA自焙電極半密閉式電爐，電極裝置采用較為先進(jìn)的液壓制動(dòng)系統(tǒng)、煙氣通過脈沖式布袋除塵處理，原料制備采用先進(jìn)的自動(dòng)配料控制系統(tǒng)，鈦渣破碎采用先進(jìn)的破碎生產(chǎn)工藝，年產(chǎn)氯化鈦渣6000t，作為鎂還原法生產(chǎn)海綿鈦的初級(jí)原料，目前該電爐各項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)國內(nèi)領(lǐng)先水平。但與國外先進(jìn)的密閉電爐相比，仍然存在較大差距。（2）阜新金屬熔煉廠鈦渣生產(chǎn)工藝 阜新金屬熔煉廠是我國東北地區(qū)唯一生產(chǎn)“高鈦渣”、“人造金紅石”的專業(yè)廠，有近30年的生產(chǎn)歷史。該廠技術(shù)力量比較雄厚，工藝流程先進(jìn)，2003年新增年產(chǎn)5000噸高碳鉻鐵電爐一座。主要生產(chǎn)設(shè)備有大型電爐四座、球磨機(jī)、回轉(zhuǎn)窯等設(shè)備近百臺(tái)，年總設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力15000噸。該廠位于阜新市，地理位置優(yōu)越，交通便利。工廠被原中國有色金屬總公司確定為高鈦渣定點(diǎn)生產(chǎn)企業(yè)，是中國電工設(shè)備總公司人造金紅石定點(diǎn)生產(chǎn)單位。該廠高鈦渣用作生產(chǎn)四氯化鈦