外热式竖炉还原磨选钒钛铁精矿制取微合金铁粉新工艺

摘要

本发明涉及矿产资源综合利用领域，具体涉及一种外热式竖炉还原磨选钒钛铁精矿制备微合金铁粉的新工艺。发明人应用隧道窑还原磨选法从钒钛磁铁矿中综合利用铁、钛、钒的工艺技术和方法，将外热式竖炉移植其中，替代隧道窑，发挥隧道窑还原质量高、稳定与竖炉单位面积处理量大、耐火材料消耗低的优点。经实验室型外热式竖炉还原试验及其还原料及其还原料磨选分离铁、钛、钒试验，集成攻克了合理选配炉管材质与尺寸、控制还原气氛质量、预留炉料受热膨胀空间，高密度压制成略小于炉管内径的圆锭，炉料移动不与炉管直接接触等技术问题，确保炉料在还原过程中运行顺畅，还原料质量高、稳定、不碎裂、不粘壁、不结瘤，获得性价比高的微合金铁粉。

说明书

技术领域

本发明涉及矿产资源综合利用领域，具体涉及一种外热式竖炉还原磨选法从钒钛铁精矿中制备微合金铁粉的新工艺。

背景技术

国内外生产粉末冶金铁粉的方法有数十种之多，但实现产业化的只有以高纯铁精矿和铁鳞为原料的还原法，现今主导生产铁粉的工艺仍然是以固体碳为还原剂，在隧道窑中还原高纯铁精矿或铁鳞的方法（赫格纳斯法）。本发明人在[200810143675.6]与[CN102827985A]号专利中开发出用隧道窑还原磨选法从钒钛铁精矿中制备微合金铁粉的工艺和方法。根据用户提出的增加选择多种工艺和方法的需求，如适宜在陡峭山地建厂的工艺和方法，若采用随道窑，则会因平整山地而大幅增加建设投资。据此，开发了本专利。

外热式竖炉直接还原法，主要用于单一富铁矿的块矿或铁精矿粉的球团矿处理，生产的产品是供电炉冶炼的海绵铁。1968年意大利达涅利公司与瑞士蒙特福诺公司开发的外热式竖炉煤基直接还原炼铁法已投入运营（简称为KM法），并为一些多山的国家采用，如缅甸第三矿业公司1981～1983年先后从意大利引进两套年产2万T海绵铁的KM法装置。2007年李志忠申报了专利号为200720015482的《煤基直接还原铁外热式竖炉》的实用新型专利，也是处理铁品位66%以上球团矿。2011年陈大元;、董荣华等申报了专利号为201110441319 的《气基竖炉直接还原钒钛磁铁矿非高炉炼铁工艺》的发明专利，该专利是一种内热式竖炉，产品是一种含钒、钛的海绵铁，经电炉冶炼，实现铁、钛、钒的分离。经上述检索，尚未见到有关外热式竖炉还原磨选钒钛铁精矿制备微合金铁粉工艺的报导。

发明内容

本发明是在自主研发专利[200810143675.6]与[20120257024.6]的基础上，发明人应用隧道窑还原磨选法从钒钛磁铁矿中综合利用铁、钛、钒的工艺技术和方法，将外热式竖炉移植其中，替代隧道窑，发挥隧道窑还原料质量高、稳定与竖炉单位面积处理量大、耐火材料耗量低的优点，实现强强互补。在高500㎜、直径55㎜的实验室型外热式竖炉中进行了还原试验，及其还原料的磨选分离铁、钛、钒试验。与现有隧道窑还原磨选钒钛铁精矿制取微合金铁粉工艺相比，取得以下技术功能效果：。

第一、外热式竖炉还原磨选法替代隧道窑还原磨选法，能从钒钛铁精矿中制取出粒度－200目65~95%、TFe品位98.5~99.5%、固溶有微量V、Ti、Co、Ni的微合金铁粉，为钒钛铁精矿制取微合金铁粉及其综合利用提供了一种新的工艺与途径。

第二、外热式竖炉单位面积处理量大，适宜在陡峭山区投资建厂，与隧道窑比，具有节约土地资源、减少土石方工程，投资省，规模灵活，可大可小等优势。

第三、竖炉还原通过预热—烧成—冷却三个温度带实现，炉管材料在不同温度带处于恒定状态，不会交替出现急冷急热的状况，延长炉管的使用寿命，与隧道窑相比，能大幅减少耐火材料耗量，降低经营成本。

第四、设计了附图2所示的适宜处理钒钛铁精矿难还原特点的新型炉体结构、集成攻克了合理选配炉管材质与尺寸、控制还原气氛质量、预留炉料受热膨胀空间，高密度压制成略小于炉管内径的圆锭，炉料移动不与炉管直接接触等技术问题。与内热式竖炉比，既解决了炉料粘壁结瘤而出料困难的问题，又避免了在还原过程中气流混杂（既有还原气体，也有氧化气体）的问题，确保炉料在还原过程中运行顺畅、还原料质量稳定、不碎裂、不粘壁、不结瘤等工艺难题。与现行外热式竖炉相比，在矿物类型、产品品种、炉体结构、炉管形状与材质、炉料制作方法、工艺过程控制等许多方面都不相同，用现行外热式竖炉既不能处理钒钛铁精矿，也不能直接产出供粉末冶金制品用的微合金铁粉。

第五、炉料在竖炉中自上而下运动，速度靠自重和排料机调控，与隧道窑相比，有利于实现装、卸料自动化，减轻劳动强度，提高劳动生产率高。

第六、在冷却带安装余热利用装置，输出的高温蒸气可用于发电或其他用途，与隧道窑相比，能大幅节能。

第六，除钒钛铁精矿外、本发明也为钛铁精矿、菱铁矿、褐铁矿、红土矿和鲕状赤铁矿等提供了一种新的利用方法，具有广阔的应用前景。

为实现上述技术功能效果，本专利提出了以下技术方案：。

第一、经试验设计的外热式竖炉炉体结构为：一是炉体高度，根据产能需要，在5米~30米范围选择；二是圆形炉管的管径在60~220mm之间选择，炉管可以为单独的一根，也可以是多根组合；三是根据炉料在炉管内经历预热—烧成—冷却的过程，从上到下将炉管划分为外加热预热带，外加热温度控制在950～1050℃（产出细粒微合金铁粉）与1150～1220℃（产出行标微合金铁粉）的两种烧成制度的烧成带（或称还原带）以及无外加热源的冷却带；四是根据炉管在不同温度带的耐热程度和圆锭炉料受热膨胀状况，高温还原带的炉管内径略大于预热带与冷却带炉管内径，为炉料圆锭的径向热膨胀留有足够的径向移动空间；五是为降低建设投资，预热带与冷却带的炉管采用粘土耐火材料， 950～1050℃的烧成带采用耐热不锈钢管，1150～1220℃烧成带采用陶瓷管；六是在冷却带增设余热利用装置，节能减排。

第二、为消除块矿或球团矿与炉管内壁直接接触、受热膨胀粉化而粘壁结瘤的工艺故障，本专利采用磨细至-200目占85%以上的钒钛铁精矿与还原剂、添加剂经配料、混匀的炉料、用自动液压机压制为高密度炉料圆锭，圆锭外径为50～200㎜，并与内径为60～220㎜炉管内径一一相对应，炉料向下移动时，因预留一定的径向空间，确保圆锭炉料在还原过程中，都不与炉管内壁直接接触。

第三、采用排料机的排料速度控制炉料下行的移动速度，确保炉料在烧成带的保温时间为15～25小时（依不同类型钒钛铁精矿而定）。

第四、外热式竖炉的加热系统可以采用电加热、煤气和天然气，根据建厂当地资源条件，选择任意一种作为加热源。

附图说明

图1为外热式竖炉还原磨选法工艺流程图。

图2为外热式竖炉结构示意图，图中1为排烟罩，2为装料器，3为保温材料，4为为加热腔，5为热源，6为冷却带余热利用装置，7为圆形炉管，8为圆锭炉料，9为出料器。

具体实施方式

采用图2工艺流程，按重量比配料，将钒钛铁精矿100份，与添加剂0～20份和固体还原剂15～25份混匀为炉料，其中添加剂为氯化钠、硫酸钠、碳酸钠中至少一种，固体还原剂为无烟煤、碎焦、石油焦、褐煤、焦炭中至少一种；炉料经自动液压机压制成50～200㎜的圆锭（小于炉管内径）；压锭经装料机装入外热式竖炉还原，在950～1050℃或1150～1220℃烧成，并保温15～25h，得到圆锭还原料；经破碎、湿磨、磁选分离，得到微合金铁粉的精矿和富集钒、钛的尾矿；精矿经精还原（或称二次还原）、再破碎筛分、合批整形，制成粒度－200目65~95%、TFe品位98.5~99.5%，固溶有微量V、Ti、Co、Ni的微合金铁粉。