维普资讯 http://www.cqvip.com ３６· ¨卅Ⅲ卅ｌＩＩ、 轻金属 １９９８年Ｎａ９ 冶 ＝王： ＝ 炼 ＩＭｌＪ Ｉ ～钛 密阑电炉治炼铁 渣试验’研窕 （贵阳铝镁设计研究院贵州贵阳 ） ，『＼ １Ｉ Ｉ 铝镁 计研 州贵 ５５０００４，钛渣的指标都好。 关键词：密闭电炉钦渣钛精矿 高钛渣是含ＴｉＯ２较高的一种富钛料，它是 钛渣技术对我国封闭。只有靠自己的开发研究 生产钛白、海绵钛和电焊条等的理想原料０世 才能使我国钛渣生产水平赶上世界先进水平。 界高钛渣的设计年生产能力为２５０ｔ左右。目 我国在化工工业和铜冶炼等领域都采用了大型 前我国高钛渣的年生产能力仅为７．４万ｔ，是世 密闭电炉，国内在大型密闭电炉的加工、制造等 界生产能力的３％，加上正在承德建设的年产 方面是成熟的，但是目前在我国还没有采用密 ３．３万ｔ高钛渣厂，总设计生产能力仅占世界 闭电炉冶炼钛渣。密闭电炉冶炼钛渣要解决的 的４％。世界上去年约产１６０万ｔ酸法钛白粉， 关键技术是：如何使操作平稳，炉况好；生产指 原料有５０％以上是采用酸溶性高钛渣；而我国 标好。为此进行了密闭电炉冶炼钛渣的探索性 每年产１２万ｔ～１４万ｔ硫酸法钛白粉，没有一 工业试验。 ’ 家采用高钛渣为原料。制约我国高钛渣生产和 应用的主要原因是：国外大都是采用密闭电炉 １ 试验原料和设备 冶炼钛渣，最大电炉容量达１０．５ｋｖＡ 控制水 １．１试验原料 平高 生产成本低；我国大都是敞开式电炉冶炼 从世界已探明钛的储藏量看，我国的钛资 钛渣（电炉容量不到ｌ万ｋＶＡ）。自焙电极、一 源约占世界总储量的４０％，而我国攀西地区钛 次加料的冶炼方式，冶炼过程环境恶劣、塌料、 的储量（以Ｔｉ０２计），占全国储量的９０．５４％。 翻渣、喷溅、结壳、物料飞扬损失、电流不稳、电 现在攀枝花钢铁集团公司计划大力开发钛资 极升降频繁等问题严重地影响钛渣的正常生 源，一期工程准备建设１０万ｔ／ａ高钛渣，４．５万 产，高钛渣的价格不能被用户接受。随着钛白 ｔ／ａ硫酸法钛白。二期是２０万ｔ钛渣，６万ｔ氯 粉工业和海绵钛工业的发展，降低钛渣的生产 成本，保护环境、降低能耗、采用大容量的密闭 化钛白和１．５万ｔ海绵钛。因此实验以攀枝花 钛精矿为原料。其组成和粒度见表１和表２。 电炉冶炼钛渣已势在必行。而国外先进的冶炼 还原剂选用焦粉，其组成见表３。 表１一钛精矿化学组成Ｉ重量％ｌ 含量４７、０７ ０．１８６ ３．１３ ０．８２ １．４６ ５．５６ ３１．００ ２９．９３ １１．．０５ ０．６芝——０．０１６ ．１１８ 维普资讯 http://www.cqvip.com １９９８年№９ 轻金属 ·３７· 表２钛精矿粒度组成 粒级，ｔｎＩｎ ０．４５ ０．２３ ０．１２ ０．１５ ０．１０５ ０．０７１ ０．０４５ 筛网，日 组成，％ ＋４０ ０．２５ —４０～＋６０ ４．３７ —６０～＋８０ ７．５ —８０～＋１００ —１００～＋１４０ —１４０～＋２００ —２００～＋３２５ ２０．０５ ３５．２６ ２５．２２ ６．８ 成分 组成，％ 焦粉粒度≤５ｍｍ １．２试验设备 试验使用的３２００ｋＶＡ钛渣电炉是由炼钢 电炉改进的，变压器容量为３２００ｋＶＡ，二次电 压共１９级，６０Ｖ～１４５Ｖ，试验使用１２７Ｖ，电炉 的主要性能见表４。在炉盖上以三台螺旋加料 机加料，设有一个排烟孔，测温取样孔。 一表４ ３２００ｋＶＡ电炉主要性能 １．３试验操作 以钛精钛中全部Ｆｅ２０３转化为Ｆｅｏ．９６％ ＦｅＯ还原成金属铁，３０％Ｔｉ０２还原成Ｔｉ３Ｏ５，并 考虑到熔池中渗碳计算理论配碳量。 将钛精矿与焦粉按配比混合后，用天车分 别吊入三台螺旋输送机上的三个料仓内，采用 自动计量’以６～１０ｋｇ／ｍｉ㈣ ｎ的加料速度将料加 入电炉。电炉的电极升降由计算机控制。每炉 投入钛精矿５０００ｋｇ，渣铁混出，每出炉一次算 炉号，每炉冶炼２１０ｍｉｎ左右，出炉前２０～ ３０ｍｉｎ停止加料，出炉时不断电。出炉后，堵好 排渣口一，加入一定量的底焦后送电加料，继续下 炉的冶炼。 ２基本原理分析 钛精矿是一个复合的固溶体，还原过程是 复杂的物理化学过程，进行的主要反应如下： ＦｅＯ·Ｔｉ０２＋Ｃ＝Ｆｅ＋Ｔｉ０２＋ＣＯ （１） （开始反应温度９４７ Ｋ） ３／４ＦｅＯ·Ｔｉ０２＋Ｃ＝３／４Ｆｅ＋１／４Ｔｉ３Ｏ５＋ ＣＯ （２） （开始反应温度１０８２ Ｋ） ’ ２／３ＦＥＯ·Ｔｉ０２＋Ｃ＝２／３Ｆｅ＋１／３Ｔｉ２０３＋ ＣＯ （３） （开始反应温度１１３１ Ｋ） １／２ＦｅＯ·Ｔｉ０２＋Ｃ＝１／２Ｆｅ＋１／２ＴｉＯ＋ＣＯ （４） （开始反应温度１３８６ Ｋ） 图１示出这四个反应式的标准自由能与温 度的关系。从其所示的标准自由能比较，反应 趋势是先按（１）式进行，其次是按（２）式和（３）式进 行，而（４）式的反应难进行，也就是说还原反应自 开始起，几乎在生成ＴｉＯ２的同时又生成了低价 物（Ｔｉ２ 、Ｔｉ３ｈＣ），其数量的多少取决于温度。 随着还原反应的进行，当温度高于ＦｅＴｉＣｈ的熔 点１６４０Ｋ，始呈现液相，还原反应在液相中进 行。此时生成的Ｔｉ２０３的熔于Ｆｅ·Ｔｉ０３中，使 溶体中ＦｅＯ的活度降低，还原反应较难进行。 图１‘钛铁矿还原熔炼时反应１ 一４ 的标准自由能与温度的关系 维普资讯 http://www.cqvip.com ３８· Ｉ 轻金属 １９９８年Ｎｅ９ 是最合理地实行氧化铁还原反应，控制低的反 疆 Ｉ —１０ Ｔｊ２０３：ＴｉＯ２比值 应温度，决定着生产过程的主要技术指标。 图２钛渣粘度为５泊时的溶度与渣中 ＴｌＩ２０ ：ＴｉＯｚ－比值和ＦｅＯ含量的关系 （曲线上数字表示ＦｅＯ的百分含量） Ｔｊ２０Ｊ：ＴｉＯ２比值 图３ １５５０￣钛渣的粘度与渣中 从钛渣的粘度Ｔｉ２０３：Ｔｉ０２比值和ＦｅＯ含 量的关系图２和图３可以看出，ＦｅＯ２的增加具 Ｔｉ２０３：ＴｉＯ比值和ＦｅＯ含量的关系 （曲线上的数字表示ＦｅＯ的百分含量） 有降低钛渣粘度和熔度的作用，钛的低价氧化 物的增加具有提高钛渣的粘度和熔度的作用。 特别是熔炼后期，随着ＦｅＯ浓度的变化（降 低），ＴＩ２０３浓度相应提高，使钛渣的粘度增加， ３试验结果及讨论 ３．１试验数据和结果表 表５和表６为试验数据与结果。 熔度升高、导电率增大。因此钛精矿还原熔炼 表５试验数据和技术指标 表６一钛渣化学组成（％） ３．２试验结果讨论 ３．２．１炉况乎稳 速提升一系列问题。而密闭电炉实现了粉矿人 在敞开式电炉冶炼钛渣过程中，炉料是一 次性加入，炉上部的物料被烧结成一个壳体，当 这些还原不够的烧结物料落人高温熔池时渣体 炉连续加料，在整个反应期间物料均匀定量地 加入，在炉内形成一个较衡定的扩散速度、反应 量衡定、反应平稳，熔池的热分布好，炉顶煤气 不燃烧，从而改善了炉料的透气性。也在电极 弧作用区内形成发展还原过程，造渣和物料熔 化的有利条件。试验获得了稳定的熔炼过程。 膨胀＇渣熔体产生沸腾，因而产生翻渣、电极快 维普资讯 http://www.cqvip.com １９９８年Ｉ＠９ 轻金属 －３９－ 只有在密闭电炉上才能实现按需加料达到物料 造成的热损失和辐射对炉顶和炉壁的腐蚀。又 和能量的最佳平衡。为实现计算机自适应控制 创造必需的条件。 ３．２．２工艺能耗 避免了埋弧冶炼中由于沸腾、喷溅、塌料等造成 的热损失和操作不平稳造成热量损失，另一方 面，按需加料，熔池内热分布好，能量得到最佳 利用，上述这些因素都对降低钛渣能耗起到有 利作用。 从观察孔可以看到在渣层上形成一层熔融 物料层，这说明密闭电炉冶炼钛渣是在开弧冶 炼和埋弧冶炼之间，这就减少了开弧冶炼热辐 表７炉前渣工艺能耗（吨标准／吨渣） 通过用攀枝花钛精矿进行预氧化和预还原 冶炼钛渣试验与本次密闭电炉实验，（工艺能耗 ａ——在１５００＂Ｃ温度下渣 粘度与Ｔ＿ｉ２ｏ３：Ｔｉｏ２一之 比值：的关系 ——渣的镕化度同Ｔｉ２ｂ３：ＴｉＯ２一之比值的 关系；ｃ——在１５００＇Ｕ温度Ｆ－ 粘度同渣中ＣａＯ（ 线 １）含量 关系；ｄ——渣 熔化度同渣中ＣａＯ（曲线３） 比较（见表７）可以看出，粉矿入密闭电炉的工 艺能耗最低为１．０７７吨标煤，仅为预还原的 ３８％，为预氧化的６４％。 含量 关系 ３．２．３钛渣流动性 钛渣中Ｔｉ２ 含量是影响钛渣流动性的主 要因素之一。Ｔｉ２０３：Ｔｉ０２的比值对钛渣的粘 度和熔化度的影响见图４中的ａ、ｂ图，从图中 可见钛渣的熔化度与渣中这种比值几乎成正比 倒增大。例如Ｔｉ２０３：Ｔｉ０２的比值由０．２增大 ３、 Ｕ １ 毯 罐 ｆ ｛ ２３ 、 到０．７时其熔化温度就提高２００＂Ｃ（图４ｂ）。 在１５００＂Ｃ，当钛渣中Ｔｉ２０３：Ｔｉ０２之比值 小于０．６时（图４ａ），渣具有良好的粘度（约为５ 臻 泊），当这个比值较高时，渣的粘度急剧升高。 而在Ｔｉ２０３：ＴｉＯ２之比值等于０．７时渣就成固 态。 憧ｌ ｌ ４４ ｌ５ ’ ｒ１＇ ／ ０ ０２ ０ ４ ０６ ０ ０ ４ ８ １２ １６ 根据表６所列数据换算成Ｔｉ２Ｏ３：ＴｉＯ２之 比值列于表８中，可见Ｔｉ２０３：Ｔｉ０２之比值远远 低于０．６。 Ｔｉｐ，：ＴｉＯ的比值 ＣａＯ％禽－ 图４ Ｔｉ２ｏ３：Ｔｉｏ２一的比值和ＣａＯ的含量 从图４中的ｃ、ｄ图可以看出氧化钙的增加 对钛渣的粘度和熔化度的影响 使钛渣的熔化度或粘度显著降低，例如，把渣中 维普资讯 http://www.cqvip.com ４Ｏ· 轻金属 １９９８年№９ 氧化钙量从４％增大到１２％，能使渣的熔化度 高于其它矿，它对冶炼钛渣是有利的。粉矿人 约降低２ｏｏ℃，攀枝花钛精矿含ＣａＯ和ＭｇＯ量 密闭电炉冶炼钛渣的流动性好，操作平稳。 表８ Ｔｉｚｏ３：ＴｉＯ￣－之比值 ＊表中Ｔ＿ｉ２０３量是将ＴｉＯ折合成Ｔ＿ｉ２０３后与Ｔｉ２０３相加 总量。 ５结论 佳操作条件，还需摸索最佳的炉底和极心圆功 率密度 参１国外钒钛．第５集 ２国外钒钛．１９８５，３ ３钒钛．１９９５，２ 粉矿人密闭电炉冶炼钛渣炉况稳定，初步 解决了敞开电炉冶炼钛渣常出现的翻渣、结壳、 电极频繁移动，操作不平衡的问题。并且渣流 动性好，操作稳定，获得较其他方法低的消耗指 标，电耗在２００７ｋｗｈ／ｔ渣左右，电极消耗２３ｋｇ／ 考文献 ｔ渣。要为熔量电炉提供设计依据和生产的最 ４贵阳铝镁设计研究院，攀钢公可钢研院．３２００ｋＶＡ电炉冶 炼钛渣试验总结（内部资料）．１９９７，５ 收稿日期：１９９８一Ｏ４一Ｏ２． 中国有色金属加工工业协会轻金属协会主办的＜轻舍金加工技术＞，国内统一刊号ＣＮ２３— １２２６／ＴＧ，国际标准刊号ＩＳＳＮ１００７—７２３５，是我国金属学和金属工艺类的全国中文核心期刊， 黑龙江省优秀科技期刊。及时地向读者介绍国内外铝及镁舍金熔铸、压铸、轧制、挤压、锻造、 制粉、热处理、表面处理等方面的新工艺、新技术和新设备，各种铝、镁材深加工新技术及其制 品；铝、镁材在建筑、交通、包装、电力、机械、石化和轻工等各部门的应用；以及有关新技术和经 济市场信息。是科技人员、管理人员、院校师生、技术工人提高技术水平和业务能力，了解国内 外新技术和更新知识的必备读物；是企业提高工作人员素质和经济效益的得力工具。 本刊适合铝、镁加工厂，冶炼厂，机械制造厂，建筑业，车辆、船舶、飞机制造业，电力、石化 和轻工等使用铝、镁材料的单位，以及科研、设计院所，大、专院校等单位和个人订阅；适合各 省、市、地区、单位的图书和资料室收藏。本刊兼营广告业务，请广大用户充分利用，我们将竭 诚为您服务。 ＜轻合金加工技术＞为月刊，每月２Ｏ日出版，单价３．００元，国内邮发代号１４—１１２，国内订 户在各地邮局（所）办理订阅。国外总发行：中国国际图书贸易总公司（北京３９９信箱，邮编： １０００４４），国外发行代号：４６６３Ｍ。欢迎国内外读者踊跃订阅本刊。 （轻合金加工技术＞编辑部