钒钛铁精矿金属化球团熔融还原过程热力学因素分析

2021-10-13 11:29:48 作者:{} 来源: 浏览次数:0 网友评论 0

对钒钛铁精矿金属化球团熔融还原过程的热量损失进行了计算,研究了熔融还原温度、熔分渣二元碱度、(FeO)含量、钛走向及铁水中[Si]含量对钒进入铁水的影响
 

杨绍利,马兰,王尊

攀枝花学院钒钛学院,四川省钒钛资源综合利用重点实验室


1 引言

我国的钒钛磁铁矿资源储量丰富,主要分布在四川攀西地区、河北承德地区、陕西汉中地区、湖北郧阳、襄阳地区、广东兴宁等地区[1]。随着非高炉冶炼技术的发展,许多研究者对钒钛磁铁矿煤基直接还原–电炉熔分工艺进行了大量实验室研究及工业化试验。但是,大量的研究工作主要集中在对预还原及金属化球团熔融还原的工艺参数研究上,对还原过程的理论研究相对较少且不深入、不系统。本文主要对攀枝花钒钛铁精矿金属化球团在电炉熔融还原过程中热平衡进行了计算,并研究了钒氧化物还原所得金属钒进入生铁的热力学影响因素进行了分析,以此来为进一步提高钒回收率提供理论依据。

2 熔融还原过程钒进入生铁的机理分析

2.1 熔融还原过程钒入铁热力学分析

 

(3)碱度在初始配料时已做好1.1的配比,因此不再考虑;

(4)因熔融还原过程主要是残碳参与还原反应,故不再考虑CO参与还原反应;(5)熔融生铁中含碳量设定为4.3%,且因碳进渣量很少,故不再考虑碳进渣。

金属化球团中元素平衡计算:以100kg经过直接还原的金属化球团为基准进行物料平衡计算。主要的物料平衡项如表2所示。

 

2 主要的物料平衡项

物料收入项

物料支出项

金属化球团

熔融生铁

熔融钛渣

直接还原反应逸生成的CO

损失的C

脱硫带走的氧量




3 物料平衡表

物料收入

物料支出

项目

重量∕kg

项目

重量∕kg

金属化球团

100

熔分生铁

60.95

熔分渣的质量

33.12

还原反应生成的CO的质量

3.73

损失的C质量

1.81

脱硫逸出的[O]含量

0.40


2.2.2 热量平衡计算

设定边界条件:

(1)依据物料平衡计算热量平衡,铁水温度设为1570℃,熔融渣温度为1620℃。

(2)因调碱度直接采用CaO,故不再考虑碳酸盐的分解耗热。

(3)将在熔融过程中损失的碳全部以燃烧的形式损失。

(4)因金属化球团在熔融过程的炉尘量小,故不再考虑炉尘带走的热量。

主要的热量平衡项如表4。

 

4 热量平衡项目

热量收入

热量支出

输入的电量

碳参与还原反应消耗的热量

脱硫消耗的热量

熔渣带走的热量

铁水带走的热量

损失的热量

碳燃烧释放的热量

成渣热


从表5中可以看出:(1)金属化球团熔融还原过程中热量收入以输入的电量为主,占85%以上碳燃烧及成渣热较少,仅占15%左右。

(2)在熔融还原过程中,热量的支出是多方面的,其中以熔渣和铁水带走的热量居多,约占80%,其它热损失为6.34%。

3 熔融还原过程中影响钒进铁的热力学因素分析

 
、金属,而(熔点为2930℃[7])的熔点很高,会导致渣的粘稠度增加[8,9],不利于金属铁液的集聚,从而不利于钒进铁。随着铁液中金属钛含量的增加,根据钒与铁的氧势图可知,在渣-铁界面会发生式(12)反应。

很明显,为了控制钒进铁,既要降低钛氧化物的还原,又要降低熔融渣中(TiO2)含量,这是一个矛盾。然而,从(12)式发生的条件的角度分析,通过合理控制配碳量可以尽量减少得到的金属化球团的残碳量,从而减少残碳与发生还原反应,则进入铁液中的


钛含量就会减少,进而即可达到抑制(12)式反应的目的。

3.3 炉渣二元碱度及铁水中[Si]含量对钒还原进铁的影响

二元碱度与温度对钒还原进铁的影响相比,相对较弱。当二元碱度值较低时,炉渣的粘度较大,不利于渣-铁分离,从而不利于钒进铁,如图1所示。

当二元碱度较高时,即CaO含量增多时,会发生式(13)的反应。生成的含量增多时,因其熔点较高,因此在熔渣中主要为固态-半固态形式存在,阻碍渣的流动。因此二元碱度必须控制在一定的数值范围之内,从图1中也可以看出:二元碱度在1.1~1.2较合适。

……

 

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