利用富氧顶吹熔融还原技术冶炼高磷铁矿和钛铁矿的研究

论文摘要

现阶段,我国处于工业化进程高速发展的阶段,国家建设对于钢材的需求一直处于刚性状态,同时,钢铁企业对于铁矿石的需求量也随之增加。尽管我国的已勘明铁矿石储量逐年增加,一直处于世界前列,但是我国的贫矿储量占到我国总保有储量的98%左右,而且还有的贫矿处于无法开采的地步——呆矿。而且,国际铁矿石价格也日趋攀升,使得钢铁企业几乎无法立足,特别是近两年来,纷纷减产、停产。来自中钢协的最新统计数据显示：在2010年中国铁矿石价格谈判失败后,今年前九个月的进口铁矿石平均价格涨幅为56.31%。我国前九个月进口铁矿石3.576亿吨,比去年减少1153万吨,虽然1-9月进口铁矿石数量有所下降,但进口总金额556.89亿美元却仍比上年同期增加191.62亿美元,折合人民币约1303亿元。中国的铁矿石进口量最大,却丧失话语权,但最终原因还是我们的钢铁市场刚性需求强劲,而铁矿石资源薄弱才受制于人。云南惠民铁矿储量丰富,埋藏浅,易于开采,但由于矿石品位低,粒度细,组分复杂,磷含量高,十分难选,长期以来一直没有开发利用。我国攀西地区蕴藏着丰富的钒钛磁铁矿,且成分稳定,S,P等有害元素含量低,价格低,其工业贮量达80亿吨以上。云南省也分布有相当丰富的钛铁矿资源,且精矿质量优于攀枝花地区,矿质以砂矿为主,易采易选,Ti02品位较高,硅、铝、硫、磷等杂质含量少,文献报道,其探明储量已有2000多万吨。但对于西南地区的这些含钛铁矿,高炉冶炼难度比较大,经济指标低下。在冶炼过程中,钛的低价化合物和Ti（C,N）的生成导致炉渣粘度大,流动性差导致炉况差以及渣铁分离不理想等诸多问题仍然存在。因此,采用新的冶炼工艺开发我国现有的大量“呆矿”具有重要的意义。当今世界,非高炉炼铁技术迅猛发展,个别工艺已凭借其独特优势崭露头角。目前,COREX熔融还原技术已在世界多个国家工业化,HIsmelt熔融还原技术也已在全世界得到广泛推广,虽然其还未工业化,但其原料实用性强,节能环保以及工业可行性也已引起各国冶金行业的重视。本研究中的所有实验都是采用模拟HIsmelt的富氧顶吹熔融还原技术的方法来处理云南惠民高磷铁矿和勐桥钛铁精矿,探究了冶炼温度、碱度、配碳比、氧气流量和保温时间等对冶炼的影响,同时还实验了高磷矿和钛铁矿的混合冶炼,对其冶炼过程中磷行为,钛行为进行了初步探讨。通过冶炼高磷铁矿的实验研究,得出：（1）温度、碱度、配碳比对冶炼的影响都有双重的作用。为了保持炉渣具有好的流动性,达到比较满意的铁回收率,又为了保持高碱度的中温高效脱磷炉渣,达到较好的脱磷效果,综合实验结果及理论分析,当温度控制在1723K-1773K,碱度1.3-1.5,配碳比为0.9-1.0,通氧时间为10分钟,保温时间是30分钟的实验条件时,可以得到磷含量低于0.20%,硫含量为大约0.06%,碳含量低于0.8%的铁水,铁的回收率为85%左右。（2）虽然此工艺的强氧化气氛导致其脱硫效果极差,但是由于入炉炉料的S负荷低,加之依靠较高碱度渣将熔池中的硫稳定地固定在炉渣中,在以上（1）条件下,脱硫率可达80%左右,而且铁水硫含量不高,不需要炉外脱硫。（3）在对冶炼过程中冒出的烟灰分析,其中含有磷、硫化合物,所以得出部分磷、硫可以通过气化出去,即依靠气化脱除部分磷、硫是可行的,另外,部分铁也通过烟尘逸出除外,增加铁损,需要对此加以控制。（4）综合分析,得出利用富氧顶吹熔融还原技术冶炼含磷量为0.90%的惠民高磷铁矿是可行的,另外,尽量只用磷、硫含量较低的煤粉作为冶炼的还原剂,直接降低入炉磷、硫负荷,从而提高铁水质量（5）所得铁水中硅含量、碳含量都很低,其中硅含量常小于0.1%。（6）冶炼惠民高磷铁矿的主要渣系为CaO-Al2O3-SiO2,编号为74-1607的物质Ca2[Al（AlSi）O7]在所有XRD图中都存在,而且衍射峰最强。随着氧势的增强,渣中Fe的价态升高,最终炉渣中铁主要以Fe304,形式存在。（7）在氧流量一组实验中,改变实验条件,发现高温入料有利于磷的脱除。通过冶炼钛铁矿的实验研究,得出：（1）利用富氧顶吹熔融还原技术冶炼全高钛矿是可行的,铁的收得率可达到95%,钛含量低于0.05%,而且此项技术可以克服高炉冶炼钒钛磁铁矿时高熔点固溶体Ti（C,N）的生成,泡沫渣量大易造成炉料堵塞和液泛行为等难题。（2）温度、碱度对于冶炼的影响有双重的作用。为了保持炉渣具有好的流动性,达到好的冶炼指标,又为了避免高钛渣的短渣特性和熔化性温度的制约,综合实验结果,当T=1550℃,C/O=1.0,R=1.2时的达到最佳冶炼条件,可产出低Ti、低Si、低P的高质量铁水。（3）铁水硫含量高为0.3%,达不到炼钢的要求,所以必须进行铁水炉外脱硫。这是氧气顶吹熔融还原技术不可消除的一个缺陷。惠民矿的特征为磷含量高、硫含量低,同时Si02含量高直接导致渣量大,冶炼得铁水中磷含量较高。勐桥精矿的特征为钛含量比较高、硫含量高,SiO2含量低渣量少,但是冶炼得铁水中硫含量高。通过高磷铁矿和钛铁矿的混合冶炼实验,得出：（1）随着配入惠民铁矿比例的升高,铁的回收率先升高后降低。当配入惠民铁矿比例为50%时,铁的回收率最高为95.1%；生铁中的磷含量是逐渐升高的,从0.0026%到到0.61%；生铁中硫含量的整体趋势是降低的,从0.16%到0.052%；另外生铁中其他杂质元素的含量基本维持一个稳定的层次,但是碳含量变化幅度稍微大些,由于实验的影响因素和偶然性太大的原因。（2）从脱磷和脱硫的角度分析,随着配入惠民铁矿比例的升高,磷的分配比逐渐降低,从10.8到1,而硫的分配比呈升高趋势,从0.3到0.9。从其数据看来,充分说明了此种技术的富氧顶吹在脱硫方面的劣势,在脱磷方面的优势。（3）综合其数据分析,在惠民铁矿和勐桥精矿的比例为1：1时,其数据比较好。铁的回收率为95.1%,生铁中磷的含量为0.36%,硫的含量为0.054%,钛含量为0.031%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪言
• 1.1 COREX工艺
• 1.2 HISMELT工艺
• 1.3 此项基础研究的意义
• 第二章 冶炼惠民高磷铁矿的实验
• 2.1 前言
• 2.1.1 反浮选脱磷技术
• 2.1.2 化学法脱磷
• 2.1.3 微生物法脱磷
• 2.1.4 冶金法脱磷
• 2.1.5 焙烧改性-磁选法脱磷
• 2.2 实验
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 实验装置
• 2.2.3 实验步骤
• 2.3. 分析讨论
• 2.3.1 各因素影响铁的回收率的分析
• 2.3.2 各因素影响铁块中磷含量、脱磷率的分析
• 2.3.3 各因素影响铁块中硫含量、脱硫率的分析
• 2.3.4 各因素影响生铁中碳含量的分析
• 2.3.5 各因素影响铁块中硅含量的分析
• 2.3.6 分析通氧时间对炉渣的影响
• 2.3.7 小结
• 2.4 氧流量实验方案设计
• 2.4.1 实验方案设计
• 2.4.2 设计原理
• 2.4.3 结果与分析
• 2.4.4 问题探究
• 2.5 结论
• 第三章 惠民高磷铁矿与勐桥钛铁矿配矿冶炼实验
• 3.1 前言
• 3.2 实验
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 实验装置
• 3.2.3 实验步骤
• 3.3 实验结果与分析
• 3.4 问题探究
• 3.5 结论
• 第四章 结论与展望
• 4.1 惠民铁矿冶炼结论
• 4.2 惠民铁矿和勐桥铁矿配矿冶炼结论
• 4.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间成果
• 1. 发表论文
• 2. 申请专利
• 3. 授予的荣誉称号