氯化渣冶煉技術(shù)開發(fā)與生產(chǎn)實踐

馬 勇

（攀鋼集團(tuán)鈦業(yè)有限責(zé)任公司，四川 攀枝花 617000）

1 引言

我國的鈦礦資源主要有二種類型:鈦鐵礦巖礦和鈦鐵礦砂礦，其中鈦鐵礦巖礦占全國鈦資源的94%。［1］攀枝花－西昌地區(qū)的釩鈦磁鐵礦資源儲量達(dá)90.6億噸，鈦資源儲量（以二氧化鈦計）6.18億噸，占全國鈦鐵礦巖礦儲量的95%。攀鋼將開采出來的礦石經(jīng)選礦獲得含釩鐵精礦用作冶煉鋼鐵的原料，選鐵的尾礦用于回收生產(chǎn)鈦精礦，現(xiàn)已形成了年產(chǎn)50萬噸鈦精礦的生產(chǎn)能力。

攀枝花鈦精礦是典型的巖礦，云南鈦礦是典型的鈦鐵礦砂礦，兩種礦成分比較見表1，從表1中可以看出攀枝花鈦精礦的主要特點是CaO＋MgO含量高。

表1 兩種鈦精礦典型成分比較 （%）

2 攀枝花礦冶煉熔鹽氯化渣的特點

為了利用攀枝花豐富的鈦資源，形成從鈦礦到鈦材的完整鈦產(chǎn)業(yè)鏈，攀枝花鈦精礦首先要通過電爐冶煉為鈦渣后才能進(jìn)一步作為海綿鈦及鈦材生產(chǎn)的原料。

2.1 熔鹽氯化渣品位

攀枝花鈦精礦與云南鈦精礦相比，鐵氧化物主要以二價態(tài)形式存在，雜質(zhì)含量尤其是CaO、MgO含量高，結(jié)構(gòu)致密還原性能差［1］。攀枝花鈦精礦和云南鈦精礦XRD圖譜基本相似（見圖1），主要物相為鈦鐵礦、磁鐵礦、鐵橄欖石、鎂橄欖石和鎂鈦礦，這與化學(xué)分析結(jié)果基本一致（見表1）。掃描電鏡的分析結(jié)果為:攀枝花鈦精礦的鈦鐵礦體積含量在85%～90%之間，云南鈦精礦鈦鐵礦體積含量在91%～94%左右。攀枝花鈦精礦與云南鈦精礦的主要區(qū)別是云南鈦精礦中基本沒有鐵橄欖石。

圖1 攀枝花礦和云南礦的XRD

攀枝花鈦精礦TiO2在鎂鈦礦中賦存量高，加之攀枝花鈦精礦中FeO含量較高，鈦鐵礦相外FeO多賦存于磁鐵礦相中。另外攀枝花鈦精礦中含CaO和MgO，其在電爐冶煉中基本不被還原。經(jīng)計算和相關(guān)實驗研究，攀枝花礦冶煉氯化渣時其上限品位在78%左右，由于CaO和MgO含量高，適合于熔鹽氯化法生產(chǎn)海綿鈦工藝，稱為熔鹽氯化渣。

2.2 生產(chǎn)熔鹽氯化渣的技術(shù)難點

國內(nèi)僅在80年代在錦州鈦業(yè)1800KVA的小電爐上開展過攀枝花鈦精礦冶煉熔鹽氯化渣的試驗，而在25.5MVA大型電爐上還沒有開展熔鹽氯化渣的試驗。在大型電爐冶煉熔鹽氯化渣的生產(chǎn)過程中，其主要技術(shù)難點是:

（1）溫度升高。為了提高鈦渣品位需要將FeO還原到盡可能低的狀態(tài)。在還原FeO時會伴隨TiO2大量過還原，產(chǎn)生大量高熔點的低價鈦，這部分物質(zhì)會降低渣的流動性，加之鈦渣的短渣特性，為保證順利出渣，必須大幅度提高渣的過熱度。而提高出渣溫度也意味著整個冶煉系統(tǒng)的溫度升高，對電爐的出渣口、出鐵口、電極煙氣處理系統(tǒng)及爐體耐火材料均有不同程度的影響。

（2）掛渣層維護(hù)困難。鈦渣中TiO2具有兩性氧化物性質(zhì)，鈦渣能與各種酸性和堿性氧化物發(fā)生反應(yīng)，生成各種化合物和固溶體，因而鈦渣對爐襯磚有強(qiáng)烈的腐蝕性。隨著還原深度增加，爐內(nèi)溫度升高，整體爐況控制難度增大，冶煉過程中掛渣層極易被洗刷，甚至可能將掛渣層洗刷完后，直接侵蝕鎂磚爐襯，嚴(yán)重縮短爐襯壽命。

（3）泡沫渣幾率增加。攀枝花鈦精礦低熔點物質(zhì)如CaO、MgO含量較高，在冶煉過程中極易發(fā)生軟熔，在熔池表面形成覆蓋層，導(dǎo)致后批物料加入后直接覆蓋在軟熔層上，物料冶煉產(chǎn)生的氣體很難從熔池表面溢出，從而產(chǎn)生泡沫渣。

3 氯化渣技術(shù)開發(fā)與生產(chǎn)

鈦業(yè)公司鈦冶煉廠是目前國內(nèi)最大的鈦渣生產(chǎn)廠家，擁有3座25.5MVA鈦渣電爐，通過消化吸收烏克蘭的操作工藝，采用了攀枝花微細(xì)粒級鈦精礦造球、爐頂配料、多點布料及爐氣余熱回收利用等多項先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，形成了攀鋼自主知識產(chǎn)權(quán)的“大型電爐采用自焙電極、粉礦直接入爐冶煉鈦渣”的專有技術(shù)，擁有180kt酸溶渣或氯化渣的生產(chǎn)能力。

3.1 熔鹽氯化渣技術(shù)開發(fā)

針對熔鹽氯化渣冶煉過程存在的溫度升高、掛渣層維護(hù)困難及泡沫渣等技術(shù)難點，首先攀鋼鈦業(yè)公司鈦冶煉廠制定了詳細(xì)的試驗方案，對熔鹽氯化渣的熔點、粘度等高溫指標(biāo)進(jìn)行測試，同時通過分析鈦渣中FeO與TiO2的關(guān)系（見圖2），科學(xué)地指導(dǎo)生產(chǎn)。

圖2 鈦渣中TiO2含量與FeO含量的關(guān)系

其次對生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，詳細(xì)對比總結(jié)探索性試驗中加料制度變化情況，在穩(wěn)定生產(chǎn)中采取了多點布料的方式，通過嚴(yán)格控制各點的加料量、配碳比、送電功率等，保證每爐冶煉掛渣層的厚度，避免了掛渣層被沖刷，同時開展了低溫冶金工作，根據(jù)攀枝花鈦精礦熔化吸收熱量大的特點，重新設(shè)計了供電制度，進(jìn)一步減少了泡沫渣產(chǎn)生的可能性，并將出渣溫度控制在1720℃以內(nèi)，一方面可避免高溫對渣鐵口和煙氣系統(tǒng)的影響，另一方面達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

最后在設(shè)備方面一是采用了新型電極絕緣材料，重新設(shè)計了電爐的絕緣結(jié)構(gòu)，在生產(chǎn)期間幾乎沒有發(fā)生過絕緣故障；二是進(jìn)一步優(yōu)化了渣鐵口的耐火材料及結(jié)構(gòu)，使得渣鐵口的耐火材料使用壽命提高了2倍以上，為熔鹽氯化渣冶煉的穩(wěn)定順利運(yùn)行提供了保障。

3.2 熔鹽氯化渣的生產(chǎn)

鈦業(yè)公司鈦冶煉廠成功開發(fā)出熔鹽氯化渣冶煉技術(shù)，在實際穩(wěn)定生產(chǎn)過程中未見有明顯泡沫渣現(xiàn)象，同時出渣溫度及掛渣層均控制在正常的范圍內(nèi)。目前已經(jīng)形成月產(chǎn)3000t／臺熔鹽氯化渣的生產(chǎn)能力，生產(chǎn)的熔鹽氯化渣指標(biāo)見表3，物相結(jié)構(gòu)如圖3所示，產(chǎn)品完全滿足攀鋼1.5萬噸海綿鈦廠對原料的要求。

表3 熔鹽氯化渣生產(chǎn)指標(biāo)

圖3 鈦渣電鏡照片

從2012年以來，鈦冶煉廠已經(jīng)向攀鋼海綿鈦廠提供了12kt熔鹽氯化渣，生產(chǎn)出的海綿鈦產(chǎn)品中國標(biāo)零級品及以上的達(dá)到70%以上，與美國、日本等世界海綿鈦生產(chǎn)強(qiáng)國供應(yīng)航空航天產(chǎn)業(yè)的海綿鈦處于相同檔次。

4 結(jié)論

（1）鈦業(yè)公司鈦冶煉廠成功開發(fā)出熔鹽氯化渣冶煉技術(shù)，解決了溫度升高、掛渣層維護(hù)困難及泡沫渣等技術(shù)難題，形成了熔鹽氯化渣專用操作工藝制度，結(jié)束了我國無大型電爐生產(chǎn)氯化渣的歷史。

（2）鈦業(yè)公司鈦冶煉廠現(xiàn)已形成月產(chǎn)3000t／臺的熔鹽氯化渣能力，產(chǎn)品已在海綿鈦廠成功使用。

（3）大型電爐生產(chǎn)熔鹽氯化渣技術(shù)的成功開發(fā)，對提高攀枝花鈦精礦綜合利用率，加快攀西鈦資源的開發(fā)有重要意義。

［1］楊紹利，盛繼孚.鈦鐵礦熔煉鈦渣與生鐵技術(shù)［M］.冶金工業(yè)出版社，2006:113.