直接熔煉方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及基于熔池的直接熔煉方法，所述方法包括控制直接熔煉容器中的過程條件，使得當所述容器中的熔池中的爐渣溫度在1400-1550℃范圍內時，容器中的金屬和爐渣的熔池中的熔融爐渣具有0.5-5泊范圍內的粘度。
【專利說明】直接熔煉方法
[0001] 本申請為國際申請日2011年5月18日、國際申請?zhí)朠CT/AU2011/000580于2012 年11月19日進入中國國家階段、申請?zhí)?01180024820. 9、發(fā)明名稱"直接熔煉方法"的分 案申請。

【技術領域】
[0002] 本發(fā)明涉及基于熔池的直接熔煉方法，所述方法用于在直接熔煉容器中從含有氧 化鐵和氧化鈦的含金屬進料生產熔融金屬。

【背景技術】
[0003] 所述含金屬進料可以是含有氧化鐵和氧化鈦的任何材料。適合的進料的一個實例 是含鈦磁鐵礦（titanium magnetite)。它也被稱為鈦磁鐵礦（titanomagnetite)或"鐵礦 砂"。另一個實例是鈦鐵礦。在中國西南部和新西蘭發(fā)現(xiàn)含鈦磁鐵礦的適合來源。在澳大 利亞西部和馬達加斯加發(fā)現(xiàn)鈦鐵礦的適合來源。本發(fā)明不限于含鈦磁鐵礦和鈦鐵礦，并且 不限于來自于這些來源的含鈦磁鐵礦和鈦鐵礦。
[0004] 含金屬進料也可以是含有氧化鐵和氧化鈦以及其他金屬氧化物例如氧化釩的任 何材料。適合的進料的一個實例是鈦釩磁鐵礦，例如在中國西南部和新西蘭發(fā)現(xiàn)的，或作為 來自于TiO 2顏料進料過程（例如Becher方法）的殘渣。
[0005] 已知的基于熔池的直接熔煉方法一般被稱為HIsmelt方法，并被描述在本 申請人: 名下的相當多數量的專利和專利申請中。
[0006] HIsmelt方法具體來說與從鐵礦石生產熔鐵相關。
[0007] 在生產熔鐵的情形中，HIsmelt方法包括以下步驟：
[0008] (a)在直接熔煉容器中形成熔鐵和爐渣的熔池；
[0009] (b)向所述熔池中注入：⑴鐵礦石，典型地為細鐵礦石的形式；和（ii)固體含碳 材料，典型地為煤，其起到鐵礦石進料的還原劑和能量來源的作用；以及
[0010] (c)在所述熔池中將鐵礦石熔煉成鐵。
[0011] 在本文中，術語"熔煉"被理解為是指其中發(fā)生了使金屬氧化物還原產生熔融金屬 這樣的化學反應的熱加工。
[0012] 在HIsmelt方法中，將含金屬材料和固體含碳材料這樣的形式的固體進料與載氣 一起通過多個噴管注入到熔池中，所述噴管向堅直方向傾斜以向下并向內延伸通過直接熔 煉容器的側壁并延伸到容器的下部區(qū)域內，以便將至少一部分固體進料遞送到容器底部的 金屬層中。固體進料和載氣透過熔池，并引起熔融金屬和/或爐渣被噴射到熔池表面上方 的空間中并形成過渡區(qū)。將一股含氧氣體、典型地為富氧空氣或純氧通過向下延伸的噴管 注入到容器的上部區(qū)域中，以引起從熔池釋放的反應氣體在容器的上部區(qū)域中后燃燒。在 過渡區(qū)中存在相當大量的熔融金屬和/或爐渣的上升并隨后下降的液滴或濺液或液流，其 提供了有效介質來將熔池上方的反應氣體后燃燒所產生的熱能轉移到熔池中。
[0013] 典型地，在生產熔鐵的情形中，當使用富氧空氣時，它在約1200°c的溫度下進料， 并在熱風爐中產生。如果使用工業(yè)純的冷氧氣，它典型地在等于或接近室溫的溫度下進料。
[0014] 由直接熔煉容器中反應氣體的后燃燒產生的廢氣，通過廢氣管道從容器的上部區(qū) 域移走。
[0015] 直接熔煉容器包括下部爐床中的襯有耐火材料的部分和容器側壁與頂壁中的水 冷式板材，并且水以連續(xù)的回路持續(xù)循環(huán)通過所述板材。
[0016] HIsmelt方法使得能夠在單個緊湊型容器中通過直接熔煉生產大量熔鐵，典型地 為至少0. 5Mt/a。
[0017] 然而，到此時為止,本 申請人:的觀點是HIsmelt方法不適用于熔煉含有氧化鐵和 氧化鈦例如鈦磁鐵礦和鈦鐵礦并任選還含有其他金屬氧化物例如氧化釩的含金屬進料?，F(xiàn) 在，本 申請人:已對HIsmelt方法進行了研究和開發(fā)工作，特別是調查該方法中爐渣的特性 的工作，所述工作表明，在HIsmelt方法中，通過適當地控制過程條件，能夠熔煉含有氧化 鐵和氧化鈦以及任選的氧化釩的含金屬進料。這一發(fā)現(xiàn)也適用于具有與HIsmelt方法類似 的特征或包含HIsmelt方法的其他基于熔池的方法。
[0018] 上面的討論并不旨在承認這是澳大利亞和其他地方的公知常識。


【發(fā)明內容】

[0019] 本發(fā)明提供了基于熔池的直接熔煉方法，所述方法包括控制直接熔煉容器中的過 程條件，使得當所述容器中的熔池中的爐渣溫度在1400-1550°C范圍內時，容器中的金屬和 爐渣的熔池中的熔融爐渣具有0. 5-5泊范圍內的粘度。
[0020] 本發(fā)明提供了直接熔煉方法，所述方法包括將（a)含有氧化鐵和至少3重量％氧 化鈦的含金屬進料、（b)固體含碳進料、和（c)含氧氣體供應到含有鐵和爐渣的熔池的直 接熔煉容器中，以及在所述容器中直接熔煉所述含金屬進料并產生熔鐵、含氧化鈦的熔融 爐渣、和廢氣的過程輸出物，并且所述方法的特征在于如本文中所述控制過程條件，使得 當所述直接熔煉容器中的熔池中的爐渣溫度在1400_1550°C范圍內時，所述熔融爐渣具有 0.5-5泊范圍內的粘度。
[0021] 在本文中，術語"熔融爐渣"被理解為是指完全為液體的爐渣。
[0022] 在本文中，術語"熔融爐渣"也被理解為是指包含固體材料和液體相的漿料的爐 渣。
[0023] 所述熔融爐渣中的固體材料在所述方法中的爐渣溫度下可以是固體氧化物相，因 此所述爐渣是固體氧化物相在液體爐渣相中的漿料。
[0024] 在本文中，術語"過程條件"意欲具有寬泛的含義，并擴展到例如（a)直接熔煉容 器內的操作條件，例如容器內的溫度和壓力以及固體進料和含氧氣體的注入速率，（b)熔池 的組成，特別是爐渣的組成，以及（C)熔池的特性。熔池的組成可以包括選擇爐渣的成分， 使得所述爐渣在熔池的1400_1550°C的溫度范圍內是本文中所述的熔融爐渣。正如在上面 提出的"熔融爐渣"定義中指出的，熔融爐渣在所述方法的操作溫度范圍下可以包括固體氧 化物相和液體爐渣相。熔融爐渣的特性包括例如上面提到的熔融爐渣的粘度和/或氧勢。 所述特性還包括例如熔融爐渣的堿性和爐渣的湍流度。這些特性是操作條件和爐渣組成的 函數。
[0025] 本發(fā)明是基于本 申請人:由于上述研究和開發(fā)工作而認識到的事實：
[0026] (a)在HIsmelt方法以及與HIsmelt方法具有相似特征或包含HIsmelt方法的其 他基于熔池的方法中，存在著用于直接熔煉含有氧化鐵、氧化鈦和任選的氧化釩的含金屬 進料的操作窗口；以及
[0027] (b)與目前用于熔煉鈦磁鐵礦、包括含有氧化釩的鈦磁鐵礦的高爐中的情形相比， 在這些窗口內操作的基于熔池的方法提供了熔煉這些含鈦材料以更有效地生產熔鐵的可 能性。
[0028] 具體來說，本 申請人:認識到，本發(fā)明提供了從HIsmelt型方法的基于熔池的熔煉 過程來生產兩種有價值的產物的可能性，即（a)可能含有釩金屬的熔鐵產物和（b)具有高 濃度例如至少50 %的TiO2形式的氧化鈦的爐渣產物，所述爐渣產物可以被用作硫酸鹽法生 產顏料級鈦白的進料。具體來說，本 申請人:認識到，對于基于熔池的方法來說，存在著控制 從該過程排出的熔融爐渣的冷卻速率以優(yōu)先形成適合于在硫酸鹽法中加工的微觀結構的 可能性。
[0029] 所述方法可以包括通過控制爐渣的組成并將熔池的溫度控制在低于、典型地為略 微低于爐渣的液相線溫度以使固體氧化物相從熔融爐渣的液體相中析出從而控制爐渣的 粘度來控制過程條件。
[0030] 當在本文中使用時，術語"粘度"和"液相線溫度"被理解為是指通過FactSage 軟件計算的粘度和液相線溫度（對于液相線溫度來說，通過FactSage 6. 1或更晚的版本， 而對于粘度來說，通過FactSage Viscosity 6.0或更晚的版本）。鑒于不同的測量和計 算技術可能產生非標準結果，因此規(guī)定這些術語的含義中暗含了通過FactSage計算合理 化。這樣的計算在執(zhí)行時應該完全遵從使用FactSage軟件的指南，并且如果需要，應該由 FactSage軟件的所有者檢查并認可。具體來說，（故意或通過其他方式）忽略某些可能的 化學物質組合的計算不應被認為與本文中使用的"粘度"和"液相線溫度" 一致。
[0031] 所述方法可以包括控制過程條件以使熔融爐渣中的固體材料為熔融爐渣的至少 5%。
[0032] 熔融爐渣中的固體材料可以為熔融爐渣的至少10%。
[0033] 熔融爐渣中的固體材料可以少于熔融爐渣的30%。
[0034] 熔融爐渣中的固體材料可以占熔融爐渣的15-25%。
[0035] 含金屬進料可以是含有氧化鐵和氧化鈦的任何材料。適合的進料的實例是含鈦磁 鐵礦、鈦磁鐵礦和鈦鐵礦。
[0036] 在含金屬進料只包含鈦磁鐵礦的情形中，氧化鈦可以少于含金屬進料的40重 量％。
[0037] 在含金屬進料只包含鈦磁鐵礦的情形中，氧化鈦可以少于含金屬進料的30重 量％。
[0038] 在含金屬進料包含鈦磁鐵礦和鈦鐵礦的情形中，氧化鈦可以少于含金屬進料的50 Sfi % O
[0039] 含金屬進料也可以是含有氧化鐵和氧化鈦以及其他金屬氧化物例如氧化釩的任 何材料。適合的進料的一個實例是鈦釩磁鐵礦。
[0040] 在含金屬材料含有氧化釩的情形中，所述方法包括生產熔鐵和熔釩、含氧化鈦和 氧化釩的熔融爐渣、以及廢氣的過程輸出物。
[0041] 取決于過程條件，釩在所述方法的金屬與爐渣輸出物之間的分配可以是至少 50%、典型地為至少65%、更典型地為至少80%分配到金屬輸出物中。
[0042] 一般來說，并且不僅僅在含金屬材料含有氧化釩的情形中，所述方法可以包括通 過將所述爐渣中的鐵與所述金屬中的碳的濃度比控制在小于2:1、典型地為小于1. 5:1、更 典型地為1:1至1. 3:1來控制過程條件。
[0043] 所述方法可以包括控制過程條件以使熔融爐渣具有高的氧勢。
[0044] 在"氧勢"的情形中，術語"高的"在本文中被理解為是指相對于高爐爐渣來說是 商的。
[0045] 所述方法可以包括控制過程條件，使得熔融爐渣的氧勢高得足以使爐渣中的氧化 鈦從+4價態(tài)向較低價態(tài)的還原最小化。較低價態(tài)使爐渣粘度降低并增加形成泡沫狀爐渣 的風險。由于泡沫狀爐渣產生了過程控制問題，因此泡沫狀爐渣是不希望的。
[0046] 所述方法可以包括控制過程條件使得熔融爐渣的FeO含量為至少3重量％，以使 熔融爐渣具有高的氧勢。
[0047] 所述方法可以包括控制過程條件使得熔融爐渣的FeO含量為至少4重量％，以使 熔融爐渣具有高的氧勢。
[0048] 所述方法可以包括控制過程條件使得熔融爐渣的FeO含量為至少5重量％，以使 熔融爐渣具有高的氧勢。
[0049] 所述方法可以包括控制過程條件以使熔融爐渣的FeO含量低于6重量％。
[0050] 所述方法可以包括控制過程條件以使熔融爐渣的FeO含量低于10重量％。
[0051] 所述方法可以包括控制過程條件以使熔融爐渣的碳含量為至少3重量％。
[0052] 所述方法可以包括控制過程條件以使熔融爐渣的碳含量為至少4重量％。
[0053] 所述方法可以包括控制過程條件以使熔融爐渣的碳含量低于5重量％。
[0054] 所述方法可以包括控制過程條件以使熔融爐渣的粘度在0. 5-4泊的范圍內。
[0055] 所述方法可以包括控制過程條件以使熔融爐渣的粘度在0. 5-3泊的范圍內。
[0056] 所述方法可以包括控制過程條件以使熔融爐渣的粘度高于2. 5泊。
[0057] 所述方法可以包括添加一種或多種添加劑以便于控制熔池中熔融爐渣的特性例 如爐渣的組成和/或爐渣的粘度。
[0058] 例如，可以選擇添加劑來控制熔融爐渣的堿性，例如通過添加 CaO,以降低爐渣的 粘度并使泡沫狀爐渣的風險最小化。
[0059] 所述方法可以包括控制過程條件以使熔融爐渣具有在所述范圍內的下列成分：
[0060] TiO2 :至少 15 重量％，
[0061] SiO2 :至少 15 重量％，
[0062] CaO :至少 15 重量％,
[0063] Al2O3 :至少10重量％，以及
[0064] FeO :至少 3 重量 ％。
[0065] 熔融爐渣可以包含至少20重量％的Ti02。
[0066] 熔融爐渣可以包含至少50重量％的Ti02。
[0067] 熔融爐渣可以包含15-20重量％的Si02。
[0068] 熔融爐渣可以包含15-30重量％的CaO。
[0069] 熔融爐渣可以包含10-20重量％的Al2O3。 [0070] 熔融爐渣可以包含4-10重量％的FeO。
[0071] 爐渣組合物可以包括其他成分例如MnO。
[0072] 本發(fā)明的爐渣組合物的具體實例如下。
[0073] 化學組成A

【權利要求】
1. 直接熔煉爐的熔鐵產物，所述熔鐵產物包括熔融的鐵和釩，其中所述釩包括來自所 述直接熔煉爐的釩輸出物的至少50%。
2. 權利要求1的熔鐵產物，其中在所述熔鐵產物中的釩包括來自所述直接熔煉爐的釩 輸出物的至少65%。
3. 權利要求1的熔鐵產物，其中在所述熔鐵產物中的釩包括供應至所述熔煉爐作為含 金屬進料的部分的總釩的至少80%。
4. 直接熔煉爐的爐渣產物，所述爐渣產物包括的熔融爐渣含有： TiO2 :至少50重量％， SiO2 :至少15到20重量％， CaO :至少15到30重量％， Al2O3 :至少10到20重量％， FeO :至少3到10重量％，以及 氧化釩包括來自所述直接熔煉爐的釩輸出物的至多50%。
5. 權利要求4的爐渣產物，其中在所述爐渣產物中的釩包括來自所述直接熔煉爐的釩 輸出物的至多35%。
6. 權利要求4的爐渣產物，其中在所述爐渣產物中的釩包括來自所述直接熔煉爐的釩 輸出物的至多20%。
7. 權利要求4至6任一項的爐渣產物，其中所述熔融爐渣還包括3重量％到5重量％ 的碳含量。
8. 權利要求4至6任一項的爐渣產物，其中所述熔融爐渣包括至少20重量％的Ti02。
9. 權利要求4至6任一項的爐渣產物，其中所述熔融爐渣還包括氧化錳。
10. 用于硫酸鹽法生產顏料級鈦白的進料，所述進料具有適合于在硫酸鹽法中加工的 微觀結構并且包括至少50%的TiO2形式的氧化鈦，并且其中所述進料包括權利要求4至6 任一項的爐渣產物。
【文檔編號】C21B3/04GK104313226SQ201410483567
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2011年5月18日 優(yōu)先權日:2010年5月18日
【發(fā)明者】羅德尼·詹姆斯·德里, 雅克·派洛特 申請人:技術資源有限公司