出炉温度对钛渣冶炼电耗影响

攀 钢 技 术 9 出炉 温度 对钛渣 冶炼电耗 的 影响 肖 军 （ 攀钢集团研究院有限公司 ，钒钛资源综合利用国家重点实验室） 摘 要： 通过 理论 计算得到了钛渣和生铁出炉温度 与钛渣 冶炼电耗的 关系。 结合钛渣、 铁水性质 和钛渣冶炼的工艺特点 提出了降低钛渣和铁水出炉温度的措施 ，并通过 试验 进行了验证 。 关键词： 钛渣 ； 冶炼 ； 出 炉 温度 ； 冶炼电耗 0 引言 以攀枝花钛精矿为原料生产钛渣 时 ，正常出渣温度 在 1 675 左右 ，出铁温度在 1 520 左右 。理论研究发现， 酸溶性 钛渣在 1 640 、铁水在 1 450 以上即具有良好的流动性，若能够采取优化 冶炼操作、改变钛精矿原料性质等 手 段，降低出渣、出铁等温度，势必会降低钛渣冶炼电耗，达 到 降本增效的目的。 出炉温度过高不仅不利于冶炼电耗的降低，冶炼温度偏高对电炉炉盖冷却及炉衬维护均产生不利影响，从而限制整个钛渣冶炼工艺水平的进一步提升。 笔者 从 目前 钛渣生产的 基本 情况入手，分析钛精矿冶炼钛渣的特性和电炉的基本特性， 通过 计算分析渣铁温度的降低对冶炼电耗的影响，从而为冶炼实际操作的优化提供 依据 。 1 冶炼有效热量 计算 冶炼钛渣过程中电炉热量来源主要是电能供给热、原料物理 热、还原剂燃烧热等。 其热量主要消耗于 渣铁升温 、 还原反应、烟气散热及炉体其他热损失。其中用于还原反应和渣铁升温部分的热量称为其有效热量。 本文的所有 计算 均建立在生产 1 要化学反应热 计算 根据前期热平衡、物料平衡和元素走向测定结果，钛精矿冶炼钛渣过程中 反应总需求热量约占总化学反应热的 4%。 因此， 主要还原反应热只考虑 质的 还原。即： =O =kJ/ （ 1） C=2=kJ/ （ 2） 3=O =kJ/ （ 3） 根据上 述 3 个主反应， 结合 原料和钛渣的平均指标 即可 计算 钛渣冶炼的 理论电耗值。 表 1 攀枝花 钛精矿主要成分 % 2 钛渣的主要成分 % 钛渣冶炼平均 率 算 ，可得其冶炼 1 t 钛渣所消耗的钛精矿量，即吨渣矿耗（ M）。 M=t/t， 据 此可计算出冶炼钛渣的理论化学反应热，见表 3。 表 3 主要化学反应热 要反应 反应热 =O 1 082 C=241 =O 192 计 1 515 3 是根据生产 1 t 钛渣的主要反应及其热焓进行的计算， 因此冶炼 1 t 钛渣主要化学反应热 ： 515 578 10 201 5年第 38卷第 4期 铁升温所需热量 计算 1）钛渣升温所需热量 钛渣升温所需热量 ： （ Cpqt+q） =2 733 中 钛 渣质量 ， Cpq 渣比热 ， ） ； t 出渣温度采用实际数据 ， 1 674 ； q 渣 熔化热 ， kJ/ 2）铁水升温所需热量 铁水升温所需热量 ： 1 q p2q（ 式中 1 金属质量 ； q 固态金属比热 ， 6 )； q 液态金属比热 ， 3 )； q 1 铁 熔化热 ， 7 kJ/ 金属出口温度 ， (基于实际 1 520 )； 金属熔化温度 ， 1 250 ； 根据物料平衡核算，生产 1 000 渣的同时产生的铁水重量为 96 炉电效率的核定 攀枝花钛精矿冶炼钛渣电效率主要是根据现有电炉实际冶炼数据和理论测算电耗的比值得到。其中实际冶炼数据以 生产 平均电耗作为参考 （吨渣电耗 t） ，理论电耗的由来主要由化学反应热和渣铁升温物理热构成。电炉电效率 （ ） =理论电耗 （ （ 。 2+3 600=1 t 由此可得出 电炉的电效率 ： =1 2 出渣温度 对冶炼电耗的影响 研究 钛渣由于成分及结构特征具有明显的短渣特性，在温度高于其熔点时具有很好的流动性，而温度接近其 熔点时流动性迅速变差。实验室对酸溶性钛渣 （ 量 74%） 的 黏 度测试表明 当温度大于 1 640 时钛渣均具有很低的 黏 度，流动性能很好， 而目前的出渣温度均大于 1 670 。由图 1 可以看 出当 温度超过钛渣熔点时升温对其黏 度影响不大，因此此时继续升温只会 造成 能源的浪费，同时对炉衬的维护带来不利影响 。 图 1 钛渣温度与其 黏 度的关系 由前述计算可以看出，钛渣温度 对冶炼电耗具有直接影响，不同温度的钛渣其冶炼电耗计算结果见表 4。 表 4 不同钛渣 出炉温度 冶炼电耗测算 出渣温度 / 渣热焓 /应电耗 / 2 733 2 1 2 722 2 1 2 711 2 1 2 699 2 可以看出，钛渣冶炼电耗与出渣温度具有直接关系，钛渣出炉温度每降低 10 可降低 吨渣冶炼电耗约 6 前期研究表明，钛渣粘度是决定钛渣出炉温度能否降低的首要因素，而冶炼 过程 送电制度则决定了钛渣的最终出炉温度。 通过 对影响钛渣粘度的主要物质进行 研究 表明： 组分在钛渣中的含量越高越有利于降低 同一温度下 钛渣粘度，其中 量从 10%增加到 15%可使整体 熔 化性温度降低约20 ； 加到 2%可使整体 熔 化性温度降低约 30 ； 1%增加到 4%可使整体溶化性温度降低约 20 。 组分 含量的增加会使得 同一温度下 钛渣的粘度增加，其中 8%增加到 20%可使整体 熔 化性温度升高约30 ， 量从 2%增加到 6%可使整体溶化性温度升高约 9 。 可见钛渣 黏 度变化对 含量变化比较敏感，通过合理的手段控制钛渣中 对钛渣品位影响不大的条件下 有效降低钛渣出炉温度。 同时合理的控制冶炼过程的还原度也可以达到降低钛渣溶化性温度的目的。 黏度/（s）温度 / 攀 钢 技 术 11 3 出铁温度 对冶炼电耗的影响研究 生铁是 冶炼钛渣得到的副产品 ，正常情况下其碳含量在 2%左右，若硫含量增加还会导致其碳含量进一步降低。因此冶炼钛渣常将这种生铁称之为半钢 ，其 出 炉温度主要受 黏 度影响，而其 特定温度下的 黏 度主要与其碳、硫含量有关。 研究表明 碳含量在 2%左右的 半钢在 1 440 以上均有很好的流动性，不同温度的生铁其冶炼电耗计算结果见表 5。 表 5 不同 生铁 出炉温度 下 冶炼电耗测算 出铁温度 / 铁热焓 /应电耗 / 520 496 510 493 500 489 490 485 480 482 470 478 460 475 450 471 表 5 可以看出，钛渣冶炼 吨渣 电耗与出铁温度亦具有直接关系，但影响较小。出铁温度每降低 10 可降低冶炼电耗约 2 t。与钛渣一样，铁水 黏 度仍然是决定 其 出炉温度能否降低的首要因素 。 从 图及相关研究可以知道，铁水的 熔点 主要受其含碳量的影响 。铁水碳含量从 高至 2%可使其熔点降低约 90 。 通过前期大量 的生产试验发现，钛渣冶炼产生的铁水其碳含量和硫含量存在明显的反比关系（ 见 图 2），硫含量的多少直接决定铁水碳含量，过高的硫含量会直接导致铁水渗碳困难、熔点升高。 图 2 铁水碳含量和硫含量的关系 对 钛渣冶炼过程硫元素平衡调研发现，不同工艺、不同原料冶炼钛渣得到的生铁中硫的分配系数存在较大差异。这主要与电炉的气氛控制和原料的成分、结构特性有关。如：某密闭连续冶炼电炉采用氧化砂矿为原料冶炼钛渣，其设计值为原料中80%硫进入铁水，另有一 小型敞口电炉采用岩矿为原料冶炼钛渣，其设计值 为原料中 10%硫进入铁水。 对 攀枝花钛精矿半密闭电炉冶炼钛渣的硫元素平衡试验研究证明其生铁中硫含量占原料总硫含量的 35%45%。 由此可见，要降低铁水出炉温度首先必须保证其在较低的温度下仍具有合适的粘度。由于铁水中碳、硫的相互关系，要保证铁水的低温流动性必须要根据电炉工况条件控制合理的原料硫含量。 4 出渣出铁温度对综合电耗的影响 实际冶炼过程中由于冶炼终点控制和产品质量控制不同，出渣出铁温度有所区别。在生产过程中可根据 炉况和原料情况 进行不同渣铁温度控制，不同渣铁温度对应的冶炼电耗测算 见 图 3。 在钛渣冶炼过程 中，应针对渣铁的 成分、 性质有目的的降低其出炉温度从而达到降低冶炼电耗的目的。 图 3 出渣出铁温度和冶炼电耗关系 5 降低 出炉温度 试验 研究 在理论分析的基础上根据渣铁成分对其出炉温度和冶炼电耗的影响设计了相关试验 (见表 610)。 试验选取了攀枝花原生钛精矿为基础原料，以冶金焦丁作为还原剂。攀枝花钛精矿本身具有量较高的特性，这对降低出渣温度是有利的。但是其硫含量较高 不利于铁水的降温，因此本次 试验对该钛精矿进行了氧化处理。 2550 2545 2540 2535 2530 2525 2520 2515 2510 2505 2500 1520 1510 1500 1490 1480 1470 1460 1450 出铁温度 / 温度 1674 温度 1664 温度 1654 温度 1644 冶炼电耗/(含量/%试验炉次 12 201 5年第 38卷第 4期 试验共计冶炼 10 炉次，过程中通过对送电和加料制度的调整 ，合理的控制电极运行高度和运行时间，结合冶炼终点的合理判断取得了较好的冶炼指标。 试验证明通过原料控制和冶炼工艺制度的调整，可有效降低钛渣和铁水的熔点，使其具有在更低温度下出炉的前提条件。降低出炉温度可达到有效降低冶炼电耗的目的。 表 6 试验用钛精矿主要 组成 % 7 试验用 焦丁基本指标 % 固定碳 挥发份 灰份 S 水分 8 试验 中 钛渣 产品 平均指标 % 项目 验期 准期 9 试验 中 生铁 产品 平均指标 % 项目 C S P i 试验期 准期 10 钛渣冶炼出炉平均指标 项目 电耗 /(出渣温 度 / 出铁温度 / 试验期 2 664 1 436 基准期 2 696 1 517 6 结论 1） 电炉冶炼钛渣其渣、铁出炉温度对冶炼 吨渣 电耗具有 直接影响。计算表明，出渣温度每降低10 可降低冶炼电耗 6 t，出铁温度每降低10 可降低冶炼电耗 1.9 t。 2） 目前的钛渣和生铁在满足其流动性能的前提下均具备降低出炉温度的条件 。 3） 试验证明 ， 通过原料质量 控制和冶炼工艺制度 优化等措施可以实现 钛渣出炉温度降低32 ，生铁出炉温度降低 81 。冶炼炉前 电耗可降低 t， 对冶炼成本降低具有很好的意义。 参考文献 1 攀枝花资源综合利用办公室 . 攀枝花资源综合利用科研报告汇编 提钛工艺技术 G. 1986. 2 朱树民 . 关于降低电炉冶炼钛渣电耗的探索 J1988， (3). 编辑 余文华 收稿日期： 2015 马鞍