專利名稱：插弧冶煉鈦鐵礦的方法
技術領域：
本發明涉及 一種用電弧爐冶煉鈦鐵礦的方法，特別是 一種冶煉鈦鐵礦用電 弧爐的爐蓋和用電弧爐冶煉鈦鐵礦的方法中插入爐內的電極頭與爐料之間的 位置關系及電極的移動。
背景技術：
用在電弧爐冶煉鈦鐵礦分離鈦和鐵時，是取鈦鐵礦和含有固定碳的還原劑 為原料，根據鈦鐵礦和還原劑的組成和含量，按比例混合均勻配制出爐料，把
爐料放在電弧爐內升溫、加熱到攝氏2000多度的高溫，爐料熔化成爐料液體， 并在高溫下保持一定長的還原時間，把還原后爐料液體放入礦車，冷卻后得到 分離的高鈦渣和鐵。電弧爐有爐體，爐體有具有下底的圓簡形外殼，外殼內的 下底和內圓周有用建筑材料、保溫材料和耐火材料砌筑成的爐底和圓簡形爐 墻，爐墻的上端有圓環形爐墻口，爐底有出料口，爐墻口的上方吊有可插入爐 體內腔的三個電極。在用電弧爐冶煉還原鈦鐵礦時，敞口的電弧爐不能保證爐 內的分離溫度和還原溫度，為了保證爐內的分離溫度和還原溫度，電弧爐在冶 煉分離鈦鐵礦時電弧爐口上應有爐蓋。由于電弧爐口較大，爐內的溫度較高， 現有技術中，還沒有能多次使用的鈦鐵分離電弧爐專用爐蓋，在用電弧爐冶煉 分離鈦鐵礦時，為了爐內保溫，冶煉時,在鈦鐵礦粉和含有固定碳的還原劑爐 料中加入一定量的瀝青，電弧爐加熱時，底層爐料內的瀝青在高溫下先行熔解、 揮發、燃燒，瀝青揮發、燃燒時產生大量的瀝青煙，瀝青煙是濃重的氣體，其 中大部分是0.1 ^m的焦油細霧粒，焦油細霧粒在溫度不高的上層爐料被吸附 下來一部分，吸附在上層爐料的焦油細霧粒因受熱可被碳化，上層爐料中碳化 的焦油細霧粒在加熱中與上層爐料結成一定厚度的殼體，在繼續的加熱中，上 層爐料結成的殼體強度和密實程度逐漸增強，成為封蓋在電弧爐口上的一次性 電弧爐蓋，該一次性電弧爐蓋具有一定的保持爐溫的作用，使鈦鐵礦能在電弧 爐實現鈦鐵的還原分離， 一次冶煉生產結東后要搗爐，搗掉的一次性電弧爐蓋, 落到爐里與新配制的粉狀爐料作為下一爐的爐料。為了使上述爐料里的瀝青生
成一次性電弧爐蓋，現有技術中，在用電弧爐冶煉還原鈦鐵礦分離鈦和鐵時， 是釆用埋弧冶煉法，埋弧冶煉法是在前一爐放料后，在爐底留有用于下一爐引弧用的少量的鐵，在每一爐的生產中，先把三個電極下端抵在爐底，搗掉的前 一爐的 一次性電弧爐蓋碎塊落入電弧爐內，在電弧爐內再加入新配制的粉狀爐 料，把電極埋在電弧爐蓋碎塊和新配制的粉狀爐料里，向電極通電引弧，電極 始終埋在爐料的條件下，加熱爐料，冶煉鈦鐵礦使鈦和鐵分離開來。這種埋弧
冶煉法有如下不足
1. 電極埋在爐料里，爐料從下部熔化，爐料里有前一爐搗爐后的塊狀爐 料和新配制的粉狀爐料，爐料的組成和形狀不均勻，形成的熔池不均勻，造成 電極浮動且不易控制，冶煉中電極位置和產品質量也很難控制，在冶煉時電耗
高，產品質量差；
2. 埋弧冶煉在啟動時，電極是用前一爐在爐底留下的鐵引弧，容易造成
爐底局部短時即達到高溫而損壞爐底，甚至擊穿爐底；
3. 為了生成一次性爐蓋在爐料內加入源青，必需用埋弧冶煉，這種冶煉
方法不僅增加成本，更重要的是極大地污染勞動環境和周圍環境， 一次性爐蓋 在生產中隨時可能崩裂、塌料，造成翻渣事故，具有極大的安全隱患，每爐料 冶煉結東后要搗爐，砸碎一次性爐蓋，勞動強度大、作業環境惡劣、使爐溫下 降， 一次性爐蓋的強度和保溫性能不好，冶煉能耗高，產品質量差。
在用電弧爐冶煉還原鈦鐵礦分離鈦和鐵的生產中，取消在爐料里加入瀝 青、釆用能多次使用爐蓋的密閉鈦鐵分離電弧爐進行鈦鐵礦分離，是目前鈦行 業生產中的一個亟待解決又難于解決的重大難題，是改進鈦鐵礦冶煉還原工藝 的重要前題。
發明內容
本發明的目的是為了克服上述不足，提出 一種在電弧爐冶煉還原鈦鐵礦分 離鈦和鐵時，單爐產量高，產品質量好，生產安全，節能、環保的插弧冶煉鈦 鐵礦的方法。
本發明是用如下方法實現的。
插弧冶煉鈦鐵礦的方法的發明方案是釆用在本發明中提出的可多次使用 的電弧爐爐蓋蓋在電弧爐的爐墻口上，得到密閉電弧爐，在密閉電弧爐用把電 極從上向下逐步插入爐料里的插弧法冶煉鈦鐵礦。
插弧冶煉鈦鐵礦的方法有如下步驟
1.取密閉電弧爐，密閉電弧爐有爐體，爐體有具有下底的圓簡形外殼， 外殼內的下底和內圓周有用建筑材料、保溫材料和耐火材料砌筑成的爐底和圓 簡形爐墻，爐墻的上端有圓環形爐墻口，爐底有出料口，爐墻口的上方吊有可 插入爐體內腔的三個電極，在爐墻口上蓋有可多次使用的電弧爐爐蓋，爐蓋上有與三個電極相配合的三個電極孔，
上述可多次使用的電弧爐爐蓋是以炭素材料顆粒和耐火材料顆粒為原料，
瀝青為粘結劑，經配料、混合、成型和焙燒后制成；
2. 取鈦鐵礦和含有固定碳的還原劑原料，根據鈦鐵礦和還原劑的組成和 含量，按比例混合均勻配制出爐料；
3. 把爐料從電極與電極孔之間的圓環形間隙投入電弧爐內；
4. 提起電極，讓電極下端電極頭抵在爐料上面，向電極通電，在較低的 電極電流下使電極之間引發電弧，把上層爐料熔化成液體，保持電極下端電極 頭與上層爐料熔化成的液體液面有10 50亳米的間隙，逐漸向下熔化爐料；
5. 隨著爐料逐步熔化，爐料的髙度逐漸下降，電極下端的電極頭與爐料 上面之間的間隙逐步增大，向爐內逐步插入電極，調節電極下端的電極頭與爐 料上面之間的間隙，讓電極下端電極頭保持與爐料上面有10~50毫米的間隙， 在逐步向爐內插入電極的同時，逐步提高電極電流，把爐內的爐料全部熔化成 爐料液體；
6. 在爐內的爐料全部熔化成爐料液體后，提高電極電流，使爐內的溫度 達到還原溫度，得到還原后爐料液體；
7. 把電弧爐內還原后爐料液體經爐底出料口放出，放出的爐料液體冷卻 后得到分離的高鈦渣和鐵。
本發明釆用密閉電弧爐冶煉鈦鐵礦，密閉電弧爐有可多次使用的電弧爐爐 蓋，冶煉時，電極下端的電極頭在爐料的上面引弧，讓電極下端的電極頭保持 在爐料上面10 50亳米的位置，隨著爐料的逐漸熔化和電極頭逐漸燒損，逐步
向爐內插入電極，同時逐步提高電極電流，直到把爐料全部熔化成爐料液體，
使組成和形狀均勻的爐料在穩定地條件下冶煉，得到的產品質量好，能耗低； 冶煉在啟動時，引弧均勻，不會在局部短時即達到高溫而損壞爐體；裝入爐內 的爐料可以全部熔化，單爐產量高；爐料里無需添加瀝青，生產過程中，沒有 大量有害煙塵排放，生產環境和周圍環境清潔，爐內熔煉條件穩定，爐料不結 殼，沒有塌料、翻渣現象，不用搗爐，勞動強度低，生產安全，是一種清潔、 安全、高效、節能、環保的鈦鐵礦冶煉方法。
本發明的爐蓋是以炭素材料顆粒和耐火材料顆粒為原料，瀝青為粘結劑， 經配料、混合、成型和焙燒后制成，爐蓋強度較高，耐高溫性能和保溫性能好, 可以多次在電弧爐冶煉中使用；在用電弧爐冶煉鈦鐵礦分離鈦和鐵時，因為有 本發明可以多次使用的爐蓋，才能保證本發明的清潔、安全、高效、節能、環 保的鈦鐵礦冶煉方法實施。下面結合實施例和附圖，對本發明作進一步地說明。
圖l是根據本發明的發明方案提出的 一種密閉電弧爐的主剖視示意圖2是制作鈦鐵分離電弧爐蓋用的爐蓋模具的主剖視示意圖3是圖2的俯視局剖示意圖。
圖1 圖3中，插弧冶煉鈦鐵礦的方法有如下步驟
(l)取密閉電弧爐l，密閉電弧爐有爐體2，爐體有具有下底3的圓簡形外 殼4,外殼內的下底和內圓周有用建筑材料、保溫材料和耐火材料砌筑成的爐 底5和圓簡形爐墻6，爐墻的上端有圓環形爐墻口 7，爐底有出料口 8,爐墻口 的上方吊有可插入爐體內腔的三個電極9，在爐墻口上蓋有可多次使用的電弧 爐爐蓋10，爐蓋上有與三個電極相配合的三個電極孔11，電極孔的內徑比電 極的外徑大25~50毫米，爐蓋的外圓周圍有圓環形水圈12，水圏上有吊運環 13,上述可多次使用的電弧爐爐蓋是以炭素材料顆粒和耐火材料顆粒為原料， 瀝青為粘結劑，經配料、混合、成型和焙燒后制成；
上述可多次使用的電弧爐爐蓋的制作方法有如下步驟
① 按電弧爐上口的尺寸用鋼板制做爐蓋模具15,爐蓋模具有凸面向上的球 冠形部分16，球冠形部分的周邊連有水平的圓環形邊沿17，圓環形邊沿的尺 寸與電弧爐口的爐壁上圓環面尺寸相配合，圓環形邊沿的外圓周邊連有圓環形 水圈18,水圈上有吊運環19，球冠形部分上有與電弧爐上的電極相配合的三 個圓孔20，圓孔的內徑比電極的外徑大25 50亳米，圓孔的孔口上部分別有圓 簡21,圓簡的軸線22、與球冠形部分的底面圓所在平面23相垂直；
② 按質量百分數計分別取40%~50%的炭素材料顆粒，30%~40%的鎂碳磚 顆粒，15% 20%的新青，
上述炭素材料顆粒是粒徑1~5亳米的冶金焦顆粒、石油焦顆粒中的一種或 冶金焦顆粒與石油焦顆粒以任意比例混合的混合焦顆粒，也可以是上述冶金焦 顆粒、石油焦顆粒或混合焦顆粒與粒徑1 5亳米的石墨顆粒混合的石墨焦顆粒， 石墨焦顆粒中石墨顆粒的質量百分數是8 12%,
上述鎂碳磚顆粒是粒徑小于30毫米的用新鎂碳磚粉碎后的顆粒或用廢舊 鎂碳磚粉碎后顆粒，
上述瀝青是煤瀝青、石油瀝青中的一種或煤瀝青與石油瀝青以任意比例混 合的混合瀝青；
③ 把上述按量取出的炭素材料顆粒和鎂碳磚顆粒混合均勻，得到骨料顆 粒，把骨料顆粒加熱到10(TC 30(TC，在骨料顆粒內加入上述按量取出的瀝青，混合均勻，得到瀝青混凝土；
④ 把爐蓋模具放到電弧爐口上，圓環形邊沿在電弧爐口的爐墻口圓環面 上，球冠的凸面朝上，把瀝青混凝土攤放到爐蓋模具上，讓爐蓋模具面上的瀝
青混凝土的厚度是250~350毫米，把新青混凝土在爐蓋模具上夯實、表面拍平， 得到爐蓋予制件；
⑤ 在電弧爐內加入爐料，把電極從電極孔插入，通電加熱爐料，讓爐內升
溫加熱焙燒爐蓋予制件，焙燒爐蓋予制件時，把爐蓋予制件先在30(TC 40(TC 的溫度下焙燒5 10個小時，再在600。C 70(TC的溫度下焙燒IO個小時，得到 可多次使用的電弧爐爐蓋。
(2) 取鈦鐵礦和含有固定碳的還原劑原料，根據鈦鐵礦和還原劑的組成和含 量，按比例混合均勻配制出爐料；
(3) 把爐料從電極與電極孔之間的圓環形間隙投入電弧爐內；
(4) 提起電極，讓電極下端電極頭抵在爐料上面，向電極通電，在較低的電 極電流下使電極之間引發電弧，把上層爐料熔化成液體，保持電極下端電極頭 與上層爐料熔化成的液體液面有10 50毫米的間隙，逐漸向下熔化爐料；
(5) 隨著爐料逐步熔化，爐料的高度逐漸下降，電極下端的電極頭與爐料上 面之間的間隙逐步增大，向爐內逐步插入電極，調節電極下端的電極頭與爐料 上面之間的間隙，讓電極下端電極頭保持與爐料上面有10 50亳米的間隙，在 逐步向爐內插入電極的同時，逐步提高電極電流，把爐內的爐料全部熔化成爐 料液體；
(6) 在爐內的爐料全部熔化成爐料液體后，提高電極電流，使爐內的溫度達 到還原溫度，得到還原后爐料液體；
(7) 把電弧爐內還原后爐料液體經爐底出料口放出，放出的爐料液體冷卻后
得到分離的高鈦渣和鐵。
在上述插弧冶煉鈦鐵礦的方法的步驟(5)和步驟(6)之間， 一次裝入爐內的爐
料全部熔化成爐料液體后，爐料液體體積縮小，還可以從電極與電極孔之間的 圓環形間隙間歇地向電弧爐內補充投入爐料，待一次裝入爐內的爐料和補充投 入的爐料全部熔化成液體后，提高電極電流，使爐內達到還原溫度，得到還原 后爐料液體。由于在冶煉中，可以很方便地補充投入爐料，進一步使單爐的產 量提高，綜合能耗降低，提高生產效率。
權利要求
1.一種插弧冶煉鈦鐵礦的方法，包括先取電弧爐，電弧爐有爐體，爐體有具有下底的圓筒形外殼，外殼內的下底和內圓周有用建筑材料、保溫材料和耐火材料砌筑的爐底和圓筒形爐墻，爐墻的上端有圓環形爐墻口，爐底有出料口，爐墻口的上方吊有可插入爐體內腔的三個電極，然后取鈦鐵礦和含有固定碳的還原劑原料，根據鈦鐵礦和還原劑的組成和含量，按比例混合均勻配制出爐料，最后把電弧爐內還原后爐料液體放出，放出的爐料液體冷卻后得到分離的高鈦渣和鐵，其特征在于(1)電弧爐的爐墻口上蓋有可多次使用的電弧爐爐蓋，所述爐蓋上有與三個電極相配合的三個電極孔，電極孔的內徑比電極的外徑大25～50毫米，上述爐蓋是以炭素材料顆粒和耐火材料顆粒為原料，瀝青為粘結劑，經配料、混合、成型和焙燒后制成，(2)在然后步驟與最后步驟之間，還有如下步驟①把爐料從電極與電極孔之間的圓環形間隙投入電弧爐內；②提起電極，讓電極下端電極頭抵在爐料上面，向電極通電，在較低的電極電流下使電極之間引發電弧，把上層爐料熔化成液體，保持電極下端電極頭與上層爐料熔化成的液體液面有10～50毫米的間隙，逐漸向下熔化爐料；③隨著爐料逐步熔化，爐料的高度逐漸下降，電極下端的電極頭與爐料上面之間的間隙逐步增大，向爐內逐步插入電極，調節電極下端的電極頭與爐料上面之間的間隙，讓電極下端電極頭保持與爐料上面有10～50毫米的間隙，在逐步向爐內插入電極的同時，逐步提高電極電流，把爐內的爐料全部熔化成爐料液體；④在爐內的爐料全部熔化成爐料液體后，提高電極電流，使爐內的溫度達到還原溫度，得到還原后爐料液體。
2. 按權利要求l所述的插弧冶煉鈦鐵礦的方法，其特征是所述的可多次使用的電弧爐爐蓋是按如下步驟制作的電弧爐爐蓋(l)按電弧爐上口的尺寸用鋼板制做爐蓋模具，爐蓋模具有凸面向上的球冠形部分，球冠形部分的周邊連有水平的圓環形邊沿，圓環形邊沿的尺寸與電弧爐口的爐壁上圓環面尺寸相配合，圓環形邊沿的外圓周邊連有圓環形水圈，球冠形部分上有與電弧爐上的電極相配合的三個圓孔，圓孔的內徑比電極的外徑大25 50毫米，圓孔的孔口上部分別有圓簡，圓簡的軸線與球冠形部分的底面圓所在平面相垂直；(2) 按質量百分數計分別取40%~50%的炭素材料顆粒，30% 40%的鎂碳磚顆粒，15% 20%的瀝青，上述炭素材料顆粒是粒徑1 5亳米的冶金焦顆粒、石油焦顆粒中的 一 種或冶金焦顆粒與石油焦顆粒以任意比例混合的混合焦顆粒，也可以是上述冶金焦顆粒、石油焦顆粒或混合焦顆粒與粒徑1 5毫米的石墨顆粒混合的石墨焦顆粒，石墨焦顆粒中石墨顆粒的質量百分數是8 12%，上述鎂碳磚顆粒是粒徑小于30亳米的用新鎂碳磚粉碎后的顆粒或用廢舊鎂碳磚粉碎后顆粒，上述瀝青是煤瀝青、石油瀝青中的 一種或煤瀝青與石油瀝青以任意比例混合的混合新青；(3) 把上述按量取出的炭素材料顆粒和鎂碳磚顆粒混合均勻，得到骨料顆粒，把骨料顆粒加熱到100°C~300°C，在骨料顆粒內加入上述按量取出的瀝青，混合均勻，得到瀝青混凝土；(4) 把爐蓋模具放到電弧爐口上，圓環形邊沿在電弧爐口的爐墻口圓環面上，球冠的凸面朝上，把新青混凝土攤放到爐蓋模具上，讓爐蓋模具面上的新青混凝土的厚度是250 350亳米，把瀝青混凝土在爐蓋模具上夯實、表面拍平，得到爐蓋予制件；(5) 在電弧爐內加入爐料，把電極從電極孔插入，通電加熱爐料，讓爐內升溫加熱焙燒爐蓋予制件，焙燒爐蓋予制件時，把爐蓋予制件先在300。C 40(TC的溫度下焙燒5~10個小時，再在600。C 70(TC的溫度下焙燒10個小時，得到可多次使用的電弧爐爐蓋。
3.按權利要求1或2所述的插弧冶煉鈦鐵礦的方法，其特征是:所述的步驟③和步驟④之間，有從電極與電極孔之間的圓環形間隙向電弧爐內補充投入爐料的步驟。
全文摘要
插弧冶煉鈦鐵礦的方法，有如下步驟取有可多次使用的電弧爐爐蓋的密閉電弧爐，從電極與電極孔之間的圓環形間隙投入爐料，讓電極頭抵在爐料上面，在較小的電極電流下引弧熔化上層爐料，然后保持電極頭與爐料有10～50毫米的間隙向爐內逐步插入電極，在逐步向爐內插入電極的同時，逐步提高電極電流，把爐內的爐料全部熔化成爐料液體，提高電極電流，使爐內達到還原溫度，得到還原后爐料液體，放出爐料，冷卻后得到分離的高鈦渣和鐵。本發明采用密閉電弧爐插弧冶煉鈦鐵礦，冶煉條件容易穩定控制，產品質量好，能耗低，單爐產量高，是一種清潔、安全、高效、節能、環保的鈦鐵礦冶煉方法。本發明的爐蓋強度較高，耐高溫性能和保溫性能好，可以多次使用。
文檔編號C21B11/10GK101660016SQ20091018760
公開日2010年3月3日 申請日期2009年9月25日 優先權日2009年9月25日
發明者姜雨臣, 立 孫, 尹昭翔, 韓東洋 申請人:鐵嶺龍鑫鈦業新材料有限公司