空心电极密闭直流高钛渣炉简介

密闭直流电炉空心电极连续加料

高钛渣生产工艺

一、概述

高钛渣（High Titania Slag）是经过物理生产过程而形成的钛矿富集物俗称，通过电炉加热熔化钛矿，使钛矿中二氧化钛和铁熔化分离，从而得到二氧化钛高含量的富集物。高钛渣既不是废渣，也不是副产物，而是生产四氯化钛、钛白粉和海绵钛产品的优质原料。

二、应用领域

1. TiO2含量大于90％的高钛渣可以作为氯化法钛白的生产原料。

2. TiO2含量小于90％的高钛渣是硫酸法钛白生产的优质原料。

三、国内高钛渣技术发展概况

我国钛资源比较丰富，除少量钛铁砂矿外，主要以钛铁岩矿为主，国内钛铁岩矿的缺点是品位低，杂质含量高，不能直接满足氯化法钛白对原料的要求，仅适宜作硫酸法钛白的原料。由于硫酸法钛白生产过程中产生大量难以治理、污染环境的“三废”，近年来全球硫酸法钛白产能急剧萎缩。随着我国氯化法钛白以及海锦钛工业的快速发展，对高品位富钛料的需求日益增加。因此，寻求经济合理的钛原料处理方法，将我国丰富的钛铁矿资源加工成富钛料是我国钛白和钛材产业发展的当务之急。

国内钛渣生产自50年代起，至今已有半个世纪，原主要生产厂家是遵义钛厂、阜新冶炼厂，厦门冶炼厂以及宣化冶炼厂等。近年来云南武定、禄丰、富民、楚雄以及攀枝花地区陆续建设了许多中小钛渣冶炼厂，其中多数钛渣厂的电炉由铁合金炉和电石炉改建而成。

我国钛渣整体生产技术落后，冶炼设备的特点是小型炉子多，大型炉子少，没有特大型炉子。炉型以敞口式电弧炉为主，渣和铁从同一出口排出，生铁不经处理即出

售。原料选用钛精矿直接入炉冶炼，人工捣炉，间断加料，间断出炉，煤气点火排空。变压器功率介于400～7000kV A之间。国内钛渣冶炼工艺水平决定了钛渣生产规模小、效率低、能耗高、环境差、冶炼操作不稳定。

目前国内大多数钛渣生产厂采用的是敞口电炉一次加料冶炼工艺。这种冶炼工艺存在着炉况不稳、翻渣结壳、经常塌料、电流波动大、劳动条件差、粉尘飞扬、物料损失严重、收率低等缺点，与国外钛渣生产工艺相比，无论在规模、产量、质量方面都有很大差距。而且我国绝大多数钛渣生产厂没有综合利用半钢，原因是生产规模小，无法经济合理利用。

四、国内钛渣生产存在的问题及改进措施

1、国内钛渣生产存在的问题

国内钛渣生产存在的问题，主要是由于采用敞口电炉一次加料生产工艺造成的。

⑴环保方面

敞口电炉一次加料工艺的污染严重、热辐射高、操作环境恶劣主要体现在：

①废气及粉尘污染——敞口电炉炉气直接从炉口和电极周边溢出，未经过任何除尘净化措施，直接排入空气，造成炉前粉尘大，空气污染严重，工人操作环境恶劣。

②热辐射高——因采用敞口电炉，炉膛热量直接从炉口散出，操作现场温度高，电炉热损失大。

③噪声大——敞口电炉在反应熔炼时产生很大的噪声，严重影响工人身体健康。

⑵生产工艺方面

敞口电炉的炉膛容量小，排渣时渣铁不能分排，需要在炉外进行渣铁分离，排渣时间长，每次的排渣量不容易控制，影响电炉产量；渣铁靠自然冷却，铁中含有大量的杂质，给铁的综合利用带来很多不便；每次排渣后，炉内温度下降快，当下一炉的生料加入后，需要焙烧一段时间以提高炉温，因此增大了耗电量。

⑶电耗方面

敞口电炉容量小，变压器功率介于400～7000kV A之间。敞口电炉炉内反应激烈，电极频繁提升，冶炼时排放大量炉气，无法综合利用，平均电耗在3000kWh/t以上。

2、改进措施

密闭直流电炉空心电极连续加料开弧冶炼的方法冶炼高钛渣，是目前世界上最为先进的高钛渣冶炼方法。沈阳东大科技有限责任公司可以为您提供这种密闭直流电炉空心电极连续加料开弧冶炼的方法冶炼高钛渣的工艺和设备。

密闭电炉可以做到较大容量，热损失减少；可以实现连续加料，无需进行繁重的

捣炉作业，有利于环境保护和劳动条件的改善；冶炼操作在密闭的还原性气氛下进行，避免了电极的高温氧化和还原剂的氧化烧损；反应相对平稳，易于自动控制；渣铁分开排出，易于对渣铁进行分别处理，提高了TiO2回收率；炉况稳定，基本上消除了因电流波动大而引起的短路跳闸现象，有利于安全操作；可以回收利用电炉煤气，减少能源消耗，减少环境污染。密闭电炉与敞口电炉性能对比见表1。

表1 敞口电炉与密闭电炉性能对比

五、密闭电炉高钛渣生产工艺流程

密闭电炉高钛渣生产工艺流程由于原料入炉方式不同而略有差异。下图为沈阳东大科技有限责任公司研发的密闭直流电炉空心电极粉料连续入炉生产工艺流程图。

从密闭直流电炉中空电极粉料连续入炉工艺流程图容易看出：

⑴原料中无需沥青作为黏合剂，炉烟气中不含焦油成分；炉膛密闭，无外部空气进入，烟气量小，除尘设备负担小。

⑵密闭电炉富含一氧化碳的高温烟气，直接用来干燥矿粉，降低矿粉中的水分，充分利用了烟气的热量，比敞口炉的潮矿入炉减少了电能消耗。

⑶粉料连续入炉，省去繁重的捣炉作业，减轻了劳动强度，改善了工作环境。

⑷密闭电炉无外部空气进入，冶炼操作在密闭的还原性气氛下进行，避免了电极的高温氧化和还原剂的氧化烧损。可以节省电极50%以上。

⑸粉料入炉，原料（钛矿粉）和还原剂（煤炭）均为粉末，表面积增大。物料直接进入熔池，在液态下进行还原反应，还原反应充分，反应速度加快。

⑹直流电炉炉膛的深/径比大于交流电炉的深/径比，即相同容量直流电炉的炉膛比交流电炉深好多，更容易实现渣、铁分别出炉。

图1. 密闭直流电炉空心电极粉料连续入炉生产工艺流程图

⑺直流电炉炉膛深/径比大，炉膛表面积小，比交流电炉节省炉衬材料，比交流电炉表面热损失小。

⑻直流电炉炉底作为导电电极，使电弧引向炉底，直流电流对熔池具有上下运动的电磁搅拌作用，使熔池上下层温度均匀，大大改善金属氧化物高温还原反应的热力学和动力学条件，同时直流电流具有熔盐电解作用，有利于金属氧化物的还原反应，因此比交流电炉节电10%～20%。

⑼直流电炉的顶电极位于炉膛中心，产生的电弧对炉衬的高温辐射烧损小，故炉衬材料的消耗降低，使用寿命延长。

⑽直流电炉二次侧短网和熔池内无感抗影响，且无电流集肤效应和邻近效应，电网供给的交流电通过24脉整流，电压脉动系数减少，产生的高次谐波极弱，对电