低频冶炼技术在6300kVA半密闭式钛渣电炉上的应用

低频冶炼技术

在6300kVA半密闭式钛渣电炉上的应用

余代权

(甘肃力兴钛业有限公司,甘肃临夏731601)

摘要:介绍了钛渣冶炼生产的特性及技术现状,针对工频及直流冶炼存在的缺点,引入低频冶炼技术的原理,并在

6300kVA半密闭式钛渣电炉上应用。实践证明,低频冶炼技术特别适应于钛渣生产过程的冶炼特性,是钛冶炼行业的

一项重大技术创新。

关键词:低频冶炼;钛精矿;钛渣;电炉熔炼;半密闭式钛渣电炉

中图分类号:TF823文献标识码:B文章编号:1002-1752(2010)09-60-0

App lica ti on of lo w-frequency s m elti ng technol ogy

i n th e6300kVA se m i-herm etic titan i u m sl ag furnace

Y U Da i-quan

(Ga nsu Lixi n g T itanium Co.,Ltd.,Linxia731601,China)

A bs tract:The paper descri b es t he characteri sti cs of ti tan i um s l ag s m elti ng and tec hn ical stat u s.For the frequ ency and DC s m elti ng s hortco m i ngs,t he l o w-frequen cy s m el ti ng technol ogy i s i n troduced i n se m i-her m etic ti tan i um s l ag f u rnace6300kVA.Practi ce has proved that l o w-frequen cy s m elti ng technolo2 gy i s parti cu l arl y adapted t o t he s m el ti ng of tit aniu m slag produ cti on process characteri sti cs,am aj or tec hno l og i cal i nnovation i n ti tan i um s m elti ng i ndustry. K ey word s:lo w-frequency s m elti ng;titan i um ore;tit an i um s l ag;electri c f u rnace and s m elti ng;s e m i-her m etic ti tan i um slag f u rnace

前言

钛渣是以钛精矿为原料通过电炉冶炼的一种含T i O2较高的富钛料。钛渣与人造金红石、天然金红石都是生产钛白粉、海绵钛和电焊条的主要原料,在世界富钛料生产中占主导地位。原因是生产工艺简单,设备易于大型化,副产品生铁可回收利用,"三废"少且易于治理。钛渣按其用途可分为酸溶渣(T i O275%~85%)和高钛渣(也称氯化渣T i O2\ 90%)两种,酸溶渣适合硫酸法生产钛白,氯化渣适合氯化法生产钛白和海绵钛。

近年来,随着氯化法钛白及海绵钛生产的迅速发展,对高品位富钛料的需求量日益增长。目前,我国已建成和在建氯化法钛白粉项目总产能已达60万吨/年,在建项目在未来1年~2年内将陆续投产;截止2008年底,我国已建成具备生产条件海绵钛产能达7.1万吨/年,目前在建海绵钛项目产能11万吨/年,将于2011年前陆续投产,至2012年,预计我国海绵钛产能将超过15万吨/年。预计未来几年,我国对高钛渣的需求将超过150万吨/年,加上对酸溶渣的需求,对钛渣的年需求量将超过300万吨以上。

目前全国拥有钛渣电炉60多台,是世界上拥有钛渣电炉台数最多的国家,多数电炉为400kVA~ 7000kV A敞开式电炉,少数为半密闭式电炉,生产T i O2\90%高钛渣,生产能力约20万吨/年;最大的电炉容量25500kVA,但仅能生产T i O2[85%的钛渣。

我国钛渣生产的特点是:电炉台数多、容量小、产量低、技术落后;除少数在建电炉外,基本上是二十世纪七十年代、八十年代的技术水平,与世界发达国家相比存在较大的差距,钛渣的生产己成为了制约我国钛工业进一步发展的限制性环节。因此,探索新的钛渣冶炼工艺及设备,加快我国钛渣产业生产技术水平的提高,满足我国钛白和钛材发展对钛渣的需求,对促进我国钛工业整体水平的全面提高具有重要的意义。

1钛渣的冶炼特性及技术探讨

1.1钛渣冶炼特性[1]

生产实践表明,钛精矿的还原熔炼与各种铁合

金和其它有色金属矿的冶炼过程有很大的差异。这一差异,既受到熔炼过程间歇性的制约,也受到熔炼过程物料高导电性和其粘度在接近熔点温度时而剧增特性的制约,且这些性能在熔炼过程中随其组成的变化而发生剧烈变化。钛铁矿在常温及熔化状态下具有较大的电导率,在常温及固体状态时为0. 1KS/m~1.0KS/m,在1500e时为2.0KS/m~2. 5KS/m,在1800e时为5.5KS/m~6.0KS/m。钛渣的电导率比普通冶金炉渣的电导率高数十倍甚至几百倍,电导率高达15KS/m~20KS/m,且随熔体组成的变化而变化。同时,由于炉料的还原温度与熔化温度之间的温差达到500e以上,便决定了冶炼钛渣的炉况既不是单纯的矿热炉冶炼也不是单纯的电弧炉冶炼,而是由冶炼初期的矿热炉逐步过渡到电弧炉的综合过程,这一综合过程可概括为矿热炉、矿热炉-电弧炉复合体、电弧炉三阶段。

钛渣生产每炉次熔炼周期是从捣炉、投料、送电开始的,熔炼初期由于捣入炉膛的熟料中铁氧化物仅有部分还原,其铁金属化率约30%,而炉膛温度也由于停电捣炉和新料加入,由出炉时约1600e以上下降到1000e左右,加之此时炉料含Fe O很高,钛的低价氧化物和碳、氮化物尚未生成,因此熔炼开始的熔池电阻较高。此时炉料呈固态堆积充满炉膛,电极插入料层内,三相电极平衡,输入电流较小且稳定,呈现出典型的埋弧特征。

随着炉内温度的升高,特别是当温度超过1200e时,铁的金属化率大增,炉料电阻率迅速下降,加之渣液相的生成,而钛渣的电导率又高,故而迫使电极上抬,同时形成了以电极为中心的反应区,而这在炉内料堆末熔化完全之前具有明显的坩埚特征。炉料熔化与还原期的时间虽不长,却是操作困难期。由于三个坩埚熔池是分隔的,加上坩埚与料壁的电阻率相差悬殊,使电流流经路线电极y坩埚熔池y未熔化炉料y坩埚熔池y电极的电阻随时间而变化;其次是坩埚熔池的固体炉料经常会塌陷落入熔池而引起激烈的反应导致渣沸腾,而且这种"塌料-渣沸腾"又是无规律的。由于这两个方面的原因,造成三相电阻、电流失去平衡,电极上下频繁窜动,甚至发生短路跳闸。

当炉温升至1500e以上时,原三个独立的熔池坩埚迅速扩大并形成连通的反应区。这时炉内液面平稳,三相电阻平衡,从此可以顺利实现大电流操作,并大部分转换成电弧热,呈现出典型的电弧过程特征。

在钛渣电炉中整个钛渣冶炼过程有如下特征:

(1)钛的氧化物由强有力的化学键联接,必须有很强的能量才能破坏它。在冶炼过程中形成低价钛氧化物,会使还原铁氧化物变困难,而这一过程是非常复杂的。

(2)钛渣熔化的温度比钛铁矿高,为了保证还原和保持高温熔体,必须采用相当大的功率密度,当冶炼1小时~2小时后,随着熔体电导率增加,电炉逐渐进入开弧冶炼。

(3)在熔融过程中,低价钛增加,铁氧化物减少,冶炼温度、粘度和电导率增加。

(4)钛渣在形成固体时快速结晶,被称为短渣,钛渣熔体有很强的结晶能力,使钛渣在很窄的温度范围内结晶,随着钛和低价钛的含量增加,结晶的能力增加。

(5)冶炼过程电流不平稳,波动频繁,翻渣现象严重。

1.2技术探讨

由于钛渣冶炼具有以上特性,生产技术难度大,目前掌握钛渣生产先进技术的公司主要有:加拿大Q I T公司、南非RB M公司、挪威T i n f os公司及乌克兰国家钛研究院等。目前国内外普遍采用工频交流电弧熔炼钛渣,而南非矿冶技术公司(M i n tek)则采用直流电弧炉冶炼钛渣技术。我国攀钢集团引进乌克兰三相交流密闭电炉冶炼钛渣技术建设年产18万吨钛渣项目,云冶集团则引进了南非的直流冶炼生产钛渣技术建设年产8万吨钛渣项目。需要指出的是,国外先进的钛渣冶炼技术无论是三相或六相交流密闭钛渣电炉,还是直流密闭钛渣电炉,都只能生产T i O2品位[85%的酸溶渣,无法冶炼T i O2品位\90%的高钛渣。

国内钛渣电炉主要采用工频50H z三相交流电源供电,在生产中存在以下缺点:¹由于电炉是低电压大电流负载,短网上的电抗压降较大(约是额定电压10%~20%)。其一方面降低了入炉功率,又使电极上的电压波动增加,难以掌握炉况,降低电炉的功率因数。º由于/趋肤效应0在电极上表现得尤为明显,使得电极表面过烧,外部烧损严重,电极呈毛笔尖状,导致电极底部电流密度增大,电极损耗加重。»由于压降较大,以及短网布置结构难以做到三相均衡,因此炉内的三个电极就会出现/强项0和/弱项0,使热量分布不均,偏弧现象严重,影响冶炼效果。

直流电弧炉在铁合金生产中的出现,为钛渣生