钒钛铁矿的直接还原工艺

我国富有钒钛磁铁矿，特别是四川攀西地区的储量达到100亿吨以上。目前钒钛磁铁矿的利用途径主要是传统的“高炉—转炉”流程回收铁和钒，而钛则由于进入高炉渣，目前尚无合理手段回收利用，从而造成钛资源的浪费。采用直接还原技术冶炼钒钛磁铁矿，是实现铁、钒、钛资源综合利用的一个重要研究方向。近年来，攀钢集团公司对钒钛矿直接还原工艺开展了研究，取得了重要进展。

与普通矿不同，钒钛磁铁矿直接还原具有自己的特点，一是矿相结构复杂，含铁物相还原难度按Fe2O3、Fe2TiO5、Fe3O4、FeO、Fe2TiO4、FeTiO3、FeTi2O5顺序递增，且固溶MgO增加了还原的复杂程度和难度。二是贮存于2FeO·TiO2、FeO·TiO2和FeO·2TiO2中的铁较难还原，约占全铁含量的1/3以上，因而钒钛磁铁矿直接还原需要更高的还原温度、更好的还原气质量和更长的还原时间。三是还原过程中出现的膨胀和粉化现象比普通矿更严重。

攀钢的研究工作表明：采用回转窑、竖炉、流化床、焦炉式等设备进行直接还原钒钛磁铁矿，均存在着不同程度的工艺与设备难题，如回转窑结圈、竖炉结瘤等。相比之下，转底炉的工艺特性和设备特点能够很好地满足钒钛矿直接还原的要求，是钒钛矿直接还原及资源综合利用的较好选择。由于转底炉直接还原具有高温、快速的工艺特点和炉底与炉料相对静止不动的设备特点，能够缓解还原过程球团膨胀粉化的严重程度，降低球团强度的要求，从而获得更好的可操作性，使其能够满足钒钛磁铁矿直接还原要求，实现铁、钒、钛资源综合回收利用。攀钢现已建设年处理钒钛矿10万吨的直接还原转底炉试验生产线，以加快钒钛矿直接还原及钒钛资源综合利用的产业化进程。

转底炉是直接还原的关键设备，同时需要解决燃烧供热、传热和还原的问题。关键在高温还原二区，为了获得适宜的气氛组成、避免球团表面再氧化，二次空气的控制必须精确。另外，布料装置的设计采用振动给料，通过数学模型控制，确保扇形料面均匀。出料机构采用螺旋出料机，通过改进叶片的材质和连接方式提高使用寿命。对于转底炉的烟气余热，需设计回收利用系统，用于预热空气、煤气，干燥精矿和生球，降低能耗和生产成本。

目前，攀钢转底炉直接还原工艺所存在的主要问题是生产效率低，产能低。单一依靠设备大型化会带来设计、加工制造、运行操作和维护方面的种种困难；同时，受炉子燃烧供热和炉内辐射传热的限制，还原所需的气氛和球团受热的均匀性也难以保证。目前，研发的思路主要有两个，一是通过强制换热提高转底炉的热交换效率，达到提高生产率的目的；另一个是通过转底炉工艺的改进来提高料层厚度，进而提高生产效率。