半钢脱硫及利用试验研究.docx
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半钢脱硫及利用试验研究
XXX学院本科毕业设计（论文）
半钢脱硫及利用试验研究
学生姓名：
学生学号：
院（系）：
材料工程系
年级专业：
材料科学与工程
指导教师：
高级工程师
助理指导教师：
高级工程师
二〇〇七年六月
摘要
XXX钛铁矿含硫化物，矿中的硫主要以铁的硫化物赋存。
其化合物有Fe2S3和FeS，最主要的是磁黄铁矿。
它在高温还原过程中分别要进入渣相和铁相，从硫的平衡相来看钛精矿带入炉内的硫占70%以上。
钛精矿含硫量将直接影响到铁、渣的质量，也影响了半钢的综合利用。
因此，本文对高钛渣冶炼半钢进行了脱硫试验研究。
结果表明：
在脱硫处理后，含硫量由0．263％减至0．020％；使用活性石灰造渣，半钢经脱硫处理后可用作炼钢生铁和铸造生产生铁，并有较好的经济效益。
研究了钛渣副产半钢的脱硫和合金化工艺，通过处理可将半钢加工成提钒冷却剂，球墨铸铁和铸造生铁或低碳生铁，具有较好的经济效益。
关键词半钢，脱硫，铸件，铸造生铁
ABSTRACT
Panzhihuailmenitecontainssulphides,whosesulfurintheoreispresentintheformofironsulfide,whichareFeSandFe2S3,andpyrrhotiteisthemainore.Inthereductionprocessunderhightemperature,theseironsulfidewouldbebringintoslagphaseandironphase.Fromthephasebalanceofthesulfur,sulfurbroughtintothefurnaceismorethan70%.Ilmenitecontainssulfur,whichwilldirectlyaffectonthequalityofironandslag,alsoonthecomprehensiveutilizationofsemi-steel.Theresultsshowed:
afterdesulfurization,thecontentofthesulfurdecreasedfrom0.263%to0.020%;throughproducingslagbyactivelyliminganddesulfurization,theproductscanbeusedaspigironforsteelmakingandcasting.Whatmore,theeconomicbenefitsfromthatisgreat.Thispaperstudiedthealloyinganddesulfurizationproccessofby-semi-steelabtainedfromtitaniaslag.Itisexpectedthatthesemi-steelwouldbeprocessedintosemi-vanadiumcoolant,castingironandductileironorlow-carboniron,withbettereconomicbenefits.
Keywordssemi-steel,desulfurization,casting,castingiron
目录
摘要..............................................................................................................................................I
Abstract……………………………………………………………………………….............Ⅱ
1绪论………………………………………………………………..…………………………1
1.1国外发展现状.....................................................................................................................1
1.2国内发展现状.....................................................................................................................2
1.2.1国内钛工业现状..........................................................................................................2
1.2.2国内钛工业存在的问题...............................................................................................3
1.3本课题研究的背景...............................................................................................................4
1.4硫对钢铁质量的危害..........................................................................................................5
1.5技术难点及市场状况..........................................................................................................5
2试验条件和方法.....................................................................................................................6
2.1试验原料..............................................................................................................................6
2.2主要试验设备......................................................................................................................6
2.3试验原理和试验方法..........................................................................................................6
2.3.1原理...............................................................................................................................6
2.3.2试验方法.......................................................................................................................7
2.3.3副产半钢的特性...........................................................................................................7
2.3.4钛渣副产半钢的利用...................................................................................................7
3试验过程..................................................................................................................................9
3.1半钢脱硫试验......................................................................................................................9
3.2半钢脱硫试验结果.............................................................................................................10
3.3试验结果分析....................................................................................................................11
3.4半钢炼钢冶炼过程的主要问题.........................................................................................11
3.5半钢处理成本及经济效益分析.........................................................................................12
3.6渣系中有效CaO含量分析...............................................................................................12
3.7两种流行渣系分析.............................................................................................................12
3.8Si含量影响分析..................................................................................................................13
4问题讨论.................................................................................................................................14
4.1脱硫过程的温降问题.........................................................................................................14
4.2半钢脱硫的影响因素.........................................................................................................14
4.2.1Ti02对脱硫的影响.......................................................................................................15
4.2.2炉温对脱硫的影响........................................................................................................15
4.3脱硫过程的铁损问题.........................................................................................................15
结论...............................................................................................................................................17
参考文献......................................................................................................................................18
致谢...............................................................................................................................................20
1绪论
1.1国外发展现状
国外钛工业的发展经历了5次大波动，主要受世界政治形势和经济形势变化的影响。
最近一次大波动主要受世界经济繁荣和东南亚金融危机的深刻影响，使主要用钛的民用飞机订货量急剧变化，从而影响了世界钛工业的产量，经过1999年、2000年的恢复，2001年世界钛生产和销售量大大增长。
目前钛工业已形成美、日、俄“三足鼎立”的局面，它们钛材产量占据钛材产量的85％左右[1-3]。
目前国外每年约生产1000万t钛矿（包括钛铁矿、金红石和白钛石等），其中84％是澳大利亚、南非、加拿大、乌克兰和挪威等五国生产的。
这些国家的矿床非常集中，都是特大规模的采矿和选矿，被几大公司所控制。
目前国外钛矿年需求量约为500万t（以矿中Ti02计），现有钛铁矿年产能力约为1000万t钛铁矿精矿和50万t左右天然金红石，供需基本平衡。
但随着钛白生产量逐年增加和旧矿山产量下降，因而还需要开发新矿山。
一些大公司分别在澳大利亚、南非、印度、肯尼亚和莫桑比克等投入巨资开发建设新矿山[4-6]。
加拿大魁北克铁钛公司（QIT）钛渣生产技术处于世界领先水平，钛渣生产能力为110×104t／a。
该公司生产技术的特点是采用密闭电炉冶炼，连续加料，电炉容量为24000～100500kVA，电炉烟气全部回收利用，副产物半钢用于生产优质生铁、钢坯、铁粉和钢粉[7-10]。
钛精矿冶炼钛渣的主要产品是钛渣和半钢，半钢的有效利用对提高钛精矿冶炼钛渣的整体经济性有重要影响。
因此，世界各大钛渣生产厂都十分重视副产半钢的综合利用。
如：
加拿大QIT将钛渣副产半钢在铁水包内用碳化钙将硫脱到0.008％以下，用石油焦增碳，然后在铸铁机中铸成生铁锭。
同时也将增碳脱硫后的铁水运至粉末工厂，加工成铁粉出售。
另外，QIT还将增碳脱硫后的半钢装入转炉冶炼成钢，一部分用于生产钢粉。
QIT副产半钢达75万t／a，除生产铁粉、生铁外，还生产普碳钢、钢粉等，产品结构为：
35.5万t钢，5.2万t铁粉，3.5万t钢粉和30万t铸造生铁[11]。
南非RBM用钛精矿冶炼钛渣，1986年生产钛渣60万t，产铁35.5万t，其铁水处理是根据用户的要求在铁水包中加入石灰、碳化钙、煤炭或其他添加剂进行增碳脱硫处理，加工成低锰生铁或其他生铁产品出售。
俄罗斯和乌克兰冶炼钛渣副产半钢，一般以非商品形式作为废铁送给黑色冶金厂，也有进行炉外脱硫、脱磷处理加工成无硫金属、铁铝合金和铁钛合金等。
国内钛渣生产已有五十多年的历史，钛渣生产厂家众多，但规模小（一般钛渣产能为年产几千吨）。
由于生产规模小，其副产半钢实际无法进一步深加工利用，因此半钢也就未能得到充分的利用,20世纪80年代曾进行过XXX钛精矿冶炼钛渣副产半钢的脱硫试验，可将铁水硫含量由0.368％脱至0.108％，但由于钛渣冶炼本身属于试验规模，没有进行深入系统的脱硫试验[12-13]。
1.2国内发展现状
中国虽然已形成了从钛矿采选、海绵钛制取到钛的熔炼、加工、钛部件和设备制造的完整工业体系，但生产能力和规模完全不能与美、日、俄“三大头”相提并论，在技术力量和生产设备方面也存在着较大差距。
1.2.1国内钛工业现状
我国钛矿资源，砂状钛矿（以Ti02计）为数千万吨；钒钛磁铁矿中Ti02总量数亿吨，其中钛铁矿（以Ti02计）约占1／5；金红石岩矿（以Ti02计）为数千万吨。
我国钛砂矿资源不是很丰富，按国外统计在世界第6位，砂矿质量也不如国外，矿床比较分散，尚未发现大型砂矿床，这对我国钛工业的发展是不利的。
我国现有钛白生产企业近60家，总计年产能约40万t，其中金红石型钛白年产能7万t；其余为锐钛型钛白和非颜料级钛白厂约50家，年产能30多万吨。
万吨级厂有22家，最大规模为2.3万t／a，最大装置规模为1.5万t／a。
生产方法只有锦州铁合金集团钛白厂一家采用氯化法，其余均为硫酸法[14-15]。
攀西地区有着丰富的钛资源，其储量位居世界钛资源前列。
通过冶炼钛渣得富钛原料已成为开发攀西钛资源的重要途径。
高钛渣冶炼过程实际上是一个除铁富集钛的过程。
得到两种产品：
主产钛渣和副产半钢。
半钢能否有效利用对提高钛精矿冶炼钛渣的整体经济性有着重要影响。
攀钢在建项目：
攀钢拟建的18万t／a钛渣冶炼厂，副产半钢约为9万t／a，直接铸锭出售，售价仅500元／t左右。
如果进行增碳、脱硫或合金化处理，加工成优质的低碳生铁、冶金生铁或铸造生铁出售，可将副产半钢由未处理的500元／t提高到1100元／t以上（QIT同类产品的售价为180美元／t），扣除处理成本，每吨产品的利润在450元左右，具有较大的经济效益和社会效益[16]。
XXX地区钛资源十分丰富，主要以钒钛磁铁矿形式存在，重点分布在四大矿区：
红格矿区、XXX矿区、白马矿区、太和矿区。
已探明的储量达8．7亿t（以TiO2计），占全国的90.5％，占世界的35％。
攀钢拥有一座年产能约为500万t的铁精矿选矿厂，年处理原矿约为1150万t。
铁精矿的品位一般为TiO212.9％。
其中XXX境内（主要包括兰尖铁矿和朱家包包铁矿）的TiO2储量为5.04亿t，占国内已探明储量的52％。
其中兰尖矿界内设计储量为30249.72万t，朱矿界内设计储量为18420.99万t。
XXX矿区钒钛磁铁矿原矿综合样的品位一般为TiO210％～表1.1XXX钒钛磁铁矿原矿化学成分（%）
元素
TFe
V2O5
Cr2O3
Co
Ni
Cu
S
P2O5
SiO2
Al2O3
CaO
MgO
TiO2
含量
32
0.3
0.03
0.02
0.01
0.02
0.6
0.1
21.2
9.1
6.5
6.4
10.3
12％，其他成分如表1.1所示。
1.2.2国内钛工业存在的问题
目前国内钛白生产与发达国家的差距：
一是生产技术落后，仍以硫酸法为主，硫酸法的工艺技术也较落后，特别是后处理技术很落后；二是生产规模小，工厂年产能平均7000t，一些企业只有几百吨；生产规模小，能耗高．产品质量差；三是原料品位低，直接以低品位钛铁矿为原料，矿源多变；三废量大，且影响产品质量的提高；四是产品档次低、品种少，国外以金红石型钛白为主，并有各种专用钛白产品，而我国则以未经表面处理的锐钛型为主，金红石型产量少，专用型产品更少，且产品存在白度差、消色力低、研磨分散性差等缺点。
因此造成供需矛盾十分突出，中低档产品生产过剩，高档产品依赖进口。
我国目前只有两家海绵钛厂，产能2800吨／年，其中遵义钛厂12000吨／年，抚顺钛厂5000吨／年。
这样的海绵钛产量不足以满足国内市场需求，而且缺口越来越大，这一点可以由表1.2得出结论。
表1.2国内海绵钛产量、消费量（吨/年）
年份
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
产量
1714
1485
645
1723
2129
2342
2250
1819
1951
2700
进口
2304
928
741
880
1325
1377
1408
1600
1500
2000
消费
4018
2413
1386
2603
3454
3719
3658
3419
3451
4700
我国钛资源丰富，已探明储量约占世界总量的一半，绝大部分集中在西南地区，这为我国钛工业发展提供了天时地利条件。
遵义钛厂在筹备扩建年产5000t海绵钛的新钛厂，到目前为止遵义钛厂12000吨／年，我国海绵钛生产具备一定规模，将有力促进我国钛工业发展。
在钛矿资源开发利用方面，XXX钛资源的利用已由试验研究阶段开始向产业化方向发展。
选钛厂原设计能力为年产5万吨，通过技术改造和扩建2001年已达到年产20万吨，并正在继续进行扩建，最终可望达到40万吨规模，成为我国最大的钛矿生产厂和重要的钛矿供应基地。
攀钢还正在按规划逐步实施建设大型化钛渣厂、人造金红石厂、氯化法钛白厂和金属钛厂，把攀钢建设成为钢铁钒钛基地。
承钢也在建设规模较大的选钛厂。
云南有丰富的内陆钛砂矿资源，近几年来钛矿的开采利用有了较快的发展，全省年产钛矿能力达数十万吨，成为我国5个主要钛矿供应地区之一。
海南、广东和广西省也开始采取措施将采选厂向规模化方向发展，以有利于保护资源、保护环境。
在制造富钛料的研究开发方面，盐酸法人造金红石产业化技术的研究已列入“十五”国家重点科技攻关计划，并正在顺利实施，可望通过研究提供一条适合我国钛资源特点和可大型化生产高品位富钛料的工艺技术路线。
四川攀西地区和河北承德地区拥有十分丰富的钒钛磁铁矿，按矿中TiO2含量计算总TiO2储量达数亿吨，但其中可以作为钛矿回收利用的只有粒状钛铁矿，它在原矿中的含量只有百分之几，其余大部分的含钛矿物是目前不具有利用价值的钛磁铁矿等。
钒钛磁铁矿不能单独作为钛矿开采，铁、钒、钛矿物综合开采利用，目前是从选铁尾矿中回收粒状钛铁矿，回收钛铁矿的产量显然受钢铁厂规模的限制。
综上所述，我国已发现的钛矿资源和当前小规模分散开采的局面，与钛和钛白生产向大型化方向发展是不相适应的。
实际上，在近几年钛白生产大幅度增产的情况下，已经出现了钛矿供不应求的局面，已经从澳大利亚、越南和朝鲜等国进口钛矿。
在发展钛工业的同时,附产半钢的技术开
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