碳化钛生产设备及方法技术

本发明专利技术提供了一种碳化钛生产设备及方法，碳化钛生产设备为一体炉，该一体炉具有炉壳及由炉壳围绕形成的炉腔；炉腔的顶部设置有第一加料口，用于加入钛渣及含碳物料的预制体；炉壳和炉腔的夹层内设置有电磁感应单元，用于使预制体感应生热以进行碳化反应，生成碳化钛。本发明专利技术通过电磁感应供热的方式有效实现了钛渣高温碳化，各段感应磁场强度可调控，碳化后物料不需要切割，物料碳化过程中与电路系统不接触，碳化效率较高，且对材料材质要求较低。且对材料材质要求较低。且对材料材质要求较低。

【技术实现步骤摘要】
碳化钛生产设备及方法


[0001]本专利技术涉及钛冶炼领域，具体而言，涉及一种碳化钛生产设备及方法。

技术介绍

[0002]钛资源目前主要被用于生产钛白粉、海绵钛及钛材，其中90％的钛资源被用于生产钛白粉，仅有少量用于生产海绵钛、钛材和其他钛酸盐产品。现行生产钛白粉的主要方法为硫酸法和氯化法，世界60％的钛白粉为氯化法产出，而我国则以硫酸法为主导。硫酸法技术难度小，对原料杂质要求低，但产出的钛白粉品质较差，且会产出大量废物，环境污染严重，工艺流程长，工艺复杂；氯化法对原料中钛品位要求较高，相应技术要求也较高，但具有生产效率高、环境污染小、自动化程度高等优点。
[0003]现有工业化应用的钛渣利用方法是以硫酸法制钛白粉、氯化法制钛白粉、氯化+镁还原法制海绵钛(克劳尔法)等三种方式为主。其他钛渣利用的方法，如氧化钛还原法、卤化钛还原法、电解还原法、碘化法、高温碳化
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低温氯化法等，均处于理论研究及试验验证阶段，且各种工艺处理的含钛原料差异较大，均未形成大规模稳定可行的工艺路线。
[0004]其中，高温碳化
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低温氯化法可处理TiO2品位较低的含钛高炉渣，对于现存大量低品位钛渣的利用具有重要意义。该方法主要针对攀枝花熔融含钛高炉渣(TiO2＝20
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25％)，在碳化炉内使炉渣中TiO2碳化形成TiC，利用TiC在低温(500
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600℃)条件下易被氯化的特点，选择性实现钛的氯化，而减少其他炉渣组分的氯化。
[0005]但是，上述高温碳化过程主要存在以下问题：(1)碳化过程需在高温熔融态下进行，所处理原料仅限于含TiO2为20
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25％熔融态高炉渣，无法处理大量堆存含钛高炉渣及其他工艺产出的含TiO2更高的钛渣；(2)碳化冶炼过程要维持炉渣良好的流动性，炉渣初始TiO2和终态碳化率不宜过高，该工艺钛的回收率不高；(3)熔融态熔池产生大量泡沫渣，冶炼操作难度较大；(4)碳化过程产生大量含CO的高温烟气，其中蕴含较多化学能和热能，工艺电耗较高；(5)熔融态炉渣对炉衬侵蚀较为严重，炉体寿命较短，运行成本较高。
[0006]故而，有必要提供一种新的钛渣处理方法，使其可以改善上述问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的主要目的在于提供一种碳化钛生产设备及方法，以解决现有技术中在处理钛渣时存在的钛渣原料要求高(仅限于含TiO2为20
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25％)、钛回收率较低、操作难度大、能耗高且成本高等问题。
[0008]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种碳化钛生产设备，碳化钛生产设备为一体炉，一体炉具有炉壳及由炉壳围绕形成的炉腔；炉腔的顶部设置有第一加料口，用于加入钛渣及含碳物料的预制体；炉壳和炉腔之间具有一夹层，其内设置有电磁感应单元，用于使钛渣和含碳物料的预制体感应生热以进行碳化反应，生成碳化钛。
[0009]进一步地，电磁感应单元包括水冷感应线圈和与其电连接的电源；优选地，电源的频率为150～2500Hz；优选地，水冷感应线圈盘绕设置在夹层内；且水冷感应线圈的匝数为
10～50匝/m，电磁感应单元的加热功率为100～1000KWh。
[0010]进一步地，将电磁感应单元自上而下分为第一部分电磁感应单元、第二部分电磁感应单元及第三部分电磁感应单元；其中，第一部分电磁感应单元中，水冷感应线圈的匝数为30～70匝/m；第二部分电磁感应单元中，水冷感应线圈的匝数为50～100匝/m；第三部分电磁感应单元中，水冷感应线圈的匝数为10～50匝/m。
[0011]进一步地，炉腔自上而下分为第一腔体和第二腔体；炉壳分为对应于第一腔体的第一部分炉壳和对应于第二腔体的第二部分炉壳；电磁感应单元设置在第二部分炉壳和第二腔体之间的夹层内；优选地，将第一腔体的高度记为H1、第二腔体的高度记为H2，H1/H2为(1～3)：(2～3)。
[0012]进一步地，第一腔体的下部设置有至少一个第一喷孔；优选地，第一喷孔的个数为2～4个；优选地，第一腔体的上部设置有烟气出口。
[0013]进一步地，第二腔体的下部设置有至少一个第二喷孔；优选地，第二喷孔的个数为1～3个。
[0014]进一步地，炉腔的炉壁由耐火材料构成，耐火材料选自镁碳砖、石墨砖、黏土石墨砖或碳化硅石墨砖中的一种或多种；和/或炉壳由保温材料构成，保温材料选自氧化铝和/或氧化镁。
[0015]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种碳化钛生产方法，采用前述的碳化钛生产设备对钛渣及含碳物料的预制体进行碳化反应，生成碳化钛。
[0016]进一步地，钛渣中TiO2的质量含量为10～95％；优选地，含碳物料为块状形状；更优选含碳物料的最长边为10～50mm；进一步优选含碳物料选自无烟煤块、焦炭块、石墨块或块状含碳返料中的一种或多种。
[0017]进一步地，预制体由钛渣及含碳物料进行预成型处理得到；优选地，预制体为圆柱状；更优选地，预制体的高度为0.3～0.5m，半径为0.1～0.3m。
[0018]进一步地，预成型处理过程中的原料还包括粘结剂；优选地，粘结剂选自沥青、水或膨润土中的一种或多种。
[0019]进一步地，钛渣及含碳物料的重量比为1000：(50～300)。
[0020]进一步地，粘结剂的用量为钛渣及含碳物料总重量的3～5％。
[0021]进一步地，控制碳化钛的出料速率为100～500kg/h。
[0022]进一步地，通过第一喷孔向第一腔体内鼓入空气，空气的鼓入量为100～350Nm3；和/或通过第二喷孔向第二腔体内鼓入冷却气体；优选冷却气体选自N2、CO2或水蒸气中的一种或多种；优选冷却气体的鼓入量为50～100Nm3。
[0023]进一步地，碳化反应的反应温度控制在1400～1800℃。
[0024]基于上述设备，其一，本专利技术首次提出以电磁感应供热的方式实现钛渣碳化，无需使用熔融态碳化工艺，显著降低的操作难度，安全且操作难度小，设备寿命长，装置散热小，能量利用率高。其二，本专利技术可处理的钛渣TiO2品位基本不受限制(10～95％均可)，含TiO2较低的含钛高炉渣、预还原电炉工艺产出钛渣、矿热炉冶炼产出的高钛渣等均可适用。其三，本专利技术上述装置对炉渣的流动性，炉渣初始TiO2和终态碳化率无特殊要求，且钛的回收率较高。其四，本专利技术避免了熔融态熔池产生大量泡沫渣，冶炼操作难度较大，对炉衬侵蚀较为严重的问题。其五，本专利技术上述碳化过程所需热量由物料内部感应生热提供，热利用效
率高。其六，也是最重要的，本专利技术以电磁感应供热的方式有效实现了钛渣高温碳化，各段感应磁场强度可调控，碳化后物料不需要切割，物料碳化过程中与电路系统不接触，对材料材质要求较低。综上，本专利技术上述装置钛的碳化率可达到85％以上，处理钛渣能力可达100kg/h以上。
附图说明
[0025]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化钛生产设备，其特征在于，所述碳化钛生产设备为一体炉，所述一体炉具有炉壳(10)及由所述炉壳(10)围绕形成的炉腔(20)；所述炉腔(20)的顶部设置有第一加料口，用于加入钛渣及含碳物料的预制体；所述炉壳(10)和所述炉腔(20)之间具有一夹层，其内设置有电磁感应单元(30)，用于使所述预制体感应生热以进行碳化反应，生成碳化钛。2.根据权利要求1所述的碳化钛生产设备，其特征在于，所述电磁感应单元(30)包括水冷感应线圈和与其电连接的电源；优选地，所述电源的频率为150～2500Hz；优选地，所述水冷感应线圈盘绕设置在所述夹层内；且所述水冷感应线圈的匝数为10～50匝/m，所述电磁感应单元(30)的加热功率为100～1000KWh。3.根据权利要求1或2所述的碳化钛生产设备，其特征在于，将所述电磁感应单元(30)自上而下分为第一部分电磁感应单元、第二部分电磁感应单元及第三部分电磁感应单元；其中，所述第一部分电磁感应单元中，水冷感应线圈的匝数为30～70匝/m；所述第二部分电磁感应单元中，水冷感应线圈的匝数为50～100匝/m；所述第三部分电磁感应单元中，水冷感应线圈的匝数为10～50匝/m。4.根据权利要求1至3中任一项所述的碳化钛生产设备，其特征在于，所述炉腔(20)自上而下分为第一腔体(21)和第二腔体(22)；所述炉壳(10)分为对应于所述第一腔体(21)的第一部分炉壳和对应于所述第二腔体(22)的第二部分炉壳；所述电磁感应单元(30)设置在所述第二部分炉壳和所述第二腔体(22)之间的夹层内；优选地，将所述第一腔体(21)的高度记为H1、所述第二腔体(22)的高度记为H2，H1/H2为(1～3)：(2～3)。5.根据权利要求4所述的碳化钛生产设备，其特征在于，所述第一腔体(21)的下部设置有至少一个第一喷孔(211)；优选地，所述第一喷孔(211)的个数为2～4个；优选地，所述第一腔体(21)的上部设置有烟气出口(212)。6.根据权利要求4所述的碳化钛生产设备，其特征在于，所述第二腔体(22)的下部设置有至少一个第二喷孔(221)；优选地，所述第二喷孔(221)的个数为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王云，李东波，陈学刚，郭亚光，裴忠冶，黎敏，徐月和，杜国山，
申请(专利权)人：中国恩菲工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：