一種鈦渣冶煉副產品鐵水的處理設備及工藝的制作方法

本發明涉及一種鐵水的處理系統，具體的說是一種鈦渣冶煉副產品鐵水的處理設備和工藝。

背景技術：

高鈦渣是通過電爐加熱熔化的鈦精礦，是鈦精礦中的二氧化鈦和鐵熔化分離后得到的二氧化鈦的富集物。高鈦渣既不是礦物廢渣，也不是生產過程中形成的副產物，而是采用硫酸法、氯化法等生產四氯化鈦、鈦白粉和海綿鈦產品的優質原料。

國外鈦白粉生產企業，硫酸法工藝和氯化法工藝并存。但國內的鈦白粉生產企業，幾乎全部采用硫酸法工藝。硫酸法鈦白粉生產工藝主要發生的化學反應如式(1)-(2)所示。

fetio3+3h2so4→ti(so4)2+feso4+3h2o(1)

fetio3+2h2so4→tiso4+feso4+2h2o(2)

硫酸法鈦白粉生產工藝存在酸耗量大、副產品硫酸亞鐵多、不溶固體雜質量增加和廢酸廢液難治理等問題，但由于可以直接采用鈦鐵礦做原料，近20余年來在我國得到了迅猛發展，生產技術已十分成熟。雖然中國的鈦資源比較豐富，但中國的鈦礦90%以上是共生巖礦，tio2含量低，成分復雜。

目前，國內鈦鐵礦只有少量加工成富鈦料，供氯化法鈦白、四氯化鈦、海綿鈦和電焊條工業使用，其余大部分都作為硫酸法鈦白生產的原料。隨著海綿鈦和氯化鈦白工業的迅速發展，對鈦渣等富鈦料的需求越來越大，國內鈦渣產量也逐年增加。

鐵在鈦鐵礦中以二價和三價兩種不同狀態存在，因此在硫酸浸取的鈦液中就存在硫酸亞鐵feso4和硫酸鐵fe2(so4)3兩種鐵的礦物鹽。在一定條件下，它們會水解生成fe(oh)2和fe(oh)3沉淀。硫酸亞鐵只有在ph值大于6.5時才開始水解，因此可以在對偏鈦酸進行清洗時除去。而硫酸鐵在ph值為1.5的酸性溶液中即開始水解，生成的氫氧化鐵沉淀會混雜在偏鈦酸中，待到鍛燒時即變成紅棕色的fe2o3，從而對鈦白的白度造成影響。主要化學反應如式(3)-(4)所示。因此，鈦液中就不允許存在三價鐵，必須在酸解階段把三價鐵還原成二價鐵。而鐵屑或鐵粉就是一種廉價的還原劑。作為還原劑的鐵粉，主要要求是其中的全鐵含量mfe要大于88%。主要發生的還原化學反應見式(5)。

feso4+2h2o→fe(oh)2+h2so4(3)

fe2(so4)3+6h2o→2fe(oh)3+3h2so4(4)

fe2(so4)3+fe→3feso4(5)

國內用于硫酸法鈦白的鐵粉生產原料是含鐵的粉塵或鋼渣等，進行磨選處理后得到鐵粉。由于這種方法生產的鐵粉雜質含量高，在使用過程中容易引入其它有害元素影響鈦白的質量。

鈦精礦冶煉過程中形成的副產物是鐵水。目前，國內的鈦渣冶煉企業生產的鐵水，主要用于生產各種鑄鋼、純鐵等產品。如果采用鈦冶煉廠的鐵水生產的鐵粉，其雜質含量極低，不會引入其它有害元素，生產的鐵粉品質上完全能滿足硫酸法鈦白粉生產的要求。

而國內用于硫酸法鈦白生產的鐵粉主要生產工藝是霧化法和還原法，霧化鐵粉工藝主要針對熔融鐵水液體，還原鐵粉工藝是針對含鐵的固體。無論是霧化鐵粉還是還原鐵粉的生產成本都比較高，用于處理鈦冶煉廠的副產鐵水經濟性均較低。在鋼鐵行業產能過剩的形勢下，鈦渣冶煉副產品鐵水產品的銷售遇到諸多困難。

技術實現要素：

本發明提供一種鈦渣冶煉副產品鐵水的處理設備和工藝，提升了鈦渣冶煉副產品鐵水的產品附加值。

本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案是：

一種鈦渣冶煉副產品鐵水的處理設備，包括鐵水小車、粒化系統、高溫收集塔、鐵粉冷卻器、控制系統和收集轉運系統；所述的鐵水小車布置于軌道之上，在電機的驅動下可實現其在軌道上的直線運動，完成鐵水的承載和運輸；粒化系統位于鐵水小車之下，在高速旋轉電機的驅動下實現熔融態鐵水的離心粒化；高溫收集塔位于粒化系統出口處，用于將高溫固態鐵粉顆粒的收集；高溫收集塔連接有用于高溫固態鐵粉顆粒的冷卻的鐵粉冷卻器，鐵粉冷卻器連接有冷態收集系統，冷態收集系統完成冷態固體鐵粉顆粒的收集轉運；所述控制系統用于控制鐵水小車的行走、檢測鐵水的流量、檢測固體鐵粉的排放溫度、控制鐵粉冷卻器冷卻水流量和溫度反饋情況。

所述的鈦渣冶煉副產品鐵水的處理設備和工藝，在收集塔和鐵粉冷卻器設有冷卻管，冷卻管內設有循環水。

所述循環水可吸收鐵粉冷卻過程中的顯熱，為工廠、生活提供熱水資源。

采用所述處理設備進行處理鈦渣冶煉副產品鐵水的工藝，包括以下步驟：

（1）控制系統發出指令，鐵水小車進入工作預備位，鐵水由鐵水溝流入鐵水小車；

（2）鐵水小車裝滿后，控制系統發出指令，鐵水小車行進至粒化系統上方，同時控制系統并發出指令開啟粒化系統電源，粒化系統進入工作準備狀態；

（3）控制系統檢查鐵水小車的位置無誤后，發出指令打開鐵水小車下方塞棒，熔融鐵水流出進入粒化系統；

（4）熔融鐵水粒化系統內，在與粒化盤間摩擦力的作用下，熔融鐵水在粒化盤內鋪展成膜，沿粒化盤內壁運動到粒化盤邊緣，然后沿切線方向被甩離粒化盤。在離心力的作用下，熔融鐵水往粒化盤邊緣運動的過程中，離心力和線速度快速增加，到達粒化盤邊緣的熔融鐵水，會呈片狀被拋射出去；片狀熔融鐵水在飛行過程中，在空氣阻力和表面張力的作用下，逐漸收縮成橢球狀或球狀顆粒，從而被破碎成細小的高溫固態鐵粉顆粒，并在高溫收集塔內飛行過程中被冷卻；

（5）高溫固態鐵粉顆粒在高溫收集塔內被完成收集，溫度約為900℃；

（6）900℃高溫固態鐵粉顆粒進入鐵粉冷卻器，在其里面被冷卻為180℃下的固態鐵粉顆粒被排出，冷態鐵粉被收集；

（7）當鐵水小車（1）內全部鐵水流出后，控制系統（5）發出指令，令鐵水小車返回，然后再次裝滿鐵水，重復（2）-（6）工序；

所述處理鈦渣冶煉副產品鐵水的工藝，用于處理鈦粉、鎳粉、錫粉或銅粉制取。

有益效果是：

1、本發明由鐵水小車、粒化系統、高溫收集塔、鐵粉冷卻器、控制系統收集系統組成的鈦渣冶煉副產品鐵水處理系統結構緊湊，鈦渣冶煉副產品鐵水經過該系統處理后可得到高品質的鐵粉顆粒，顆粒直徑約為0.5mm，且其形貌可控，能夠滿完全能滿足硫酸法鈦白粉生產中所需還原鐵粉的要求，可作為硫酸法生產鈦白下一步工序的還原鐵粉。

2、本發明鈦渣冶煉副產品鐵水通過該工藝處理后，提高了鈦渣冶煉副產品鐵水的附加值，降低鈦渣行業的生產成本，進一步提高鈦資源的利用率；現有工藝鐵的資源利用率和價格：現技術所制備的鐵塊的成本為500元/噸，而本發明所制成鐵粉成本為200元/噸。

3、鈦渣冶煉副產品鐵水通過該工藝處理后，鐵粉冷卻過程中的熱量被收集塔、鐵粉冷卻器設置的冷卻管中的循環水吸收，可為工廠生活提供熱水資源。本發明系統同樣適用于其他金屬顆粒及金屬粉末的制取（如鈦粉、鎳粉、錫粉、銅粉等）。

附圖說明

圖1是本發明鈦渣冶煉副產品鐵水的處理設備的結構示意圖；

圖2是本發明的工藝流程圖；

圖中標記是：1、鐵水小車；2、粒化系統，3、高溫收集塔，4、鐵粉冷卻器，5、控制系統，6、收集轉運系統。

具體實施方式

一種鈦渣冶煉副產品鐵水的處理設備，包括鐵水小車1、粒化系統2、高溫收集塔3、鐵粉冷卻器4、控制系統5和收集轉運系統6；所述的鐵水小車1布置于軌道之上，在電機的驅動下可實現其在軌道上的直線運動，完成鐵水的承載和運輸；粒化系統2位于鐵水小車之下，在高速旋轉電機的驅動下實現熔融態鐵水的離心粒化；高溫收集塔3位于粒化系統2出口處，用于將高溫固態鐵粉顆粒的收集；高溫收集塔3連接有用于高溫固態鐵粉顆粒的冷卻的鐵粉冷卻器4，鐵粉冷卻器4連接有冷態收集系統6，冷態收集系統6完成冷態固體鐵粉顆粒的收集轉運；所述控制系統5用于控制鐵水小車1的行走、檢測鐵水的流量、檢測固體鐵粉的排放溫度、控制鐵粉冷卻器4冷卻水流量和溫度反饋情況。

所述的鈦渣冶煉副產品鐵水的處理設備和工藝，在收集塔3和鐵粉冷卻器4設有冷卻管，冷卻管內設有循環水。

所述循環水可吸收鐵粉冷卻過程中的顯熱，為工廠、生活提供熱水資源。

采用所述鈦渣冶煉副產品鐵水的處理設備進行處理鈦渣冶煉副產品鐵水的工藝，包括以下步驟：

（1）控制系統發出指令，鐵水小車進入工作預備位，鐵水由鐵水溝流入鐵水小車；

（2）鐵水小車裝滿后，控制系統發出指令，鐵水小車行進至粒化系統上方，同時控制系統并發出指令開啟粒化系統電源，粒化系統進入工作準備狀態；

（3）控制系統檢查鐵水小車的位置無誤后，發出指令打開鐵水小車下方塞棒，熔融鐵水流出進入粒化系統；

（4）熔融鐵水粒化系統內，在與粒化盤間摩擦力的作用下，熔融鐵水在粒化盤內鋪展成膜，沿粒化盤內壁運動到粒化盤邊緣，然后沿切線方向被甩離粒化盤。在離心力的作用下，熔融鐵水往粒化盤邊緣運動的過程中，離心力和線速度快速增加，到達粒化盤邊緣的熔融鐵水，會呈片狀被拋射出去；片狀熔融鐵水在飛行過程中，在空氣阻力和表面張力的作用下，逐漸收縮成橢球狀或球狀顆粒，從而被破碎成細小的高溫固態鐵粉顆粒，并在收集塔內飛行過程中被冷卻；

（5）高溫固態鐵粉顆粒在收集塔內被完成收集，溫度約為900℃；

（6）900℃高溫固態鐵粉顆粒進入鐵粉冷卻器，在其里面被冷卻為180℃下的固態鐵粉顆粒被排出，冷態鐵粉被收集；

（7）當鐵水小車（1）內全部鐵水流出后，控制系統（5）發出指令，令鐵水小車返回，然后再次裝滿鐵水，重復（2）-（6）工序；

所述鈦渣冶煉副產品鐵水的處理設備進行處理鈦渣冶煉副產品鐵水的工藝，用于處理鈦粉、鎳粉、錫粉或銅粉制取。

實施例

一種鈦渣冶煉副產品鐵水的處理設備和工藝，由鐵水小車1、粒化系統2、收集塔3、鐵粉冷卻器4、控制系統5、收集轉運系統6組成的鈦渣冶煉副產品鐵水的處理系統。所述的所述的鐵水小車1布置于軌道之上，鐵水小車由主動輪、從動輪、車體、塞棒機構等組成，鐵水小車將熔融鐵水從鐵水溝運抵粒化系統2，并通過塞棒機構控制熔融鐵水流速；所述的粒化系統2位于鐵水小車1下方，主要由變頻電機、軸承、粒化盤、旋轉軸等組成，熔融鐵水進入粒化系統的粒化盤，在變頻電機的高速旋轉帶動下，被離化為0.5mm的高溫固體鐵粉顆粒；收集塔3為焊接結構，設有水冷壁，高溫固體鐵粉顆粒在其內飛行過程中被冷卻，溫度約為900℃；900℃高溫固體鐵粉顆粒進入鐵粉冷卻器4后，在其里面被冷卻，固體鐵粉顆粒冷卻為180℃下時被排出；控制系統5用于鐵水小車1在軌道上的位置檢測、熔融鐵水流動速度控制以及粒化系統2變頻電機速度的調節和和固體鐵粉顆粒溫度的測量；收集轉運系統6用于冷態鐵粉顆粒的轉運收集。

該鈦渣冶煉副產品鐵水的處理設備和工藝實現鈦渣冶煉副產品鐵水處理的工藝流程為：

（1）控制系統發出指令，鐵水小車進入工位；

（2)1450℃的鐵水由鐵水溝流入鐵水小車，鐵水小車將其運抵粒化系統上方；

（3）通過塞棒機構控制鐵水流入粒化系統的速度，鐵水在粒化系統內最終被粒化為0.5mm的固體鐵粉；

（4）0.5mm的固體鐵粉在收集塔內被冷卻收集，最終被冷卻為900℃的高溫固體鐵粉顆粒；

（5）900℃的高溫固體鐵粉顆粒進入鐵粉冷卻器內再次被冷卻，當溫度達到180℃以下時，固體鐵粉顆粒被排放進入收集轉運系統。

本發明所列舉的技術方案和實施方式并非是限制，與本發明所列舉的技術方案和實施方式等同或者效果相同方案方法都在本發明所保護的范圍內。