等离子炉碳(氮)化处理高钛高炉渣

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1996.03.007 第18卷第3期 北京科技大学学报 Vol.18 No.3 1996年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.1996 等离子炉碳（氨）化处理高钛高炉渣 李慧仇永全杨则器 北京科技大学冶金系，北京100083 摘要用氮等离子体对高钛渣进行碳（氨）化处理，在I700℃下停留1h.可使渣中钛的碳（氮） 化转化率达92%.大于20m的Ti(C.N)品粒约40%.用重选方法选别碳化渣可得到含Ti(C.N) 0%以上的精矿，钛的回收率可达0%以上， 关键词等离子炉，钛渣，高炉/碳化处理 中图分类号X757.X756 攀钢高炉冶炼钒钛磁铁矿时，原矿中的钛约50%进入炉渣，使高炉渣含T022%~25%. 因此回收宝贵的钛资源并使炉渣得到综合利用是急待解决的问题，0多年来攀钢及各有关院所为 此进行了大量的试验研究工作、，但至今仍未找到一种用途泛、技术经济可行的工业化的高钛渣 处理方法~引 本试验是利用等离子体的高温气氛可控的特点，在氮气氛下对高钛高炉渣进行碳（氨）化 处理，并使其高熔点的碳（氮）化产物的品粒长大，达到机械选别的要求，以寻求高钛高炉渣综 合利用的新途径 1试验工艺流程 试验工艺流程为图1所示· 等 离 高钛高炉 1700℃（缓冷） 细 尾矿 破碎 破碎 -100目 加碳粉造球 燥 碳化处 保温Ih -100目 摇床 Ti(C.N) 特矿 岩相分析 取样 化学分析 图像分析 图】试验工艺流程 1.1实验设备 等离子枪（等离子枪及其控制系统由清华大学提供）为100kW直流非转移弧金属水冷枪， 1995-09-04收稿 第一作者女58岁副教授

第 1 8卷 第 3 期 1 9 9 6 年 6 月 北 京 科 技 大 学 学 报 JO u m a l o f U n iev rs ity o f s百en ec a n d T ec l l n o l o gy B e ij i n g V o l . 18 N o . 3 J . 氏 19 9 6 等离子炉碳 (氮 ) 化处理 高钦高炉渣 李 慧 仇永全 杨则 器 北 京科技 大 学冶金 系 , 北 京 1〕 洲〕8 3 摘要 用 氮等离子 体对高钦渣 进行碳 (氮) 化处理 , 在 1 7印 ℃ 下 停 留 l h , 可 使 渣 中钦的碳 (氮 ) 化转 化率达 92 % , 大于 20 卿 的 iT (C , 助 晶粒约 40 % . 用 重选方法选别碳化渣可得到含 iT (C , N ) 50 % 以 上 的精矿 , 钦 的回收率可 达 卯 % 以 上 . 关键词 等 离子 炉 , 钦渣 , 高炉 / 碳化处理 中图分类号 X 757 , X 756 攀钢高炉冶炼钒钦磁铁矿时 , 原矿 中的钦约 50 % 进 入炉渣 , 使高炉渣含 IT O , 2 % 一 25 % . 因此 回收宝贵的钦资源并使炉渣得到综合利用是急待解决 的问题 . 20 多年来攀钢及各有关院所为 此进行了大量的试验 研究工 作 , 但至今仍未找到一种用途 J ’ ` 泛 、 技术经济可 行 的工业化的高钦渣 处理方法 ! ’ 一 ’ } . 本试验是利用等 离子体 的高温气氛可 控的特点 , 在氮气氛下对高 钦 高 炉渣 进 行 碳 ( 氮) 化 处理 , 并使其高熔点 的碳 ( 氮) 化产物的晶粒长大 , 达到机械选别的要求 , 以寻求高钦高炉渣综 合利用 的新途径 . 1 试验工艺流程 试验工艺流程为 图 1 所示 . 卧、 瞥、 巨 巨 细 尾 矿 破 碎 泥 一 10 目 摇床 iT (C , 哟 精矿 岩相 分析 取样 化学 分析 图像分析 图 1 试验工 艺流程 I J 实验设备 等离子枪 (等离 子枪及其控制系统由清华 大学提 供 ) 为 1田 kw 直流 非转移 弧金属 水冷枪 , 19 5 一 09 一 汉 收稿 第 一 作者 女 58 岁 副教 授 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1996. 03. 007

·232· 北京科技大学学报 1996年No.3 工作气体为氮气· 熔炼炉为4kg石墨坩锅炉，底部有连续测温装置（用镁钼陶瓷管保护的钨铼热电偶）·采用 水冷炉盖、其示意图见图2 1-等离子枪 一水 2-密封垫 3-水冷炉盖 4-炉壳 5-镁砂打结衬 6-石墨坩锅 7一镁钼陶瓷套管 8一排烟孔（上接烟道） 图2坩锅熔炼炉示意图 12试验用原料 (1)攀钢高炉渣.其化学成分为(%)：Ti0,-24.38:Si0,-17.60:A1.0,-14.59;Mg0-8.20; Mn0-0.45:Ca0-20.35:TFe-8.48;V,0,-0.22.用锤头破碎机破碎至-100目，其中-120月 颗粒大于或等于60%.(2)还原剂.含C量大于99%的工业纯石墨粉.(3)造球.按理论需 碳量21.4%（即全部TiO,转化为TiC及全部SiO,均生成SiC的需碳量）进行配料，渣粉与石 墨粉充分混合加极少量稀释水玻璃作粘结剂，在造球机上造球，成球粒度为15m左右， 烘干待用， 13试验工艺 (1)碳化处理工艺 将干燥好的含碳球团装人坩锅内，密封好炉盖后，即用等离子枪熔化球团并升温.当 T=1700℃时，调整功率使熔池温度保持在】700~1750℃范围内保温1h,即停止加热.碳化 渣在炉内随炉冷却.停电后迅速用石棉布及氧化铝纤维毡包裹炉子外壳，并更换水冷炉盖，以降 低熔池冷却速度· (2)选别工艺 将5炉实验所得的全部碳化渣，经棒磨机磨细后，全部经过100目筛、经粒径检查其中+200 目产率为37.23%.-200目产率为62.77%.将-200目和-100目一一+200月的渣粉分别进入细泥 摇床进行选别

· 23 2 · 北 京 科 技 大 学 学 报 19 9 6 年 N o . 3 工 作气体 为 氮气 . 熔炼炉为 4 kg 石墨柑锅 炉 , 底部有连续测温装置 (用镁钥陶瓷管保护 的钨锌热 电偶 ) . 采 用 水冷炉盖 , 其示意 图见 图 .2 1一 等离子 枪 2 一 密封垫 3一 水冷炉盖 4一 炉 壳 5一 镁砂打结衬 6 一 石 墨增锅 7一 镁铝陶瓷套管 8一 排烟孔 (上 接烟道 ) 图 2 增锅熔炼炉示意图 12 试验用原料 ( l ) 攀钢高炉渣 . 其化学成分为 (% ) : T IO Z一 2 4 . 3 8 ; 5 10 : 一 17 . 6 0 ; lA : 0 3 一 14 . 5 9 ; M g O 一 8 . 2 0 ; M n O 一 0 . 45 ; C a O 一 20 . 35 ; FT e 一 8 . 48 ; V p s 一 .0 2 . 用锤头破碎 机破碎 至 一 10 目 , 其 中一 120 目 颗粒大 于 或等于 60 % . (2 ) 还 原剂 . 含 C 量大 于 9 % 的工业 纯石墨 粉 . (3 ) 造 球 . 按理论需 碳量 21 . 4 % ( 即 全部 IT O Z转 化为 IT C 及全部 5 10 2 均 生成 S CI 的需碳 量 ) 进 行 配料 , 渣 粉 与石 墨粉充 分 混合加 极 少量稀 释水 玻 璃 作 粘 结 剂 , 在 造 球 机 上造 球 , 成 球粒 度 为 巧 ~ 左 右 , 烘干 待用 . .3 试验 工 艺 ( l) 碳 化处理 工 艺 将 干燥 好 的含碳 球 团装入增 锅 内 , 密封 好 炉 盖 后 , 即 用等 离 子 枪 熔 化 球 团并 升 温 . 当 T = 1 7 0 ℃ 时 , 调 整功 率使 熔池 温度保持在 1 7 0 0 一 1 7 50 ℃ 范围内保温 l h , 即停止加热 . 碳化 渣在炉 内随炉冷却 . 停 电后迅速用石 棉布及氧化铝纤维毡包裹炉子外壳 , 并更换水冷炉盖 , 以降 低熔池冷却速度 . (2) 选别工艺 将 5 炉实验 所得的全部碳 化渣 , 经棒磨机磨细后 , 全部 经过 1田 目筛 , 经粒径检查其中+ 2X() 目产率 为 37 23 % , 一 2〕 ) 目产率为 62 .7 7 % . 将 一 2田 目和 一 10 目一 + 2(1〕目的渣粉分别进人细泥 摇床进行 选别

Vol.18 No.3 李慧等：等离子炉碳（氨）化处理高钛高炉渣 233. 2试验结果及讨论 21试验结果 碳（氨）化转化率及钛回收率见表1，碳（氨）化钛的粒径(BAS20O0图像分析仪测定)见 表2，细泥摇床选别结果见表3. 表1碳化渣组成及钛回收率 名称 平均产率/% 组成/% TiC TiN TiO 转化率/% 钛回收率/% 碳化渣 36.37 43.000.803.05 92.00 92.04 吹损及挥发损失 64.63 一 3.00 7.96 合计 100.00 24.38 100.00 *为计算值.由于实验室条件所限，坩锅容量与等离子枪功率不能完全相匹配，因而造成吹损较大， 表2碳（氨）化钛晶粒粒径 炉号 Ti(C,)粒径/m 最小 最大 平均 ≥20m数量/% 7-2 6.92 84.38 20.21 40.79 8-2 6.41 280.28 24.44 47.01 9-2 6.92 515.93 33.70 51.40 10-2 3.02 98.41 23.04 50.28 11-2 6.42 139.03 21.83 38.90 表3重选结果 组别 入选粒径 产品 产率% 含量/% TiN TiC TiC,)总量/% 精矿AI 3.76 5.35 71.80 77.15 A -200目 精矿A2 26.61 1.98 59.30 61.28 尾矿 69.63 0.77 27.70 28.47 精矿B1 10.66 3.05 69.40 72.45 -100- 精矿B2 57.77 1.77 45.70 47.47 +200日 尾矿 31.57 0.29 20.40 21.19 2.2讨论 (1)攀钢高钛高炉渣中，主要的含钛矿物为钙钛矿、攀钛透辉石和富钛透辉石，它们在氮气 氛下，用碳还原时将发生下列反应： 2TiO,+N,+4C=2TiN+4CO △G=178280-123.32T (1) TiO,+3C=TiC+2CO △G=125230-80.53T (2)

V o l . 18 N o . 3 李慧等 : 等离子 炉 碳 (氮 ) 化处理高 钦高炉 渣 233 2 试验结果及讨论 1 1 试验结果 碳 (氮 ) 化转化率及钦回 收率见表 1 , 碳 (氮 ) 化钦的粒径 ( m 人5 2《X幻 图像分析仪测定 ) 见 表 2 , 细泥摇床选别结果见表 .3 表 1 碳化渣组成及钦回收 率 名称 平均 产率 / % 组成 / % 转 化率 / % 钦回 收率 / % 碳化渣 吹损及挥发损失 合计 36 . 37 麟 . 63 . 10 . 的 T IO 3 . 0 5 3 . 田 24 . 38 92 . 的 92 . 供 7 . % 1田 . 田 * 为计算值 . 由于 实验室条件所 限 , 增锅容量与等离子枪功率不 能完全相匹 配 , 因而 造成吹损较大 表 2 碳 (氮) 化钦晶粒粒径 炉号 iT (C , 哟 粒径 幻川1 最大 84 3 8 280 . 28 5 1 5月3 9 84 1 139乃3 平均 20 2 1 24 . 4 3 . or 23 . 以 2 1 . 83 ) 20 )月11 数量 / % 7一 2 8 一 2 9 一 2 10 一 2 1 1一 2 40 . 79 47 . 0 1 51 . 40 见 . 28 38 . 卯 419204 友U`内ù、 ` 表 3 重选结果 组别 人选 粒径 产品 产率 / % 含量 / % iT N iT (C , 哟 总量 / % 一 2 (X) 目 精矿 A l 精矿 A Z 尾 矿 37 6 26 . 6 1 69 石3 T iC 71 . 80 59 3 0 2.7 or 77 . 15 6 1 . 28 28 . 4 7 一 10 一 十 2图 目 精矿 B I 精矿 B Z 尾 矿 l a 的 57 . 77 3 1 . 5 7 69 . 40 4 57 0 20 . 40 7 24 5 4 74 7 2 1 . 19 05297 n气Uj1 .2 2 讨论 ( l) 攀 钢高钦高炉渣 中 , 主要 的含钦矿物为钙钦矿 、 氛下 , 用碳还原时将发生下列反应 ! :el ZT IO 。 + N 。 + 4 C = ZT IN + 4 C O T IO 。 + 3C = T IC + ZC O 攀钦透辉石和富钦透辉石 , 它们在氮气 !l , . 了 ù, 、. 口了. 、 △q = 17 8 2 8 0 一 12 3 . 3 2 T △e = 12 5 2 3 0 一 8 0 . 5 3 T

V o l . N 8 1 o . 李慧等 3 2 : 等离子 炉 碳 氮 化处理高 钦高炉 渣 ) 33 ( 2 试验结果及讨论 试验结果 1 1 碳 氮 化转化率及钦回 收率见表 ) ( 1 , 碳 (氮 ) 化钦的粒径 ( m 人5 2《X幻 图像分析仪测定 ) 见 表 2 , 细泥摇床选别结果见表 .3 表 1 碳化渣组成及钦回收 率 名称 平均 产率 / % 组成 / % 转 化率 / % 钦回 收率 / % 碳化渣 吹损及挥发损失 合计 36 . 37 麟 . 63 . 10 . 的 T IO 3 . 0 5 3 . 田 24 . 38 92 . 的 92 . 供 7 . % 1田 . 田 * 为计算值 . 由于 实验室条件所 限 , 增锅容量与等离子枪功率不 能完全相匹 配 , 因而 造成吹损较大 表 2 碳 (氮) 化钦晶粒粒径 炉号 iT (C , 哟 粒径 幻川1 最大 84 3 8 280 . 28 5 1 5月3 9 84 1 139乃3 平均 20 2 1 24 . 4 3 . or 23 . 以 2 1 . 83 ) 20 )月11 数量 / % 7一 2 8 一 2 9 一 2 10 一 2 1 1一 2 40 . 79 47 . 0 1 51 . 40 见 . 28 38 . 卯 419204 友U`内ù、 ` 表 3 重选结果 组别 人选 粒径 产品 产率 / % 含量 / % iT N iT (C , 哟 总量 / % 一 2 (X) 目 精矿 A l 精矿 A Z 尾 矿 37 6 26 . 6 1 69 石3 T iC 71 . 80 59 3 0 2.7 or 77 . 15 6 1 . 28 28 . 4 7 一 10 一 十 2图 目 精矿 B I 精矿 B Z 尾 矿 l a 的 57 . 77 3 1 . 5 7 69 . 40 4 57 0 20 . 40 7 24 5 4 74 7 2 1 . 19 05297 n气Uj1 .2 2 讨论 ( l) 攀 钢高钦高炉渣 中 , 主要 的含钦矿物为钙钦矿 、 氛下 , 用碳还原时将发生下列反应 ! :el ZT IO 。 + N 。 + 4 C = ZT IN + 4 C O T IO 。 + 3C = T IC + ZC O 攀钦透辉石和富钦透辉石 , 它们在氮气 !l , . 了 ù, 、. 口了. 、 △q = 17 8 2 8 0 一 12 3 . 3 2 T △e = 12 5 2 3 0 一 8 0 . 5 3 T

Vol.18 No.3 李慧等：等离子炉碳（氮）化处理高钛高炉渣 ·235. 经细泥摇床选别可得到含TC,N)50%以上的精矿.重选过程中钛的回收率可达80%以上.精 矿可作为高级耐火材料或陶瓷材料的原料，也可用来制取四氯化钛· 参考文献 1刘克敏.攀西钒钛磁铁矿的综合利用及其工艺流程.四川冶金，1990)：21~36 2李光整等，低温氯化法处理攀钢高炉渣的探索试验，钢铁钒钛，1990(1)：56 3梁经东。高炉渣碳氨化一选矿初步研究及设想.钢铁钒钛.19882)：72 4戚大光等，钒钛磁铁矿高炉冶炼的热力学时论.钢铁钒钛，19842)：81 Carbonization (Nitrogenation)for Titanium-Bearing Blast Furnace Slag by Plasma Furnace Li Hui Qiu Yongquan Yang Zeqi Department of Metallurgy.USTB,Beijing 100083.PRC ABSTRACT Titanium-bearing blast furnace slag is carbonised in the nitrogen plasma.With the sample of slag held for Ih in the plasma furnace at 1700 C,92% TiO,in the slag can be transformed into TiC(N)and the diameter of 40%TiC(N) crystalline is more than 20 um.Carbonized slag is separated by weight-dressing.As a result,the concentrate is obtained which contains TiC(N)of more than 50%,and the recovery rate of titanium can be more than 90 % KEY WORDS plasma furnaces,titanium slags.blast furnaces,carbonization 个“个8个%0？：1r个上个2：。上：644？：？4：个：个：？·◇：个5个：个·：？：t:。:。gr4r:个”“个4 科技成果 铌在钢中的存在形式及其对性能的影响 为了充分利用和开发包头的高铌资源，1992年7月，由北京科技大学和包头稀土研究院共同进 行“铌在钢中的存在形式及其对性能的影响"的基础研究.1994年10月通过了包头钢铁公司组织的专 家鉴定，获得以下成果. 由包钢稀土研究院主要负责，完成了“铌钢中铌的存在形式及其对性能的影响”的研究.利用 b.V或T的微合金化作用，提高钢的强度，改善钢的力学性能是当今低合金钢发展的重要途径， 包头的高铌资源为包钢铌钢的生产提供了独具条件.本课题对不同状态和热处理制度下有代表性 的含铌和不含铌钢进行了比较，全面测试了它们的力学性能、持久强度和高温瞬间性能等，表明含 铌钢的韧性、持久强度和热强度等均有明显提高.光学金相和透镜观察以及相分析研究表明含铌钢 的品粒明显细化，含稀土元素时带状组织得到改善，铌析出相扎钉在位错网络上.它证明了铌的强化 机制和热处理的强度理论，从而丰富了含铌钢的基础研究.该项研究成果达到国内先进水平

V 0 1 . 1 8 N 0 . 3 李慧等 : 等离子 炉 碳 (氮 )化处理 高钦高炉渣 经细泥摇床选别可得到含 iT C( , 哟 50 % 以上 的精矿 . 重选过程中钦的回收率可 达 80 % 以上 . 精 矿可 作为高级耐火材料或陶瓷材料的原料 , 也 可用来制取四 氯化 钦 . 参 考 文 献 刘克敏 . 攀西 钒钦磁铁矿的综合利用及其工艺流程 . 四 川冶金 , I拟洲1) : 21 一 36 李光鳌等 . 低温氯化法处理攀钢高炉渣的探索 试验 , 钢铁钒钦 , 1咙狱:1) 56 梁经东 , 高炉渣碳氮化 一 选矿初步研究及设想 . 钢铁钒钦 , 198 (2) : 72 戚大光等 , 钒钦磁铁矿高炉冶炼的热力学讨论 . 钢铁钒钦 , 19 绒2) : 81 C a r ob in az t i o n i(N t r o g e an t i o n ) of r T iat n i um 一 B e a r ign B l a s t F urn a ce S l a g b y P l a s arn F urn a ce L i H o i Qi o oY n g q u a n aY n g Z e q i D e P a r t m e n t o f M e t a ll u r g y , U S T B , B e ij i n g 10 0 0 8 3 , P R C A B S T R A C T T it a n i u m 一 b e a r i n g b l a s t fu r n a ce s l a g 1 5 c a r b o n i s e d i n t h e n it r o g e n Pl a s m a . W it h t h e s a m P l e o f s l a g h e ld fo r l h i n t h e P l a s ma fu r n a e a t 1 7 0 0 ℃ , 9 2 % T IO : i n t h e s l a g c a n b e t r a n s fo r m e d i n t o T IC ( N ) a n d t h e d i a m e t e r o f 4 0 % T IC ( N ) e r y s t a lli n e 1 5 m o r e t h a n 2 0 # m . C a r b o n i z e d s l a g 1 5 s e P a r a t e d b y w e i g h t 一 d r e s s i n g . A s a r e s u lt , t h e e o n ce n t r a t e 1 5 o b t a i n e d w h i c h c o n t a i n s T IC (N ) o f mo er t h a n 5 0 % , a n d t h e r e co v e r y r a t e o f t it a n i u m c a n b e m o r e t h a n 9 0 % . K E Y W O R D S P l a s m a fu r n a ce s , t l t a n i u m s l a g s , b l a s t fu r n a c e s , e a r b o n i z a t i o n 科技成果 钥 在钢 中的存 在形 式及其对性 能 的影 响 为 了充分利用 和开发包头的高钥资源 , 19 9 2 年 7月 , 由北京科技大学 和包头稀土研究院共同进 行 “ 妮在钢中的存在形式 及其 对性能的影响 ” 的基础研究 . 19 94 年 10 月通过了包头钢铁公司组织的专 家鉴定 , 获得 以下成果 . 由包钢稀土 研究院主要负责 , 完成了 `· 妮钢 中妮 的存在 形式 及其 对性能 的影 响 ” 的研究 . 利用 N b 、 V 或 iT 的微合金化作用 , 提高钢 的强度 , 改善钢的力学性能是 当今低 合金钢 发展 的重要途径 , 包头的高妮资源为包钢妮钢的生产提供 了独具条件 . 本课题对不同状态 和热处理 制度 下有代 表性 的含妮和不含妮钢进行 了比较 , 全面测试 了它们的力学性 能 、 持久 强度和高温 瞬间性 能等 , 表 明含 妮钢的韧性 、 持久 强度和热强度等均有 明显提高 . 光学金相和透镜观察 以及相分析研究表 明含妮钢 的晶粒明显细化 含稀土兀素时带状组织得到改善 , 妮析出相扎钉在位错网络上 . 它证 明了妮的强化 机制和热处理的强度理论 , 从而 丰富了含妮钢的基础研究 . 该项研究成果达到国内先进水平