高钛渣高温性质及电炉冶炼工艺中渣铁界面分离强化方法研究

China has a great deposit of titanium, however, the process scale and operation level of the titanium pigment production is relatively backward. Some company in China has either imported the abroad production technology or self-develop the own technology of the high titanium slag, gengrally speaking, these technolgy has been basically mastered, however, the improvement of the technical and economic indexes of the production are still necessary. The miss of the physical properties of the high titanium slag at high temperature which is the fundamental of the interfacial seperation phenomenon between the slag and metal make difficulty on the optimization of the process. For this problem, the present study will measure the physical properties of the high titanium slag systematically first with the equipments which were advanced and self-made for the viscosity and surface tension etc., the relationship between the chemical compsotion and the properties will be known, basing on these properties, the mathematical model for the interfical separation between the slag and metal will be developed according to the forces analysis, search for the enhancement method of the seperation rate by trying the addition of low melting point and large particle size alloy or introducing the ultrasonic field into the two phase system; The understanding of the high temperature properties of the slag and intensifying method of the serpation between the slag and metal can give the guarantee of the improvement of high titanium slag production.

我国钛资源储量丰富，但钛渣生产的水平和规模还相对滞后。尽管国内企业通过引进消化国外技术或自主开发的方式，初步掌握了冶炼钛渣的工艺，但冶炼工艺的各项指标仍有较大进步空间。高钛渣的高温物理质的缺失和由此决定的渣铁分离行为基础研究的不足是阻碍冶炼技术取得突破的关键。针对该问题，本课题将首先通过国内率先自主开发的高温熔体粘度和表面张力性质等系列测试设备对高钛渣的各项物理性质进行系统测试,建立高温物理性质数据库，系统掌握各化学成分对高钛渣物理性质的影响规律；在此基础上，分析各种条件下渣金的分离情况，并结合金属在渣中的受力分析建立渣铁分离的数学模型；最后探讨强化渣铁分离效率的手段，分别通过：①在原料中增加外来低熔点-大粒度金属质点，②在渣铁体系中引入超声波场的方式，探讨强化渣铁分离效率的可行途径。系统掌握高钛渣的高温性质和有效的强化渣铁分离手段将为我国高钛渣冶炼工艺全面提升提供保证。

本课题对钛精矿的物理化学性质、钛渣的高温特性、钛精矿以不同形态冶炼钛渣的热力学和动力学理论、实验室研究工作进行了详细而系统研究，为攀钢钛渣冶炼技术的改进提供了有力的支撑。主要包括：.一、开展了攀枝花钛精矿基础矿物特性的研究工作，并对不同磨矿工艺对攀枝花钛精矿矿物特性的影响进行了研究，找到了最佳润磨工艺参数，提高了攀枝花钛精矿的反应活性。.二、开展钛精矿成球系统研究工作，找出了攀枝花钛精矿成球困难的原因所在，并提出了解决方案（润磨改性处理）。.三、开展攀枝花钛渣高温物理化学性质研究工作，主要研究了钛渣化学成分、温度对高钛渣黏度性质、表面张力、密度等的影响 ，国内首次测试并成功获得了不同品位钛渣的粘温曲线。开展攀钢钛渣的导电性能测试研究工作，首次获得了高温熔化状态下钛渣的导电数据，明确了钛渣导电性能强的特性，为连续加料开弧冶炼操作制度的建立提供了理论支撑。.四、开展渣铁分离基础研究工作，获得影响渣铁分离的主要因素：钛渣中TiCN含量、.铁水本身粘度、铁水与钛渣接触时间。对于攀钢钛渣冶炼工艺的指导意义有二：①在钛渣成分基本固定的条件下，可以通过降低铁水本身的粘度提高渣铁分离效果，试验表明当铁水中S含量小于0.18%、C含量高于2.2%时，铁水粘度降低，渣铁分离效果良好，基本不存在渣中带铁的问题；②在渣、铁水成分基本固定的条件下，可以通过增加铁水沉降区、减少出渣量的方式提高渣铁分离效果，为钛渣电炉渣铁口调整、出渣制度的改进指明了方向。.五、开展了原矿、氧化矿还原动力学理论和实验研究工作，掌握了中温条件下还原规律，尤其是氧化矿还原速度明显优于原矿的特点为氧化球团的进一步处理指明了方向，即“细粒钛精矿制备氧化球团-氧化球团气相还原金属化-金属球团冶炼钛渣”，同时解决细矿利用和高效冶炼钛渣问题。.六、开展了攀枝花电炉钛渣对耐火炉衬侵蚀的研究工作，利用热力学软件计算了钛渣对不同耐材的侵蚀作用，初步探索了固体氧化镁棒在钛渣中的溶解动力学问题，得到电炉冶炼高钛渣工艺炉衬侵蚀机理、动力学参数及影响因素，为保护炉衬、提高寿命及强化冶炼提供理论依据。