阅读说明：本技术 用含钛高炉渣还原碳化制取TiC晶粒的工艺方法 (Technological process for preparing TiC crystal grain by reduction and carbonization of titanium-containing blast furnace slag ) 是由 刘亚东 黄家旭 赵青娥 王东生 于 2019-11-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种工艺方法,尤其是公开了一种用含钛高炉渣还原碳化制取TiC晶粒的工艺方法,属于冶金尾渣再利用生产工艺技术领域。提供一种能有效的提高TiC晶粒团聚体的粒径的用含钛高炉渣还原碳化制取TiC晶粒的工艺方法。所述的工艺方法包括以下步骤,先烧制密度与含钛高炉渣熔液密度相适应的球形含铁焦炭颗粒,然后将球形含铁焦炭颗粒与含钛高炉渣熔液混均高温碳化即制得径直为220～280μm的Fe-TiC结合体,其中,TiC晶粒的平均径向长度在20～30μm之间。(The invention discloses a process method, in particular discloses a process method for preparing TiC crystal grains by reducing and carbonizing titanium-containing blast furnace slag, and belongs to the technical field of metallurgical tailing recycling production processes. Provides a technological method for preparing TiC crystal grains by reducing and carbonizing titanium-containing blast furnace slag, which can effectively improve the grain size of TiC crystal grain aggregates. The process method comprises the following steps of firstly firing spherical iron-containing coke particles with the density matched with that of molten titanium-containing blast furnace slag, and then uniformly mixing the spherical iron-containing coke particles with the molten titanium-containing blast furnace slag for high-temperature carbonization to obtain a Fe-TiC combination with the diameter of 220-280 mu m, wherein the average radial length of TiC crystal grains is 20-30 mu m.)

用含钛高炉渣还原碳化制取TiC晶粒的工艺方法

技术领域

本发明涉及一种工艺方法，尤其是涉及一种用含钛高炉渣还原碳化制取TiC晶粒的工艺方法，属于冶金尾渣再利用生产工艺技术领域。

背景技术

在含钛高炉渣“高温碳化一低温氯化制取TiCl₄及建筑材料”的工艺中，存在碳化过程中焦炭上浮现象严重，碳化渣成品中TiC的品位不高，TiC颗粒的粒径较小通常只有几个到十几个微米，导致了低温氯化工艺中氯化效率不高的结果。为此考虑利用TiC晶粒容易在铁粒周围富集长大的特点，预先将碳化渣成品中的TiC进行富集长大，为进一步进行选分创造条件，进而可以有效地增大TiC与氯气接触的机会，促进氯化反应的发生，同时减少反应中氯气的消耗，最终提高氯化效率。

高运明、李慈颖等人研究了Fe₂O₃对攀枝花地区高炉钛渣碳氮化过程的影响。结果发现，高炉钛渣中加入适量Fe₂O₃对Ti(C,N)的生成总量影响不大，但先期还原得到的金属铁可以充当Ti(C,N)的生长核心，能有效促进Ti(C,N)晶粒的形成以及团聚长大。当Fe₂O₃的加入量增加到10％时，在1450℃下保温2h，Ti(C,N)晶粒团聚体平均尺寸可达7.4μm。TiC晶粒团聚体的粒径仍然达不到选矿的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种能有效的提高TiC晶粒团聚体的粒径的用含钛高炉渣还原碳化制取TiC晶粒的工艺方法。

为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用含钛高炉渣还原碳化制取TiC晶粒的工艺方法，所述的工艺方法包括以下步骤，先烧制密度与含钛高炉渣熔液密度相适应的球形含铁焦炭颗粒，然后将球形含铁焦炭颗粒与含钛高炉渣熔液混均高温碳化即制得径直为220～280μm的Fe-TiC结合体，

其中，TiC晶粒的平均径向长度在20～30μm之间。

进一步的是，球形含铁焦炭颗粒是按下述步骤制取的，

先将铁粉和焦煤分别破碎磨细，然后将颗径合格的铁粉与焦煤按110～120:95～105的比例混均压实，接着将铁粉与焦煤的压实体加热至1020～1070℃保温，最后将降至室温的压实体破碎磨细至平均粒径为190～230μm完成球形含铁焦炭颗粒的制备。

上述方案的优选方式是，破碎磨细后的铁粉的粒径在180～220μm之间，破碎磨细后的焦炭的粒径在70～80μm之间，压实时的压力不低于10MPa。

进一步的是，压实体加热时的加热速度按5℃/min升温至1055℃后保温2h。

上述方案的优选方式是，压实体降温时的降温速度按5℃/min降至室温，并且全程通往氩气进行保护，通入氩气的流量为0.95～1.05L/min。

进一步的是，高温碳化制取Fe-TiC结合体是按下述步骤进行的，

先将球形含铁焦炭颗粒加入熔融的含钛高炉渣熔液中混均，然后按加热至1500℃以上保温碳化，最后将碳化后的高温含钛高炉渣熔液冷却至室温完成高温碳化制取Fe-TiC结合体的制取工作。

上述方案的优选方式是，碳化混均后的含钛高炉渣熔液时的加热速度按5℃/min升温至1500℃后保温2h。

进一步的是，冷却碳化后的高温含钛高炉渣时的降温速度按5℃/min降至室温，并且全程通往氩气进行保护，通入氩气的流量为0.95～1.05L/min。

进一步的是，所述含钛高炉渣成份如下，

28.16％CaO，25.58％的SiO₂，6.67％的MgO，13.02％的Al₂O₃，22.55％的TiO₂，0.90％的FeO，0.27％的V₂O₅，0.68％的K₂O，0.41％的Na₂O以及MFe＜0.5％。。

本发明的有益效果是：本申请通过先将焦炭烧制密度与含钛高炉渣熔液密度相适应的球形含铁焦炭颗粒，然后再将其输入熔融的含钛高炉渣熔液中碳化制径直为220～280μm的Fe-TiC结合体。由于球形含铁焦炭颗粒的密度与含钛高炉渣熔液的密度相适应，从而可以有效的克服现有技术中存在的焦炭因密度轻而上浮的技术问，进而可以保证Fe-TiC结合体中的TiC晶粒的平均径向长度在20～30μm之间，达到有效提高TiC晶粒团聚体的粒径的目的。这样，由于TiC晶粒的团聚体平均尺寸得到有效增大，进而达到有效地增大TiC与氯气接触的机会，促进氯化反应的发生，同时减少反应中氯气的消耗，最终提高氯化效率的目的。

附图说明

图1为本发明涉及到的球形含铁焦炭的微观结构图；

图2为本发明涉及到的TiC晶粒在铁粒周围富集长大的SEM照片。

具体实施方式

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供的一种能有效的提高TiC晶粒团聚体的粒径的用含钛高炉渣还原碳化制取TiC晶粒的工艺方法。所述的工艺方法包括以下步骤，先烧制密度与含钛高炉渣熔液密度相适应的球形含铁焦炭颗粒，然后将球形含铁焦炭颗粒与含钛高炉渣熔液混均高温碳化即制得径直为220～280μm的Fe-TiC结合体，其中，TiC晶粒的平均径向长度在20～30μm之间。本申请通过先将焦炭烧制密度与含钛高炉渣熔液密度相适应的球形含铁焦炭颗粒，然后再将其输入熔融的含钛高炉渣熔液中碳化制径直为220～280μm的Fe-TiC结合体。由于球形含铁焦炭颗粒的密度与含钛高炉渣熔液的密度相适应，从而可以有效的克服现有技术中存在的焦炭因密度轻而上浮的技术问，进而可以保证Fe-TiC结合体中的TiC晶粒的平均径向长度在20～30μm之间，达到有效提高TiC晶粒团聚体的粒径的目的。这样，由于TiC晶粒的团聚体平均尺寸得到有效增大，进而达到有效地增大TiC与氯气接触的机会，促进氯化反应的发生，同时减少反应中氯气的消耗，最终提高氯化效率的目的。

上述实施方式，为了提高球形含铁焦炭颗粒的制取效果和产品质量，本申请球形含铁焦炭颗粒是按下述步骤制取的，

先将铁粉和焦煤分别破碎磨细，然后将颗径合格的铁粉与焦煤按110～120:95～105的比例混均压实，接着将铁粉与焦煤的压实体加热至1020～1070℃保温，最后将降至室温的压实体破碎磨细至平均粒径为190～230μm完成球形含铁焦炭颗粒的制备。各粉料的具体粒径分别为，破碎磨细后的铁粉的粒径在180～220μm之间，破碎磨细后的焦炭的粒径在70～80μm之间，压实时的压力不低于10MPa。加热、保温以及冷却的要求为，压实体加热时的加热速度按5℃/min升温至1055℃后保温2h。压实体降温时的降温速度按5℃/min降至室温，并且全程通往氩气进行保护，通入氩气的流量为0.95～1.05L/min。

进一步的，为了提高Fe-TiC结合体的制取质量，尤其是TiC晶粒团聚体的质量，本申请高温碳化制取Fe-TiC结合体是按下述步骤进行的，

先将球形含铁焦炭颗粒加入熔融的含钛高炉渣熔液中混均，然后按加热至1500℃以上保温碳化，最后将碳化后的高温含钛高炉渣熔液冷却至室温完成高温碳化制取Fe-TiC结合体的制取工作。加热、保温以及冷却的要求为，碳化混均后的含钛高炉渣熔液时的加热速度按5℃/min升温至1500℃后保温2h。冷却碳化后的高温含钛高炉渣时的降温速度按5℃/min降至室温，并且全程通往氩气进行保护，通入氩气的流量为0.95～1.05L/min。

当然，本申所述的含钛高炉渣成份如下，

28.16％CaO，25.58％的SiO₂，6.67％的MgO，13.02％的Al₂O₃，22.55％的TiO₂，0.90％的FeO，0.27％的V₂O₅，0.68％的K₂O，0.41％的Na₂O以及MFe＜0.5％。

综上所述，本申请提供的上述工艺方法的制取原理为：

A、焦炭的密度为1.38g/cm³左右，铁球的密度为7.85g/cm³左右。可以通过将焦煤包裹在比重大于焦煤的铁球外面并进行烧制，使制得球形含铁焦炭的密度与含钛高炉渣液接近。将其用于含钛高炉渣的还原碳化过程，这样就可以解决以往单纯的焦炭作还原碳化剂所存在的上浮问题，使焦炭能与渣液均匀混合；

B、大量文献及研究表明，含钛渣还原碳化过程中所形成的TiC容易在铁粒周围富集长大。因此用球形含铁焦炭还原碳化含钛渣的过程中，一方面球形含铁焦炭外面的焦炭为渣中Ti元素的还原碳化提供C源生成TiC。另一方面，球形含铁焦炭内部剩余的铁球又可以为TiC晶粒的富集长大提供载体。机械选矿分离在尺寸方面一般要求大于30μm，而本发明所形成Fe-TiC结合体尺寸远大于机械选矿分离的要求，从而为进一步进行选分创造了条件。

相应的，本申请上述技术方案还存在以下的优点，

A、使焦炭能与渣液均匀混合；

B、使TiC晶粒有很明显地在铁粒周围富集长大的现象，Fe-TiC结合体平均粒径可达220～280μm(其中TiC平均径向长度可达20～30μm)。

具体实施例

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于含钛高炉渣还原碳化的球形含铁焦炭的制备方法。

本发明包括以下两个方面：

A、通过将焦煤包裹在比重大于焦煤的铁球外面并进行烧制，制得密度与含钛高炉渣液接近的球形含铁焦炭并用于含钛高炉渣的还原碳化过程，解决了以往还原碳化过程中焦炭上浮的问题，使焦炭能与渣液均匀混合；

B、球形含铁焦炭外面的焦炭被含钛高炉渣还原碳化消耗完后，生成的TiC晶粒有很明显地在剩余铁球周围富集长大的现象，Fe-TiC结合体尺寸远大于机械选矿分离的要求，为进一步进行选分创造了条件。

进一步的是，所述方面A中，铁球的粒径应控制在180～220μm，球形含铁焦炭的粒径应控制在190～230μm。

进一步的是，所述方面B中，Fe-TiC结合体平均粒径可达220～280μm(其中TiC平均径向长度可达20～30μm)。

以下结合实施例对本发明做进一步的阐述，以某钢铁厂的含钛高炉渣为原料实施本发明，其成分如表1所示：

表1某钢铁厂含钛高炉渣的主要成分(wt％)

组元	CaO	SiO<sub>2</sub>	MgO	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	TiO<sub>2</sub>	FeO	V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>	K<sub>2</sub>O	Na<sub>2</sub>O	MFe
											含量	28.16	25.58	6.67	13.02	22.55	0.90	0.27	0.68	0.41	＜0.5

实施例1

取117g铁粉破碎磨细至180μm左右，取100g焦煤破碎磨细至74μm左右。将铁粉与焦煤均匀混合并压块(压力为10MPa左右)，将压块置于刚玉坩埚中，将坩埚置于管式炉恒温带处并密封炉管。按如下温度制度进行烧制：5℃/min升至1055℃后保温2h，然后5℃/min降至室温(全程通氩气保护，流量为1L/min左右)。将烧制后的压块破碎磨细至190μm，作为球形含铁焦炭备用，制成的球形含铁焦炭的微观结构如图1所示。将10g某钢铁厂含钛高炉渣(粒径在74μm左右)与3.48g球形含铁焦炭均匀混合并压块(压力为10MPa左右)，将压块置于刚玉坩埚中，将坩埚置于管式炉恒温带处并密封炉管。按如下温度制度进行高温处理：5℃/min升至1500℃后保温2h，然后5℃/min降至室温(全程通氩气保护，流量为1L/min左右)。

如图2所示，TiC晶粒有很明显地在铁粒周围富集长大的现象，Fe-TiC结合体平均粒径可达220μm左右(其中TiC平均径向长度可达20μm左右)。

实施例2

取117g铁粉破碎磨细至180μm左右，取100g焦煤破碎磨细至74μm左右。将铁粉与焦煤均匀混合并压块(压力为10MPa左右)，将压块置于刚玉坩埚中，将坩埚置于管式炉恒温带处并密封炉管。按如下温度制度进行烧制：5℃/min升至1055℃后保温2h，然后5℃/min降至室温(全程通氩气保护，流量为1L/min左右)。将烧制后的压块破碎磨细至230μm，作为球形含铁焦炭备用，制成的球形含铁焦炭的微观结构如图1所示。将10g某钢铁厂含钛高炉渣(粒径在74μm左右)与3.48g球形含铁焦炭均匀混合并压块(压力为10MPa左右)，将压块置于刚玉坩埚中，将坩埚置于管式炉恒温带处并密封炉管。按如下温度制度进行高温处理：5℃/min升至1500℃后保温2h，然后5℃/min降至室温(全程通氩气保护，流量为1L/min左右)。

如图2所示，TiC晶粒有很明显地在铁粒周围富集长大的现象，Fe-TiC结合体平均粒径可达280μm左右(其中TiC平均径向长度可达30μm左右)。