具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此将本发明保护范围限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

一种高铬型钒钛磁铁矿金属化球团熔分方法，包括如下步骤：

步骤A：以煤粉和高铬型钒钛磁铁矿金属化球团质量比为0.5％，取高铬型钒钛磁铁矿金属化球团与煤粉总质量为200g，将高铬型钒钛磁铁矿金属化球团和煤粉破碎后，混合均匀后，得混合料；

步骤B：将步骤A所得混合料与占其总质量0.6％有机粘结剂和占其总质量8％水，经二次混合后，原料润磨后，经造球和干燥，得球团a；

步骤C：将步骤B所得球团a放入高纯石墨坩埚内；再将高纯石墨坩埚放入真空电磁感应加热定向凝固炉内。

步骤D：控制真空电磁感应加热定向凝固炉内的真空度为100Pa，电磁感应加热炉输出功率为3.6Kw，磁场强度为0.1T，终还原温度为1650℃，终还原5min后，终还原结束；

步骤E：在终还原的真空度、输出功率、磁场强度和温度条件下，将终还原后的原料进行电磁加热条件下的定向凝固熔分工艺，控制定向凝固下拉速度为1μm/s进行定向凝固，电磁定向凝固下拉距离为5cm后，得到熔分铸锭a；

步骤F：将步骤E所得熔分后的铸锭a采用切割机切割分离后，在铸锭底部富集的是含V和Cr的Fe相，铸锭上部富集的是钛渣相。

切割后铸锭总高度为4.8cm，其中金属相富集层的平均厚度为2.1cm，金属相富集层中Fe、V和Cr的含量分别为：90.18％、0.765％和0.687％，Fe、V和Cr的回收率为：99.68％、99.92％和90.48％；渣中TiO₂的质量分数为：34.19％，回收率为：89.52％，残余的TFe含量为1.32％。

实施例2

一种高铬型钒钛磁铁矿金属化球团熔分方法，包括如下步骤：

步骤A：以煤粉和高铬型钒钛磁铁矿金属化球团质量比为0.6％，取高铬型钒钛磁铁矿金属化球团与煤粉总质量为200g，将高铬型钒钛磁铁矿金属化球团和煤粉破碎后，混合均匀后，得混合料；

步骤B：将步骤A所得混合料与占其总质量0.8％有机粘结剂和占其总质量6％水，经二次混合后，原料润磨后，经造球和干燥，得球团a；

步骤C：将步骤B所得球团a放入高纯石墨坩埚内；再将高纯石墨坩埚放入真空电磁感应加热定向凝固炉内。

步骤D：控制真空电磁感应加热定向凝固炉内的真空度为150Pa，电磁感应加热炉输出功率为5.2Kw，磁场强度为5T，终还原温度为1700℃，终还原10min后，终还原结束；

步骤E：在终还原的真空度、输出功率、磁场强度和温度条件下，将终还原后的原料进行电磁加热条件下的定向凝固熔分工艺，控制定向凝固下拉速度为1μm/s进行定向凝固，电磁定向凝固下拉距离为5cm后，得到熔分铸锭a；

步骤F：将步骤E所得熔分后的铸锭a采用切割机切割分离后，在铸锭底部富集的是含V和Cr的Fe相，铸锭上部富集的是钛渣相。

切割后铸锭总高度为4.9cm，其中金属相富集层的平均厚度为2.2cm，金属相富集层中Fe、V和Cr的含量分别为：90.02％、0.762％和0.657％，Fe、V和Cr的回收率为：99.08％、99.12％和90.08％；渣中TiO₂的质量分数为：33.49％，回收率为：88.82％，残余的TFe含量为1.46％。

实施例3

一种高铬型钒钛磁铁矿金属化球团熔分方法，包括如下步骤：

步骤A：以煤粉和高铬型钒钛磁铁矿金属化球团质量比为0.8％，取高铬型钒钛磁铁矿金属化球团与煤粉总质量为200g，将高铬型钒钛磁铁矿金属化球团和煤粉破碎后，混合均匀后，得混合料；

步骤B：将步骤A所得混合料与占其总质量0.7％有机粘结剂和占其总质量10％水，经二次混合后，原料润磨后，经造球和干燥，得球团a；

步骤C：将步骤B所得球团a放入高纯石墨坩埚内；再将高纯石墨坩埚放入真空电磁感应加热定向凝固炉内。

步骤D：控制真空电磁感应加热定向凝固炉内的真空度为200Pa，电磁感应加热炉输出功率为8.2Kw，磁场强度为10T，终还原温度为1750℃，终还原15min后，终还原结束；

步骤E：在终还原的真空度、输出功率、磁场强度和温度条件下，将终还原后的原料进行电磁加热条件下的定向凝固熔分工艺，控制定向凝固下拉速度为10μm/s进行定向凝固，电磁定向凝固下拉距离为5cm后，得到熔分铸锭a；

步骤F：将步骤E所得熔分后的铸锭a采用切割机切割分离后，在铸锭底部富集的是含V和Cr的Fe相，铸锭上部富集的是钛渣相。

切割后铸锭总高度为4.7cm，其中金属相富集层的平均厚度为2.1cm，金属相富集层中Fe、V和Cr的含量分别为：93.42％、0.789％和0.688％，Fe、V和Cr的回收率为：99.78％、99.32％和92.88％；渣中TiO₂的质量分数为：34.29％，回收率为：89.92％，残余的TFe含量为1.06％。

实施例4

一种高铬型钒钛磁铁矿金属化球团熔分方法，包括如下步骤：

步骤A：以煤粉和高铬型钒钛磁铁矿金属化球团质量比为0.8％，取高铬型钒钛磁铁矿金属化球团与煤粉总质量为200g，将高铬型钒钛磁铁矿金属化球团和煤粉破碎后，混合均匀后，得混合料；

步骤B：将步骤A所得混合料与占其总质量0.8％有机粘结剂和占其总质量9％水，经二次混合后，原料润磨后，经造球和干燥，得球团a；

步骤C：将步骤B所得球团a放入高纯石墨坩埚内；再将高纯石墨坩埚放入真空电磁感应加热定向凝固炉内。

步骤D：控制真空电磁感应加热定向凝固炉内的真空度为100Pa，电磁感应加热炉输出功率为10.2Kw，磁场强度为10T，终还原温度为1850℃，终还原15min后，终还原结束；

步骤E：在终还原的真空度、输出功率、磁场强度和温度条件下，将终还原后的原料进行电磁加热条件下的定向凝固熔分工艺，控制定向凝固下拉速度为100μm/s进行定向凝固，电磁定向凝固下拉距离为5cm后，得到熔分铸锭a；

步骤F：将步骤E所得熔分后的铸锭a采用切割机切割分离后，在铸锭底部富集的是含V和Cr的Fe相，铸锭上部富集的是钛渣相。

切割后铸锭总高度为4.8cm，其中金属相富集层的平均厚度为2.4cm，金属相富集层中Fe、V和Cr的含量分别为：89.82％、0.68％和0.642％，Fe、V和Cr的回收率为：89.99％、92.62％和89.86％；渣中TiO₂的质量分数为：30.09％，回收率为：85.2％，残余的TFe含量为4.06％。

实施例5

一种高铬型钒钛磁铁矿金属化球团熔分方法，包括如下步骤：

步骤A：以煤粉和高铬型钒钛磁铁矿金属化球团质量比为0.8％，取高铬型钒钛磁铁矿金属化球团与煤粉总质量为200g，将高铬型钒钛磁铁矿金属化球团和煤粉破碎后，混合均匀后，得混合料；

步骤B：将步骤A所得混合料与占其总质量0.6％有机粘结剂和占其总质量8％水，经二次混合后，原料润磨后，经造球和干燥，得球团a；

步骤C：将步骤B所得球团a放入高纯石墨坩埚内；再将高纯石墨坩埚放入真空电磁感应加热定向凝固炉内。

步骤D：控制真空电磁感应加热定向凝固炉内的真空度为150Pa，电磁感应加热炉输出功率为3.6Kw，磁场强度为10T，终还原温度为1650℃，终还原20min后，终还原结束；

步骤E：在终还原的真空度、输出功率、磁场强度和温度条件下，将终还原后的原料进行电磁加热条件下的定向凝固熔分工艺，控制定向凝固下拉速度为100μm/s进行定向凝固，电磁定向凝固下拉距离为5cm后，得到熔分铸锭a；

步骤F：将步骤E所得熔分后的铸锭a采用切割机切割分离后，在铸锭底部富集的是含V和Cr的Fe相，铸锭上部富集的是钛渣相。

切割后铸锭总高度为4.8cm，其中金属相富集层的平均厚度为2.8cm，金属相富集层中Fe、V和Cr的含量分别为：86.82％、0.56％和0.492％，Fe、V和Cr的回收率为：78.68％、88.77％和88.26％；渣中TiO₂的质量分数为：28.29％，回收率为：80.62％，残余的TFe含量为5.96％。

实施例6

一种高铬型钒钛磁铁矿金属化球团熔分方法，包括如下步骤：

步骤A：以煤粉和高铬型钒钛磁铁矿金属化球团质量比为0.8％，取高铬型钒钛磁铁矿金属化球团与煤粉总质量为200g，将高铬型钒钛磁铁矿金属化球团和煤粉破碎后，混合均匀后，得混合料；

步骤B：将步骤A所得混合料与占其总质量0.7％有机粘结剂和占其总质量7％水，经二次混合后，原料润磨后，经造球和干燥，得球团a；

步骤C：将步骤B所得球团a放入高纯石墨坩埚内；再将高纯石墨坩埚放入真空电磁感应加热定向凝固炉内。

步骤D：控制真空电磁感应加热定向凝固炉内的真空度为200Pa，电磁感应加热炉输出功率为5.6Kw，磁场强度为10T，终还原温度为1750℃，终还原20min后，终还原结束；

步骤E：在终还原的真空度、输出功率、磁场强度和温度条件下，将终还原后的原料进行电磁加热条件下的定向凝固熔分工艺，控制定向凝固下拉速度为100μm/s进行定向凝固，电磁定向凝固下拉距离为5cm后，得到熔分铸锭a；

步骤F：将步骤E所得熔分后的铸锭a采用切割机切割分离后，在铸锭底部富集的是含V和Cr的Fe相，铸锭上部富集的是钛渣相。

切割后铸锭总高度为4.8cm，其中金属相富集层的平均厚度为3.0cm，金属相富集层中Fe、V和Cr的含量分别为：84.82％、0.32％和0.26％，Fe、V和Cr的回收率为：70.28％、71.25％和73.36％；渣中TiO₂的质量分数为：25.06％，回收率为：72.35％，残余的TFe含量为6.58％。

实施例7

一种高铬型钒钛磁铁矿金属化球团熔分方法，包括如下步骤：

步骤A：以煤粉和高铬型钒钛磁铁矿金属化球团质量比为0.8％，取高铬型钒钛磁铁矿金属化球团与煤粉总质量为200g，将高铬型钒钛磁铁矿金属化球团和煤粉破碎后，混合均匀后，得混合料；

步骤B：将步骤A所得混合料与占其总质量0.8％有机粘结剂和占其总质量6％水，经二次混合后，原料润磨后，经造球和干燥，得球团a；

步骤C：将步骤B所得球团a放入高纯石墨坩埚内；再将高纯石墨坩埚放入真空电磁感应加热定向凝固炉内。

步骤D：控制真空电磁感应加热定向凝固炉内的真空度为200Pa，电磁感应加热炉输出功率为10.2Kw，磁场强度为10T，终还原温度为1850℃，终还原20min后，终还原结束；

步骤E：在终还原的真空度、输出功率、磁场强度和温度条件下，将终还原后的原料进行电磁加热条件下的定向凝固熔分工艺，控制定向凝固下拉速度为100μm/s进行定向凝固，电磁定向凝固下拉距离为5cm后，得到熔分铸锭a；

步骤F：将步骤E所得熔分后的铸锭a采用切割机切割分离后，在铸锭底部富集的是含V和Cr的Fe相，铸锭上部富集的是钛渣相。

切割后铸锭总高度为4.8cm，其中金属相富集层的平均厚度为2.8cm，金属相富集层中Fe、V和Cr的含量分别为：80.62％、0.23％和0.156％，Fe、V和Cr的回收率为：65.86％、60.23％和63.56％；渣中TiO₂的质量分数为：20.56％，回收率为：65.32％，残余的TFe含量为7.09％。

下表中将各实施例的实验参数及结果整合对比，以方便分析，以E1-E7代表实施例1-7：

由于高铬型钒钛磁铁矿中磁铁矿、钛磁铁矿、钒磁铁矿和铬磁铁矿属于紧密共生和伴生的矿相结构，目前高铬型钒钛磁铁矿的采用传统的高炉-转炉工艺虽然能够一定程度上回收利用Fe和V，强化高炉冶炼难度较大，金属Fe和V的回收率较低，关键是高铬型钒钛磁铁矿中的关键金属Ti和Cr并未得到有效回收利用，因此采用高炉-转炉工艺处理高铬型钒钛磁铁矿，矿中Fe和V能够通过高炉和转炉回收，但是Cr和Ti基本未得到利用。

本发明以高铬型钒钛磁铁矿预还原后的金属化球团为原料，采用真空电磁感应定向凝固炉对金属化球团进行终还原和电磁定向凝固熔分回收金属Fe、V、Cr和Ti。本发明采用真空电磁定向凝固进行终还原的优势在于：高铬型钒钛磁铁矿经预还原后球团中存在大量的金属Fe，金属Fe具有导电性和导磁型，在电磁场作用下能够产生明显涡电流，在涡电流作用下对金属球团进行加热，能够使金属化球团温度迅速升高达到金属化球团终还原所需温度，终还原后，继续增加感应炉输出功率，使预还原和终还原后球团继续升温直至熔化。熔化后的金属与渣在电磁力的作用下出现轴向旋转，能够进一步强化金属氧化还原，提高金属的还原度，为熔分奠定基础；熔融的金属相和渣相进行电磁定向凝固熔分优势在于：电磁定向凝固过程中，铸锭在定向凝固作用下，在铸锭轴向出现一个温度梯度，同时由于金属相的密度明显大于渣相密度，金属相会在温度梯度作用下在铸锭底部优先结晶形核，由于整个定向凝固过程中金属相和熔体存在电磁搅拌，导致金属相不断向凝固前沿富集，为凝固前沿金属相长晶提供充足的原子和团簇，促进底部晶体充分生长，强化金属相和渣相的分离，减少渣中金属夹杂，提高钛渣的品位。

本发明方法步骤A中，所述金属化球团中高铬型钒钛磁铁矿的金属化率为85～97％(实施例1～7分别为：96.8％、92.4％、91.6％、88.6％、87.4％、85.1％、86.3％)，主要是具有一定金属化率的原料在电磁感应条件下才能够出现导电性和导磁性，有利于球团被快速加热，如果金属化球团的金属化率较低，导致球团导电性和导磁性较差，球团加热过程中升温速率较慢，如果球团金属化率较高，那么预还原过程中所需配碳量增多、还原温度升高以及还原时间延长，这样经济性较差，不利于工业化开展；

实施例1～7中所述的金属化球团破碎后粒径为74～120μm，该粒径范围的颗粒占物料总质量的85～92％，高铬型钒钛磁铁矿是属于多金属共生和伴生的岩矿，经预还原后未被还原部分已被还原后的金属相包裹，破碎到74～120μm能够使未被还原的矿充分暴露，以便在深还原过程中进一步被还原，如果破碎粒度较小，这样增加破碎过程能耗，如果粒度太大，未被还原的矿粒不能充分暴露，因此在进行高铬型钒钛磁铁矿金属化球团电磁感应定向凝固炉内终还原和熔分回收Fe、V、Cr和钛渣时需要控制合理的金属化率和粒度要求。

本发明方法步骤B：将步骤A所得混合料与有机粘结剂和水，经二次混合后，原料润磨后，经造球和干燥，得球团a；原料润磨的目的是将未还原的矿粒与煤粉进行充分混匀并利用加入的水和粘结剂使煤粉与矿粒表面充分粘接，有利固-固还原过程；其中，所述生球团为圆柱形，实施例1～7中的生球团直径分别为10mm、20mm、30mm、10mm、20mm、30mm、20mm；生球团的干燥条件为：实施例1、5：155℃、120min；

实施例2、6：170℃、100min；

实施例3、7：180℃、80min；

实施例4：200℃、60min。

本发明步骤C所采用的高纯石墨坩埚主要是利用石墨坩埚的导电性和导磁性，在电磁加热过程中高纯石墨坩埚能够被迅速加热，加热后的高纯石墨坩埚能够作为热源对金属化球团继续加热。

高纯石墨坩埚的纯度99.9％这样石墨坩埚成型效果较好，表面较光滑，能够耐渣的高温腐蚀；

高纯石墨坩埚壁内径为35～40mm，高纯石墨坩埚内径选择依据是基于金属化球团大小进行选择的，本发明为35～40mm，但不限于该内径大小；

高纯石墨坩埚壁厚选择5～10mm，高纯石墨坩埚壁太薄不利于电磁加热升温，同时在电磁加热熔融的金属和渣相在坩埚内不断旋转冲刷坩埚导致坩埚被烧穿；如果坩埚壁太厚，所需电磁加热线圈将增大，同时所需石墨将增多，导致坩埚成本增加。

坩埚底部厚度选择10～15mm，主要是考虑在电磁定向凝固过程中底部壁厚太薄电磁场引起的轴向旋转容易烧穿坩埚，同时坩埚底部太薄，散热太快导致轴向温度梯度较大，导致铸锭底部冷却速率较快，底部会出现较大较粗的晶粒和渣相夹杂；如果坩埚壁较厚则成本较高，经济性较差；

坩埚高度为140～160mm，主要考虑所装入球团的个数，如果高度太低装入球团个数太少，熔分后物料太少，不利于观察渣金分离；为了便于观察渣金分离现象，本发明采用的高纯石墨坩埚能够装入10～12个金属化球团，因此坩埚高度不限于本发明所述的140～160mm；实施例1～7中使用的坩埚的参数分别为：

实施例1、5：内径35mm、壁厚40mm、底部厚度15mm、高度140mm；

实施例2、6：内径37mm、壁厚37mm、底部厚度12mm、高度150mm；

实施例3、7：内径40mm、壁厚35mm、底部厚度10mm、高度160mm；

实施例4：内径35mm、壁厚37mm、底部厚度15mm、高度150mm。

本发明步骤D中所述控制真空电磁感应加热定向凝固炉内的真空度为100～200Pa，电磁感应加热炉输出功率为3.6～10.2Kw，磁场强度为0.1～10T，终还原温度为1650～1850℃，终还原5～20min后，终还原结束；

电磁感应加热真空度控制为100～200Pa，如果真空度小于100Pa，在终还原温度1650～1850℃范围条件下，金属相中的Fe、V、Cr和渣中一些氧化物挥发严重，导致金属回收率不高；如果真空度高于200Pa，炉内残余的空气较多，空气中水蒸汽和氧气在高温条件容易氧化石墨坩埚，同时残余空气较多，炉内CO分压较小，不利于提高终还原的还原度。

电磁感应加热炉输出功率为3.6～10.2Kw，磁场强度为0.1～10T，电磁感应加热输出功率决定了感应线圈中电流的大小，如果输出功率低于3.6Kw，线圈中电流较小，导致金属化球团和石墨坩埚上产生的感应电流较小，加热效率较低，如果输出功率高于10.2Kw，线圈中电流较大，感应炉变压器负荷较高，容易损坏设备，进一步地，输出功率在3.6～8.2Kw时，渣金分离效率更高，其中金属钒回收率达到99％以上，金属铬回收率90％以上，渣相中的Tfe残余量少，渣相中的TiO₂回收率高于88％；

磁场强度控制为0.1～10T，如果磁场强度低于0.1T在熔炼过程中在熔体中产生的电磁力较小，对熔池搅拌效果较差，传质效率较低和渣金分离效果较差；如果磁场强度高于10T，熔池中形成的电磁力较大，熔池搅拌剧烈，容易将熔融的金属和渣搅拌到坩埚外部，导致金属Fe、V、Cr回收率降低，钛渣产率下降。

在终还原温度为1650～1850℃，终还原5～20min后，在一定温度范围内，升高温度可改善熔分动力学条件，增强了钒、铬在铁中的富集能力：如果温度低于1650℃，熔分后渣的粘度较大，渣金分离效果不好，V和Cr在Fe中富集能力较差；如果温度高于1850℃，导致金属Fe、V和Cr的饱和蒸气压增大，挥发性增大，损失较大，同时如果温度过高导致高纯石墨坩埚腐蚀加快；在温度为1650～1850℃之间，氧化物终还原速率明显加快，如果终还原保温时间低于5min，可能导致钒氧化还原不充分，V的回收率较低；如果终还原保温时间高于20min，高温条件下蒸发损失严重，其中，终还原时间在5～15min时，渣金分离效率更高，其中金属钒回收率达到99％以上，金属铬回收率90％以上，渣相中的Tfe残余量少，渣相中的TiO₂回收率高于88％。

本发明方法步骤E中，电磁定向凝固速率为1～100μm/s，控制电磁定向凝固下拉速度主要是控制金属相在铸锭底部结晶形核后晶体生长速率与凝固前沿提供原子或团簇的速率相匹配，能够是金属相充分长晶，形成金属富集层，实现渣金有效分离。如果下速度低于1μm/s，铸锭下拉时间过长，导致凝固前沿熔体加热时间过久，渣相中的TiO₂可能会被过渡还原，同时金属挥发损失较大；如果铸锭下拉速度高于100μm/s，导致凝固前沿的熔体被拉出感应线圈，而来不及凝固，这样导致渣相残留在金属液体中来不及上浮去除，形成夹杂，进一步地，下拉速度在1～10μm/s时，渣金分离效率更高，其中金属钒回收率达到99％以上，金属铬回收率90％以上，渣相中的Tfe残余量少，渣相中的TiO₂回收率高于88％。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。