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CN106062217A - 熔炼含铁、钛和钒的矿物的方法 - Google Patents

熔炼含铁、钛和钒的矿物的方法 Download PDF

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CN106062217A CN201480072844.5A CN201480072844A CN106062217A CN 106062217 A CN106062217 A CN 106062217A CN 201480072844 A CN201480072844 A CN 201480072844A CN 106062217 A CN106062217 A CN 106062217A
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Abstract

提供了一种用于熔炼含已知初始量的铁，钛和钒的矿物的方法，在电熔炼炉(11)中设置有容纳主体(12)，其围绕中心轴线(X)延伸，并且可在一个包含中心轴线(X)的倾斜面上借助于旋转而倾斜，所述方法将矿物和辅助材料馈送到所述容纳主体(12)中，来供应电能直到达到稳定状态功率(Pmax)和至少1450℃的稳定状态温度，以保持所述稳定状态温度来获得含钒的液态铸铁(G)和含氧化钛的液态熔渣(S)作为所述矿物的熔炼产物，其中液态铸铁(G)含至少75％的已知初始量的钒，并且液态熔渣(S)含至少90％的已知初始量的氧化钛，并且在液态熔渣(S)中含至少40重量％的氧化钛，以及利用所述容纳主体(12)在第一方向上的第一倾斜来单独排出液态熔渣(S)，和利用所述容纳主体(12)在第二方向上的第二倾斜来单独排出液态铸铁(G)。

Description

熔炼含铁、钛和钒的矿物的方法
技术领域
本发明涉及一种用于熔炼含铁和钛并也含氧化钒的矿物的方法。对于含氧化铁和氧化钛的大部分矿物来说，诸如例如但不限于钛磁铁矿或者钛赤铁矿。
特别地，本发明可用于优化铁和钢的生产领域，其矿物原料从所述的含有高钒含量的液态铸铁和具有高氧化钛含量的熔渣的铁、钛及氧化钒开始。
发明背景
例如，从US 3.929.461可知用于从含钛和钒的铁材料中回收钛和钒的工业过程。
实际上众所周知，钛和铁可以与钒一起以氧化物的形式在不同的矿物脉中存在。主要由氧化铁和氧化钛组成且还含有氧化钒的矿物可包括：如果铁以磁铁矿(FE3O4)的形式存在，例如钛磁铁矿，且如果铁以赤铁矿(FE2O3)的形式存在，如钛赤铁矿。
使用含铁、钛和钒的这些矿物作为原料，以获得含钒的铸铁和含氧化钛的熔渣的需求同样是众所周知的。
也众所周知，液态铸铁可用于提取钒，并且从熔炼所述矿物中得到的液态熔渣可用于提取氧化钛。
为了这一目的，用于熔炼所述矿物的技术也是众所周知的，该技术使用高炉、或埋弧电炉(SAF)或开放式熔池炉，使含铁和钛的矿物通过加入焦炭而在还原条件下熔化开放式浴池炉。
这些已知技术可以使矿物经过提取后或者通常借助于在回转炉中烧制进行预还原之后而馈送到熔炼炉中。
使用这些技术，可以获得含有可能存在于原生矿物中的钒的一部分的液态铸铁、和含有存在于原生矿物中的氧化钛的一部分的主要液态熔渣。后续工序可以提供来从铸铁获得钒，同时可以从熔渣中获得氧化钛。
例如，当原生矿物为钛铁矿(钛赤铁矿)时，使用已知技术可以获得具有高氧化钛含量即，大于80％的熔渣。
用于熔炼钛赤铁矿的已知技术具有以下缺点：它们在不能够最大程度地回收液态铸铁中的钒的过程条件下操作。实际上，在极高浓度的氧化钛下，当在只有温和的还原条件下操作时，必须限制熔渣的导电性，以便在熔渣中获得大于5重量％的氧化铁浓度。因此事实上，通过使用这些已知技术，钒的回收率即，熔渣中所含有的钒和初始存在于矿物中的钒之间的比率小于75％。
通常用于这种类型熔炼的熔炼炉可以为上述两种类型的电炉，即埋弧电炉和开放式浴池炉，通常为设有完全由耐火材料覆盖的墙壁的固定类型，即不可倾斜。
也众所周知钛磁铁矿的熔炼技术，其提供以使用具有埋弧电炉或开放式浴池炉的固定式(即不可倾斜)高炉或电炉来生产液态铸铁和熔渣，其中，液态铸铁随后被处理以从中回收钒，熔渣无需处理，在下游用于回收氧化钛。实际上，这些已知技术的目的不是使熔渣中氧化钛的含量最大化，其通常小于40重量％，而是为了减少氧化钒。
因此，根据如上述的已知技术，熔炼过程提供以使用稀释熔渣的材料(诸如石灰石和白云石)来降低氧化钛的浓度，且因此也降低了粘度。
以这种方式获得足够的液态熔渣以便在小于1,500℃的温度下操作，且由于用于这些过程的钛磁铁矿通常具有大于1重量％的氧化钒含量，故可获得高于75％的钒回收率。
这种根据开放式浴池炉过程提供在不可倾斜电炉中进行的熔炼过程的已知熔炼技术的一个缺点为：它们在调整熔炉中所含有的熔渣的量方面具有很小的灵活性。使熔渣(如同液态铸铁)通过在熔炉壳的壁上预先限定的高度上制得的通孔离开，这使得不可能最大限定地排空炉渣，而不冒使其与铸铁一起退出的情况，因为该出渣孔必然在由铸铁和熔渣之间的分离界面的一定高度下制得。
另一方面，从含有铁、钛和钒的矿物的熔炼过程中，为了同时获得具有高氧化钛含量的熔渣和具有高钒含量的液态铸铁，需要在熔炼结束时使尽可能多的熔渣被排出。这种必要性最主要是由于这一事实：熔渣本身构成了在下游可被处理的产物，且此外具有防止在以获得具有高钒含量的铸铁所需的还原条件(在浴炉中高温和高焦炭含量)下的熔炉内侧产生的氧化钛的过度持久性的目的，以防止碳化钛的过多形成，该碳化钛可导致熔渣的粘度过度升高。
也众所周知，在矿物中所含有的高百分比的氧化物(除了氧化铁之外)会产生大量的熔渣，也可指示性地处于每生产一吨液态铸铁而有约0.5吨的熔渣的量级。因此这使得必须控制熔渣及其排出的水平。
在固定式熔炉中使用侧向通道出渣的现有技术的另一缺点是它不允许有效地且易于控制熔炼炉内的熔渣的厚度。这与以下需求有冲突：在熔炼炉中，需要受控厚度的熔渣，以便既获得通过在液态铸铁中所含有的焦炭还原存在于熔渣中的氧化钒的适当速度，又利于在与矿物一起馈送的焦炭的液态铸铁中熔炼。
因此，这是以上所述的已知技术的缺点：它们已减少了效率且极少有操作灵活性，尤其是与熔炼炉的静态配置有关时。
在旨在使钒的选择性回收最大化，且同时通过使用原始材料(如它原本是或预还原的矿物)使熔渣中的氧化钛的浓度最大化的情况中，这种缺点尤为严重，对该原始材料来说，调节熔炉内的熔渣量特别重要。
为了通过还原反应使氧化钒的选择性回收最大化，尤其对于含有低的氧化钒百分比(例如低于1重量％)的矿物来说，必须在高于1，450℃的温度下运行，且采用渗碳金属浴。即，在具有高于3重量％的碳浓度的铸铁中。
为了使熔炉的生产率最大化，还必须用以下方式使熔炼炉内的熔渣量最小化：馈送的矿物(例如它是原矿或是预还原)容易与含有还原过程所需的焦炭的液态铸铁接触。
使熔炼炉内的熔渣的含量最小化还满足了此类需要：使氧化钛在熔炼炉本体中停留的平均时间最小化，且由于高浓度的氧化钛和尤其强烈的还原条件，使易于形成的碳化钛的形成最小化。用这种方式，其旨在限制熔渣的粘度，以便改善熔炉的功能和还原氧化钒的效率，氧化钒的还原速度不仅依赖于进行熔炼过程的温度，而且还依赖于熔渣的粘度。
在钛磁铁矿的高炉中熔炼的一个缺点是由于因碳化钛的形成而引起的阻塞。
在埋弧电炉中熔炼会具有以下缺点：它本来不允许以最大化回收液体铸铁中的钒，因为减慢化学还原动力学的加工温度低，并且不允许炉渣的足够的流动性，其设置有与高含量的氧化钛相关的高粘度。
在具有开放式浴池的不可倾斜式电炉中熔炼引起了在调节上缺乏灵活性的问题，且尤其是具有不允许使熔炉内的熔渣头最小化的缺点。而在钛磁铁矿的还原过程中，调节炉内的炉渣头是必须的，以使氧化钒的还原最大化，且同时使熔渣在熔炉内的停留时间最小化。
本发明的一个目的是完善以下方法：通过熔炼含铁、钛和钒的矿物(例如钛磁铁矿)，允许同时获得既具有高于矿物中初始所含有的钒的75％的钒含量的液态铸铁，又具有高于40重量％的氧化钛的熔渣。
本发明的另一目的是实现一种用于熔炼含铁、钛和钒的矿物的方法，其保证了熔炼过程步骤的操作灵活性、高生产率、效率及控制。
本发明的又一个目的是完善用于熔炼含铁、钛和钒的矿物的方法，其允许含有并优化同时获得氧化钒的最大还原程度和熔渣中最大浓度的氧化钛所需的能量消耗、时间及成本，以便尽可能有效地进行从铸铁中提取钒，且从熔渣中提取氧化钛的后续过程。
本申请人已设计、试验和具体实施了本发明，以克服现有技术的缺陷，并获得这些以及其它目的和优点。
发明内容
在独立权利要求中对本发明做了介绍并阐述了其特征，而从属权利要求中则描述了本发明的其它特征或其主要发明构思的变体。
根据上述目的，一种用于熔炼含铁、钛和钒的矿物的方法在熔炼炉中进行，该熔炼炉设置有在相对于中心轴线横向的倾斜轴线上通过旋转可倾斜地围绕该中心轴线延伸的容纳主体。
该方法首先使得将所述矿物(可能添加有诸如还原剂和/或除渣剂的辅助材料)以增加的输送速率馈送容纳主体中以便达到稳定状态输送，且以增加的速率供应电能以便达到稳定状态功率。
稳定状态输送速率取决于待实现生产率，取决于结束一个铸件需要的过程的总时间(即，一个铸件的最终出渣和随后铸件的最终出渣之间的时间)，以及可能的过渡步骤，其中矿物的馈送速率可小于稳定状态输送速率。
根据本发明，稳定状态功率必须这样以保持等于或高于1,450℃的稳定状态温度，该温度是将钒的回收率最大化且限制熔渣的粘度所需要的，这是由于其含有高浓度的氧化钛。
根据反比，稳定状态功率取决于馈送到熔炉的矿物的比输送；此比输送被计算为馈送输送和同时供应的电功率之间的比。
根据本发明的一些方面，矿物的比输送在约10kg/(min*MW)和约35kg/(min*MW)之间，特别是15kg/(min*MW)和约30kg/(min*MW)之间。
比输送取决于所馈送的矿物的特性，特别取决于旨在作为金属铁和总铁之间的重量比的金属化度，取决于碳含量的重量百分比，取决于馈送温度，以及取决于除氧化铁之外的氧化物含量的总重量百分比。
金属化度的增加、碳含量增加、温度增高(每个均等于其他因素)对应于所供应的电功率的降低，同时氧化物含量的增加决定了相应的对供给功率的更大需求。
辅助材料连同预还原矿物被馈送到炉中，比如还原材料和成渣材料。
焦炭优选地用作质量适于冶金过程的还原材料，例如冶金焦炭。
成渣材料用于纠正熔渣的成分，旨在改善其物理性质，特别是降低粘度。
例如，石灰石、白云石和含有氧化铝(A12O3)和/或氟化钙(CaF2)的材料可用做成渣材料。
这些辅助材料的比消耗，其测量为在一个铸件用于在铸件的期间中用于馈送的每个单元的矿物量的过程中馈送的辅助材料的质量，取决于使用的矿物的化学成分，特别是取决于氧化钛和除氧化铁之外的总氧化物之间的重量比。
根据本发明，为获得钒的所需还原度以及具有高于40％的氧化钛重量含量的熔渣，还原材料的特定消耗在约15kg/kg和约40kg/kg之间，特别是在约20kg/kg和约35kg/kg之间，同时成渣材料的特定消耗低于40kg/kg，特别是低于35kg/kg。
还可提供，在整个过程期间，为了液池的搅拌度更有效，且从而改善熔渣和铸铁之间的接触以促进还原过程，使用一个或多个多孔板是可能的，所述多孔板安装在壳体的底部且向其馈送惰性气体(例如氮气、氩气)。
在第一熔炼步骤中，保持稳定状态温度达所需熔炼时间段以熔炼含铁、钛和钒的矿物，以及作为此熔炼的产物，液态铸铁含有钒且和液态熔渣含有氧化钛。
在稳定状态操作条件期间，电功率和矿物以及辅助材料的输送的正确平衡，允许获得铸铁中至少等于矿物中含有的总钒的75％的钒的回收以及熔渣中至少等于矿物中含有的总钛的90％的钛的回收。
特别是，本发明允许获得具有大于或等于40％的最低氧化钛含量的熔渣，与存在于馈送的矿物中的氧化钛的重量百分比和馈送的矿物中含有的除氧化铁之外的氧化物的重量百分比之间的比成正比。
在熔炼时间段期间，定期监测熔池的温度和液态铸铁和液态熔渣的化学成分以控制有效地进行还原过程是优选的。
所需熔炼时间段一直继续直到达到确定最大量的液态熔渣。
最大量的液态熔渣可限定为可物理地含在炉内的最大体积的熔渣，这样，如果超过该值，那么这会导致液态熔渣通过侧向除渣开孔自发地从熔炉的容纳主体溢出且因此不合需要地溢出容纳主体。
在变体解决方案中，最大量的液态熔渣可由熔渣的最大厚度所限定，这样，如果超过最大量，那么由于缺少与液态铸铁的接触，这会导致难以进一步还原馈送的材料。熔渣的最大厚度取决于所需生产率且取决于所需氧化钒的还原度。
根据本发明，由于熔炉的尺寸，熔渣的最大厚度小于650mm。
因此，所述方法提供以检测液态铸铁和因此获得的液态熔渣的化学成分以验证液态铸铁含有矿物中初始所含有的钒的至少75％，以及液态熔渣含有矿物中初始含有的氧化钛的至少90％，以及至少40重量％的氧化钛。
如果验证结果是肯定的，那么根据本发明的方法提供以分别通过在第一方向上倾斜容纳主体排出液态熔渣，以及通过在与第一方向相反的第二方向上倾斜容纳主体来排出液态铸铁。
如果化学成分的验证结果是否定的，那么所述方法还可提供在第一熔炼时间段后，过程时间包括在无矿物添加的情况下保持温度以完成还原过程的可能时间段，以及然后，在进一步验证了液态铸铁和液态熔渣的化学成分后，以分别通过在第一方向上倾斜容纳主体排出液态熔渣，以及通过在与第一方向相反的第二方向上倾斜容纳主体排出液态铸铁。
在本发明的变体解决方案中，当所需熔炼时间段过后，如果需要减少熔渣的体积以获得所需过程条件，那么就会中断将矿物和辅助材料馈送到容纳主体中以及可检测且验证熔渣和铸铁的化学成分。在此检测和验证后，以及在供应电功率的情况下保持温度的可能后续时间段以及仅可能馈送辅助材料后，为获得所需还原度(如果这在熔炼时间段期间尚未达到)，会通过在第一方向上倾斜容纳主体来部分排出液态熔渣。
在所述可能部分排出熔渣结束时，熔炼方法然后提供了第二熔炼步骤，其以与上述第一熔炼步骤同样的方式进行，直到获得在没有确定所述自发溢出的情况下在炉中可含有的液态铸铁的最大量。然后所述方法提供以验证液态铸铁和因此获得的液态熔渣的化学成分，以及在没有添加矿物的情况下保持温度的可能时间段后，为完成换还原过程，以分别通过在第一方向上倾斜容纳主体排出液态熔渣，以及通过在与第一方向相反的第二方向上倾斜容纳主体排出液态铸铁。
特别是，当液态铸铁含有矿物中初始所含有的钒的至少75％时，液态铸铁出渣，以及当液态熔渣含有矿物中初始所含有的氧化钛的至少90％时，液态熔渣被排出。
由于在过程期间部分排出了液态熔渣，相当灵活地控制容纳主体中含有的量且选择性地控制在矿物、液态熔渣和液态铸铁之间出现的反应动力学，以及获得熔炼产物的所需特性是可能的。
这样，选择性地且分别排出含有铁、钛和钒的矿物的熔炼液态产物(即，具有高钒含量的液态熔渣和高氧化钛含量的液态铸铁)是可能的。
这种工作方式还允许在熔炼期间控制存在于容纳主体中的成分的量。
根据本发明的变体方面，在达到容纳主体的几何结构允许的液态铸铁的最大量之前且在第二保持时间段期间，熔炼方法提供了液态熔渣的至少另一次部分排出，以维持后者的水平低于650mm，这取决于容纳主体的几何结构以及处理的铁、钛和钒的矿物类型。
附图说明
从下文结合附图作为非限制性实例给出的实施例的一些形式的描述中，本发明的这些和其他特性将更加显而易见，其中：
-图1是根据本发明的熔炼装置的平面图；
-图2是相应熔炼方法的不同步骤中的图1中的装置的侧截面图；
-图3是从图1中的装置的一个部件的下方看到的三维视图；
-图4是图1中的装置的组件的侧截面图；
-图5是根据本发明的方法的步骤的示例性图表。
在下列描述中，相同参考数字表示根据本发明的用于熔炼含有铁、钛和钒的矿物的装置的相同部件，也以不同形式的实施例。应了解，一种形式的实施例的元件和特性可方便地结合到其它形式的实施例中而无需进一步阐释。
具体实施方式
现在我们将详细参照本发明的各种形式的实施例，其中附图中示出了一个或多个实例。通过说明本发明来提供每个实例，且每个实例不应理解为对本发明的限制。例如，由于是作为一种形式的实施例的一部分示出或描述的特性可在其它形式的实施例上被采用，或可与其它形式的实施例相关联以产生另一形式的实施例。应理解，本发明应包括所有这类修改和变体。
参照图1和图2，根据本发明的装置10可用于熔炼含铁、钛和钒的矿物，以产生液态铸铁G和液态熔渣S。
特别地，矿物可含有大于0.5重量％的量的氧化钒V2O5且具有在氧化钛和其它氧化物(除氧化铁以外)之间的重量比-高于50％。
在以下描述中，将仅仅借助非限制性实例参考含属于钛磁铁矿的族群的铁、钛和钒的矿物。
装置10至少包括电弧熔炼炉11，该电弧熔炼炉通常可包括容纳主体或壳体12，该容纳主体或壳体的周界壁13界定熔炼室14。
在一些形式的实施例中，保护覆盖件15可与壳体12的周界壁13相关联，并且可包括一个或多个覆盖层，用以隔热目的或者用于去除热量，其例如是耐火覆盖层15a，该耐火覆盖层位于熔炼室内部作为用于周界壁13对熔炼室14内部产生的热量的屏障。
可与这里所描述的所有形式实施例组合的一些形式的实施例可提供包括一层或多层冷却面板的保护覆盖件15，该一层或多层冷却面板具有管束15b，以允许通过借助载热流体去除热量来冷却周界壁13并且还可能冷却耐火覆盖层15a。
壳体12可围绕中心轴线X延伸并且可例如具有基本上圆筒形形状或者由旋转体限定。
壳体12可包括第一除渣孔17和第二出渣孔18，作为钛磁铁矿的熔炼产物而产生的液态熔渣S从该第一除渣孔排出，而源自所述熔炼的液态铸铁G可从该第二出渣孔排出。
除渣孔17和出渣孔18相对于中心轴线X制造在壳体12的相对两侧上。
可假设的是，出渣孔18制造在壳体12的一侧上，与此相对应地，熔炼炉11包括出渣喷口19，该出渣喷口用作用于将铸铁G从熔炼室14朝向壳体12下方的第一容器20排出的器具。
也可假设的是，出渣孔18制造在壳体12的底部上，在该情形中，并不提供出渣喷口19。
第二容器21可存在于除渣孔17下方，并能够从熔炼炉11接收液态熔渣S。
图1和图2用于描述如下形式的实施例，其中，熔炼炉11是在交流电上起作用的类型并且包括三个电极16，这三个电极对称地定位在熔炼室14的中心处。
然而，本发明也可适用于利用一对或多对电极在直流电流上起作用的熔炼炉。
熔炼炉11可包括支撑结构22，在图1和图3中可见支撑结构并且壳体11抵靠在其上。支撑结构22可具有环形部分22a(在图1中呈环形而在图3中呈矩形或方形)，该环形部分界定外壳22b，壳体12至少部分地容纳在该外壳内部。
支撑结构22在其下部也可包括至少一对弧形附件23，该弧形附件用作引导构件并且限定壳体12的横向于、例如正交于中心轴线X的倾斜轴线B。
当支撑结构22通过运动构件(在附图中未示出)以已知方式倾斜时，弧形附件23允许壳体12相对于倾斜轴线B旋转。线性致动器可包括在运动构件之间，其配置成向上推动或向下牵拉支撑结构22位于除渣孔17或出渣孔18中的一个附近的侧向部分、或者直接地作用在弧形附件23上的电动机或液压马达或螺杆或齿条致动器。
壳体12的倾斜可沿着含中心轴线X的垂直平面、既在朝向除渣孔17的第一方向上又在朝向出渣孔18的第二方向上发生。
在可能的实施方式中，壳体12倾斜所沿的垂直平面通过除渣孔17的中心线和/或通过出渣孔18的中心线。
倾斜相对于中心轴线X基本上是垂直的状况可以是对称的或非对称的。
壳体12沿第一方向的倾斜由除渣角α限定，该除渣角在每次由中心轴线X呈现的倾斜位置和所述轴线X在垂直状况中的位置之间测得。
壳体12沿第二方向的倾斜由出渣角β限定，该出渣角在每次由中心轴线X呈现的倾斜位置和所述轴线X在垂直状况中的位置之间测得。
在可能形式的实施例中，除渣角α可介于0°和15°之间。
在可与这里所描述的所有形式实施例组合的一些形式的实施例中，取决于熔炼炉11类型并且取决于壳体12的几何形状的出渣角β可介于0°和40°之间。
例如，当从壳体12的底部出渣时，出渣角β介于0°和25°之间，而当通过出渣喷口19出渣时，该角可介于0°和40°之间。
如果熔渣具有高导电性，则通过装置10在熔炼炉11中执行的用于熔炼钛磁铁矿的方法有利地是接触弧类型的，这例如可在图2中观察到，使得电极16升到液态熔渣S上方并且由此它们在由下文的液态熔渣S和液态铸铁G构成的液态浴池外部引起电弧。
根据本发明，可为熔炼炉11馈送具有高于90％的金属化程度的预还原钛磁铁矿，以包含熔炼过程的比能量消耗。
根据本发明的方法使得从熔炼中同时获得液态铸铁G和液态熔渣S，该液态铸铁可用于钒的提取，并且例如含有高于0.5重量％的钒，而该液态熔渣用于钛的提取，并例如具有高于40重量％的TiO2浓度。
上文指出的百分比仅仅借助根据本发明执行的熔炼钛磁铁矿的可能产物的实例给出。
具体地说，借助所述方法，可获得液态铸铁G和液态熔渣L，该液态铸铁含有铁、钛和钒矿物中初始所含有的钒的至少75％、优选地至少80％，该液态熔渣含有所提供的矿物中初始所含有的氧化钛的至少90％、更优选地至少95％。
若XTiO2s是在熔渣中可获得的氧化钛的最低百分比、若XTiO2m是存在于所馈送矿物中的氧化钛的重量百分比并且若Xox m是含在所馈送矿物中的除了氧化钛以外氧化物的总重量百分比，则氧化钛XTiO2的最低重量百分比可以利用以下公式来计算：XTiO2_s＝q*(XTiO2_m)/(Xox_m)，其中q是基本上取决于所馈送除渣材料量的系数。
首先，熔炼必须在除了最初和最终过渡时间段以及可能的中间过渡时间段以外的整个过程时间段期间保持的高处理温度(至少1,450℃)下执行。取决于与待熔炼的钛磁铁矿的成分并且与所需的生产率相关联的特定要求，该过程时间段可介于60分钟和130分钟之间，例如94分钟。
需要高温来防止熔渣的过大粘度，并且由此使熔渣S保持液态。熔渣的粘度导致其从熔炼炉11排出成为问题，并且也减慢了氧化钒的还原过程的动力学性能。
高粘度可能是由于熔渣中存在的高浓度氧化钛。熔渣中的高浓度氧化钛会由于为了获得具有高TiO2含量的液态熔渣S所需的除渣物(石灰石、白云石)的最少添加引起。
此外，上述高温允许在液态铸铁G中获得足够的钒回收，尤其是在初始钛磁铁矿中V2O5的浓度较低、也就是说指示性地小于1重量％的情形中。
然而，壳体12的周界壁13的与高处理温度相关联的热应力是有问题的。
该应力也可由于在熔炼室14内部同时存在电弧以及还有液态熔渣S导致，该电弧可处于液池外部、也就是液态熔渣S之上，而液态熔渣S具有高氧化钛含量且由此具有高导电性。
该问题可要求熔炼方法包括用于制备熔炼炉11的制备步骤，其中，将保护覆盖件15施加于壳体12。
图4用于描述示例形式的实施例，其中，保护覆盖件15可包括在壳体12的底部上的常规耐火覆盖件15a’和在壳体12的侧向周界壁13上的导热覆盖件15a”。
在可能的解决方案中，常规耐火覆盖件15a’以及可能的导热覆盖件15a”可由针对与铁、钛和钒的矿物的熔炼过程相关的特定要求进行适当地研究的耐火覆盖件更换，具体地用于防止与熔渣中高浓度氧化钛相关联的腐蚀。
导热覆盖件15a”可以是部分的并且不会影响壳体12的周界壁13的顶部，其中可提供一层或多层具有管束15b的冷却面板，其自身定位在周界壁13内部。
在可能的实施方式中，管束15b或其它类型的温度冷却或调节器件可对应于在液态铸铁G和液态熔渣S之间的界面区域、定位在壳体12外部并且可围绕其周界壁13。
导热覆盖件15a”和管束15b可导致位于液态熔渣S周围的一部分固化，此种固化保护导热覆盖件15a”免受损伤。
在根据所述本发明来熔炼钛磁铁矿的温度(高于1,450℃)下，形成碳化钛的动力学性能较高，这是因为其随着温度升高而升高。碳化钛(如果存在于熔渣中高于某一浓度)客人导致熔渣过度粘性，由此中和在此温度自身上的效应，并且导致与粘度相关的上述相同缺点。
根据本发明，为了进行同时允许液态铸铁G中钒的有效还原以及液态熔渣S中高浓度TiO2的有效还原的过程，需要采用高于1,450℃的温度，这代表用于形成碳化钛的有利状况。为了限制上述问题，因此需要与过程的动力学性能需求兼容地使得熔渣保留在熔炼炉内部的时间最短。
为此，根据本发明的熔炼方法设置成使用上文所述并且围绕倾斜轴线B倾斜的可倾斜熔炼炉11。
在根据本发明的方法中，熔炼炉11与固定电炉相比是有利的，因为利用可倾斜熔炼炉11进行的过程同时提供具有高氧化钛含量的液态熔渣S的回收以及在需要的时候通过在液态熔渣S上中断来有效地还原液态铸铁G中的钒。
可倾斜熔炼炉11借助于合适的倾角(图2)允许排出期望量的液态熔渣S，从而避免了其可能与液态铸铁G一起铸造的风险，且通常通过管理熔炼炉11的时间和倾斜模式而使液态熔渣S的压头容易地保持在控制之下。
基于上述内容，在覆盖壳体12的制备步骤之后，如果在壳体12中没有液体底部或“液体池”H，那么用于熔炼钛磁铁矿的方法提供预备步骤，在该预备步骤中，在熔炼室14中引入有限的量，例如几吨固体金属材料(例如铁屑)。
接着借助于电弧执行固体金属材料的预备熔炼，以获得至少由液态金属组成的所述液体池H。
如果熔炼炉11已经执行操作周期，那么液体池H可由先前熔炼中剩余且适当地维持在熔炼室14中的液态铸铁G和液态熔渣S组成。
含液体池H的熔炼炉11已准备好进行随后的适当熔炼的步骤，其提供初始步骤，在该初始步骤期间，以减小的功率(介于在随后熔炼步骤中供应的功率的50％至80％之间)来供应电能，且在熔炼炉11的熔炼室内部开始固态钛磁铁矿的馈送。
在初始步骤期间，可与钛磁铁矿一起，或在钛磁铁矿之后，将一种或多种还原剂(例如，焦炭)引入至熔炼炉11中。
根据本发明，在熔炼室14内期望地保持还原条件是有利的；为此目的，可使用特定策略来防止空气进入熔炼室14中。例如，通过添加密封耐火材料，可提供熔炼炉的部件之间的可能间隙的谨慎且紧密的封闭。
在可能的实施方式中，可在与钛磁铁矿的同一时间或在钛磁铁矿之后，将可能的除渣剂引入至熔炼室14中，例如，石灰石和/或白云石和/或含有诸如A12O3和CaF2的氧化物的材料。
在将钛磁铁矿插入至熔炼炉11之前，对钛磁铁矿进行化学分析以识别所含的每个成分(铁、钒、氧化钛)的含量，因而确定其初始已知量。
在随后的过渡步骤中，增加电能的供应直到达到稳定状态功率，其与要求的生产率成比例且与矿物的类型成比例，如从下文的具体实施方式中清楚地看出；也增加了固态材料的输送，即，钛磁铁矿和/或还原剂和/或除渣剂，其被馈送至熔炼炉11直到达到超过1,450℃的稳定状态温度。
稳定状态温度保持约30分钟的最短熔炼时间段，例如，介于30分钟和130分钟之间。
供应电功率以及给熔炼炉11馈送预还原矿物的时间分布取决于后者的化学性质，这决定了熔炼所需的能量。针对特定类型的预还原矿物且相对于确定的所需生产率，已对分布进行了预备研究。
在所述熔炼时间段之后，熔炼方法可包括中间步骤，在该步骤期间，对液态熔渣S和液态铸铁G进行取样，然后验证液态熔渣S和液态铸铁G的化学成分。
此外，在熔炼时间段结束时，有可能中断钛磁铁矿和可能的辅助材料(诸如，还原剂和/或除渣剂)的馈送。
在某些情况下，熔炼时间段可限定获得由壳体12的几何形状所允许的最大量的液态铸铁所需的时间。
在其它形式的实施例中，熔炼是啊近端之后可为约为5分钟的最高温度的维持期，例如介于2分钟和10分钟之间，在该维持期期间，在没有矿物馈送的情况下，供应电能。
在化学成分的验证之后或与化学成分验证相关联，中间步骤还可提供认为是液态熔渣S多余部分的部分排出。这可在壳体12倾斜达期望除渣角α之后通过除渣孔17来进行。
部分排出的目的是为了限制熔炼炉11内的液态熔渣S的厚度，并减小其体积，以获得所需的加工条件。取决于可能在每种情况中出现的具体要求或条件，部分排出可允许排出基本上任意量的液态熔渣S，甚至多达熔炼室14中存在的总液态熔渣S的90％。
本发明提供以下变型：壳体12的倾斜(倾斜除渣角α和出渣角β两者)具有小于0.5°，有利地0.1°的精度。
由于壳体12的倾斜的精度，有可能获得液态熔渣S的精确排出(甚至约数十千克)，这赋予了熔炼方法极大的灵活性和操作精度。
显然，获得液态熔渣S的含量水平的恒定最佳值保证了更好质量的结果。
还可提供的是，在所述部分排出之后，熔炼方法可包括第二熔炼步骤，其具有自己的第二熔炼时间段，约30分钟的最短持续时间，例如介于30分钟和70分钟之间。
根据一种变型，熔炼方法使得交替两个以上的熔炼步骤，每个步骤都有其自己的熔炼时间段，由液态熔渣S的一系列部分排出以及一系列不同量而分开。
在加工时间期间的任何时候，有可能控制温度并检测且验证液态铸铁G和液压熔渣S的化学成分。
在该检测和验证的结果的基础上，当液压铸铁G包含已知初始量的钒的至少75％，例如80％，且液压熔渣S包含已知初始量的TiO2的至少80％，例如90％至95％，且具体包含等于至少40％的重量％的TiO2时，电能的供应被中断且液压熔渣S和液态铸铁G单独排出。
借助于熔炼炉11的壳体12的第一渐进倾斜直到达到所需的除渣角α(其可例如为8°)，且相对于第一倾斜在相反侧上的壳体12的随后第二渐进倾斜直到达到出渣角β，发生这种单独排出。
作为实例，在从壳体12的底部出渣的情况下，出渣角β可为约14°，而在利用出渣喷口19出渣的情况下，出渣角β可为约35°。
我们现在描述根据本发明的方法的一个应用实例。
在该实例中，考虑了生产目标，在约120分钟的加工时间段期间内(两次连续的铸造之间)，其需要平均地馈送，矿物的平均输送约为73ton/h。在加工时间内，假设材料的馈送时间等于约94分钟，则矿物的平均输送为93ton/h。记住初始过渡步骤，其中输送小于稳定状态输送，稳定状态输送Qmax可为约96ton/h。
可用在根据本发明的熔炼过程中的含铁、钛和钒的预还原矿物的实例可具有以下化学成分(以重量表示)：
Fe＝63％，FeO＝6.1％(金属化程度93％)，C＝2.5％，CaO＝1％，MgO＝2.7％，SiO2＝4.2％，Al2O3＝4.0％，TiO2＝15.1％，V2O5＝0.7％。
矿物(钛磁铁矿)在室温下(指示性地低于40℃)馈送。
生产率目标使得熔炼炉必须以等于73t/h的钛磁铁矿平均输送(称为平均铸造时间，其包括不馈送材料的时间)进行馈送。
从以上内容，可能优选的是，选择其中壳体12的内径足以允许液态铸铁G和液态熔渣S之间的大的接触表面的熔炼炉11。因而，建议使用壳体12的内径等于约7m的熔炼炉11。此外，壳体12应该为使得其可以在每次铸造中，产生且包含总量等于100吨的液态铸铁G。
上面所述的通过实例给出的钛磁铁矿的化学成分使得，对于馈送的每吨材料而言，产生了约0.69吨量的液态铸铁G以及约0.30吨量的液态熔渣S。
因此，在铸造的过程中，必须馈送约145吨钛磁铁矿，且因此加工时间等于约120分钟。
考虑到液态熔渣的密度约为2.2ton/m3，在一次铸造中产生的熔渣的体积等于13.6m3。
液体池的直径被限定，即，熔炼室14的部分能够包含液态铸铁G和液态熔渣S，其由壳体12的内径、保护覆盖件15的壁和粘附至保护覆盖件15的固态熔渣层的净厚度来确定。
后一个层存在于以下假设中：采用导热的耐火覆盖件15a，且其中壳体12借助于管束15b进行外部冷却。
如果我们假设保护覆盖件15的厚度等于约0.55m，且固态熔渣的厚度等于约0.33m，与等于7m的壳体12的直径相比较，液体池的直径为约5.3m，且液体池22的表面为2m。
在加工时间期间产生的液态熔渣S的压头可定量在约620mm。
因此，如果熔炼过程中产生的所有液态熔渣S仍然包含在熔炼炉中，且考虑到在铸造开始时，熔渣的厚度必须至少为200mm以将电弧尽可能地浸没在其中，那么熔渣的最终厚度为约820mm。该厚度会使得还原过程极为困难，尤其是在过程的高级阶段期间。为此原因，鉴于馈送的材料的化学性质以及熔炼炉11的尺寸，可取的是，选择在熔炼时间段结束时包括液态熔渣S的中间排出的过程。
通过增加熔炼炉11的直径以限制液态熔渣S的压头，不存在部分排出的单阶段过程是有可能的；但是这一情况以及装置成本的增加意味着过程中更多的热量消散且因此造成过程的能量效率降低。
因此，已经决定了进行具有液态熔渣S的中间排出的过程，其确定在所述熔炼时间段期间，在已经馈送了总材料的一半之后，进行排出。因此，在部分排出开始时，预期的液态熔渣S的厚度等于约510mm。
参考图5，示例性过程包括以下步骤：
0-7分钟：制备熔炼炉11的初始步骤(控制装置以及熔炼炉11的部件的功能)；
7-15分钟：初始过渡步骤，同时具有降低的输送速率(50-70t/h)的材料供给和降低的电功率(35-55MW)的供应，以便使液池达到所需的加工温度(＞1,450℃)。同时，可与矿物一起或通过另一入口馈送还原剂和成渣材料。
例如，参考以上指定的矿物并还假定如下，其特征在于，氧化钛和总氧化物(氧化铁除外)之间的重量比等于0.53，为获得具有高氧化钛含量(＞40％)的熔渣和钒的所需要的还原程度，所需要的比消耗量(一次浇铸期间材料馈送千克和一次浇铸期间矿物馈送千克之间的比率)在以下范围内：焦炭20-34kg/kg，成渣材料小于35kg/kg。
15-54分钟：熔炼步骤，口癖最大的电功率供应(65-75MW)和最大的矿物输送速率(85-105t/h)。
例如，参考预还原矿物，其特征在于，金属化93％，碳2％，总氧化物(氧化铁除外)28％，室温(5-40℃)，在熔炼步骤期间，馈送到熔炉的矿物的具体的输送速率Msp介于20-25kg/(min*MW)范围内。在熔炼步骤中，这个范围决定了所要供应的最大稳定状态的电功率。稳定状态功率被定义Pmax，其值从以下公式Pmax＝k*Qmax/Msp中获得。例如，在如上描述的Qmax和Msp的值下，Pmax约等于70MW。
在矿物具有不同于所考虑的化学成分和/或温度的情况下，在保持步骤期间，电功率和矿物输送速率之间的比率不断变化。对于所述特征的不同值，如上标识的矿物具体的输送速率Msp的值可通过将它乘以一个系数k、矿物金属化函数、碳的含量百分比、氧化物(氧化铁除外)的含量百分比、以及矿物的馈送温度来校正。
在熔炼期间，还原剂和成渣材料可与矿物同时馈送或通过另一入口馈送。停止馈送矿物之前的几分钟，可进行熔渣和液态铸铁的化学分析。
54-57分钟：保持步骤，通过电能供应而无需馈送矿物(但尽可能额外添加还原剂和/或成渣材料)尽可能地保持温度或增加温度，以便在液态熔渣S排出之前完成(基于前两个步骤的化学分析)钒的还原反应。
57-61分钟：通过倾斜熔炼炉11的壳体12，液态熔渣S部分排出。可通过目测壳体12内部液态熔渣S的压头，或通过测量在合适容器内液态熔渣S的量，或通过称重熔炼炉11的系统来控制所排出的液态熔渣S的量。最后是使壳体12内的液态熔渣S的压头达到介于150mm和250mm之间的数值。
61-66分钟：如7-15分钟。
66-107分钟：如15-54分钟。
107-113分钟：如54-57分钟。
113-120分钟：通过倾斜熔炼炉的最后除渣以及通过相反方向的倾斜的随后液态铸铁的出渣。
很明显，在不脱离本发明的领域和范围的情况下，可对如前文所述的装置10和用于熔炼含铁，钛和钒的矿物的方法的部分进行修改和/或添加。
同样明显的是，尽管已参考一些特定实例对本发明进行了描述，但熟悉本领域的技术人员将肯定能实现许多其它等效形式的装置和方法，其具有在权利要求中所述的特征且因此这些全都落在由权利要求所限定的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于熔炼含铁，钛，和钒的矿物的方法，所述内容物每种具有已知的初始量，在电熔炼炉(11)中设置有一容纳主体(12)，其围绕中心轴线(X)延伸、并可在包含所述中心轴线(X)的倾斜面上借助于旋转而倾斜，其特征在于，其包括：
-将所述矿物以及包括还原剂和/或除渣剂的辅助材料以增加的输送速率馈送到所述容纳主体(12)中，并以递增方式将电能供应到所述电熔炼炉(11)，直到达到稳定状态功率(Pmax)和至少1450℃的稳定状态温度，其中所述稳定状态功率(Pmax)与馈送所述矿物的稳定状态输送速率(Qmax)成正比，并且与馈送到所述容纳主体(12)中的所述矿物的具体的输送速率(Msp)成反比，所述具体的输送速率(Msp)取决于所述矿物的金属化程度，取决于碳含量的重量百分比，取决于所述矿物的馈送温度以及取决于氧化物含量的总重量百分比，氧化铁除外；
-保持所述稳定状态温度，所需的使其在所需的熔炼时间段内足以获得所述矿物的完全熔炼，并且作为所述熔炼的产物，液态铸铁(G)含钒，且液态熔渣(S)含氧化钛，所述熔炼时间段延长，直到获得最大量的液态熔渣(S)，其可在由所述容纳主体(12)的几何形状所允许的最大体积值和与所述矿物中所含的所述钒的还原不相容的有限厚度的液态熔渣(S)之间进行选择；
-当所述所需的熔炼时间段过后，中断将所述矿物馈送到所述容纳主体(12)中；
-在所述的熔炼时间段过后和/或在所述熔炼时间段期间，还可通过取样来检测和验证所述液态铸铁(G)和所述液态熔渣(S)的化学成分，以便控制所述液态铸铁(G)是否含所述已知初始量的钒的至少75％，以及所述液态熔渣(S)是否含所述已知初始量的氧化钛的至少90％，其中在所述液态熔渣(S)中含至少40重量％的所述氧化钛；
-使用所述容纳主体(12)在第一方向上的第一倾斜来单独地且在验证所述化学成分后排出所述液态熔渣(S)，并且使用所述容纳主体(12)在第二方向上的第二倾斜来排出所述液态铸铁(G)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述熔炼时间段后并且在分别地排出所述液态熔渣(S)和所述液态铸铁(G)之前，根据所述液态熔渣(S)和所述液态铸铁(G)的所述化学成分的所述检测和验证的结果，以使得中断含铁、钛和钒的所述矿物的所述馈送，尽可能地继续所述辅助材料的所述馈送，并且供应小于或等于所述稳定状态功率(Pmax)的电保持功率，以便保持所述稳定状态温度在一个保持时间段内足以使得在所述液态铸铁(G)中的钒达到所述已知初始量的钒的至少75％。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述熔炼时间段过后，借助于通过所述容纳主体(12)在第一方向上的倾斜来部分排出所述液态熔渣(S)，使得液态熔渣(S)的含量水平在每个时刻都保持在所需的数值内，以便使得所需量的液态熔渣(S)从穿透所述容纳主体(12)的除渣孔(17)排出。
4.根据权利要求所述3的方法，其特征在于，在所述部分排出期间，所述容纳主体(12)在所述第一方向上倾斜达小于或等于15°的除渣角(α)。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在所述部分排出期间，存在于所述容纳主体(12)中的一部分液态熔渣(S)被排出，以便使所述液态熔渣(S)的含量水平保持在小于650mm，优选在100mm和300mm之间，更加优选在150mm和250mm之间。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的方法，其特征在于，所述容纳主体(12)通过在所述第二方向上的倾斜来排出所述液态铸铁(G)的角度小于或等于40°的出渣角(β)。
7.根据权利要求3到6中任一项所述的方法，其特征在于，在所述部分排出之后，并且在通过在所述第一和第二方向上倾斜所述容纳主体(12)而分别地排出所述液态铸铁(G)和所述液态熔渣(S)之前，所述方法执行至少一次以下操作顺序，包括：在增加的输送速率下将矿物和辅助材料馈送到所述容纳主体(12)中，以及同时增加电能供应直到达到所述稳定状态功率(Pmax)和达到超过1450℃的所述稳定状态温度，在所述稳定状态温度下熔炼所述矿物达所需的第二熔炼时间段，直到达到最大量的液态熔渣(S)，验证所述液态熔渣(S)和所述液态铸铁(G)的所述化学成分，并且进行液态熔渣(S)的进一步可能的部分排出。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在达到所述最大量的液态熔渣(S)之前，所述方法使得中断将所述矿物馈送到所述容纳主体(12)中，并供应等于或小于所述稳定状态功率(Pmax)的电保持功率，用于在一段保持时间段内使得足以在所述液态铸铁中至少获得的钒含量大于所述矿物中最初含的钒的75％。
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