保善山，王忠有，申振國(guó)

(酒鋼集團(tuán)宏興鋼鐵股份有限公司煉鐵廠，甘肅 嘉峪關(guān) 735100)

摘 要: 酒鋼地處我國(guó)西北部，周邊高品位鐵礦的有效利用對(duì)企業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。通過(guò)在酒鋼 3#燒結(jié)機(jī)進(jìn)行釩鈦燒結(jié)礦生產(chǎn)工業(yè)試驗(yàn)，證明了酒鋼釩鈦燒結(jié)礦生產(chǎn)是完全可行的。通過(guò)工業(yè)試驗(yàn)生產(chǎn)結(jié)果表明: 隨著釩鈦磁鐵礦配比的增加，燒結(jié)料層變薄、機(jī)速降低、垂直燒結(jié)速度變慢、混合料透氣性變差、煙道負(fù)壓上升、混合料制粒效果變差，且由于鈣鈦礦的存在，燒結(jié)礦強(qiáng)度、返礦率、低溫還原粉化率、轉(zhuǎn)鼓指數(shù)等指標(biāo)呈現(xiàn)劣化趨勢(shì)，但是燒結(jié)礦熔滴區(qū)間變窄，更有利于高爐冶煉，后續(xù)生產(chǎn)應(yīng)優(yōu)先考慮燃料配比5. 2% ，且燒結(jié)礦 TiO2 含量低于 1. 5% 控制。

關(guān)鍵詞: 釩鈦磁鐵礦; 釩鈦燒結(jié)礦; 燒結(jié)性能; 鈣鈦礦; 熔滴區(qū)間

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鈦?zhàn)鳛閲?guó)際公認(rèn)的戰(zhàn)略資源，在航空航天以及儀器儀表等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。而作為鈦資源原料之一的釩鈦磁鐵礦的加工與生產(chǎn)則是有著不同的工藝。目前國(guó)內(nèi)外研發(fā)了許多非高爐冶煉釩鈦磁鐵礦的工藝，但高爐冶煉釩鈦磁鐵礦工藝相對(duì)來(lái)說(shuō)已比較成熟，而且其利用效果較好。作為高爐冶煉釩鈦磁鐵礦前重要的工序，釩鈦燒結(jié)質(zhì)量的好壞對(duì)高爐冶煉釩鈦磁鐵礦有著最直接的影響。

相較于沿海地區(qū)燒結(jié)礦生產(chǎn)，西北地區(qū)燒結(jié)礦生產(chǎn)有以下幾個(gè)缺點(diǎn): 一是需要大量高品位國(guó)外鐵精礦，這將導(dǎo)致運(yùn)輸成本上升; 二是低品位鐵精礦配比高、成品燒結(jié)礦鐵品位低。因此如何利用西北地區(qū)周邊高品位鐵精礦資源，進(jìn)而提高燒結(jié)礦鐵品位是解決運(yùn)輸成本以及成品燒結(jié)礦鐵品位的有效方法之一。結(jié)合酒鋼周邊釩鈦磁鐵礦的資源儲(chǔ)量情況，利用酒鋼 3# 燒結(jié)機(jī)進(jìn)行了為期兩個(gè)月的釩鈦燒結(jié)礦工業(yè)試驗(yàn)，探究不同比例釩鈦磁鐵精礦和燃料配比對(duì)燒結(jié)指標(biāo)及燒結(jié)礦冶金性能的影響。然后從化學(xué)成分、冶金性能、技術(shù)指標(biāo)、配料結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行分析，查 明西北地區(qū)釩鈦燒結(jié)過(guò)程以及燒結(jié)機(jī)理，揭 示了不同鈦含量對(duì)燒結(jié)礦各項(xiàng)指標(biāo)的影響，為后續(xù)酒鋼利用周邊釩鈦磁鐵礦資源提供一定的指導(dǎo)。

1 工業(yè)試驗(yàn)

1. 1 釩鈦燒結(jié)礦成礦特點(diǎn)

由于釩鈦磁鐵精礦特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，導(dǎo)致釩鈦燒結(jié)礦性能較普通燒結(jié)礦有較大差異，釩鈦磁鐵礦的主要成分為鈦磁鐵礦 ( FeO · ( Fe，Ti) ₂O₃ ) ，其熔點(diǎn)較高，為 1 495 ℃ ，低熔點(diǎn)硅酸鹽 ( 熔點(diǎn) 1 205 ～ 1 300 ℃ ) 含量較低，因此燒結(jié)混合料初熔、熔化溫度較高，不利于燒結(jié)過(guò)程早期的液相生成，從該特點(diǎn)來(lái)看，需要提高混合料的配碳量以提高燒結(jié)礦的強(qiáng)度，但是隨著配碳量的增加和燃燒帶溫度的上升，高溫還原氣氛將促進(jìn)性脆的鈣鈦礦( CaO·TiO₂ ) 生成，鈣鈦礦的存在會(huì)破壞液相黏結(jié)作用，加劇了裂紋的擴(kuò)散，導(dǎo)致燒結(jié)礦強(qiáng)度降低^［1］。另 外，釩鈦磁鐵礦由于礦物含有TiO₂、Al₂O₃ 及 MgO，礦物粘度較高，要使得液相充分流動(dòng)包裹未熔融礦物^［2］，其化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)最重要的條件——燒結(jié)時(shí)間需要增加，這就要求適當(dāng)?shù)目刂茻Y(jié)機(jī)機(jī)速并提高料層厚度。

1. 2 試驗(yàn)過(guò)程

1. 2. 1 生產(chǎn)原料及生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)控制

酒鋼 3# 燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)釩鈦燒結(jié)礦主要原燃料為釩鈦精礦 1、釩鈦精礦 2、酒鋼自產(chǎn)精礦、石灰石、生石灰、焦粉，主要成分見(jiàn)表 1?？梢钥闯?，相較于自產(chǎn)鐵精礦，兩種釩鈦精礦的粒度較粗。此外，由于生產(chǎn)過(guò)程存在一定的波動(dòng)以及人為因素導(dǎo)致生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)存在著一定的變化，為了更好的分析生產(chǎn)結(jié)果，將生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)列于表 2。

1. 2. 2 不同比例釩鈦磁鐵精礦對(duì)燒結(jié)礦冶金性能的影響

在生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)調(diào)節(jié)兩種釩鈦磁鐵精礦的比例，其中基準(zhǔn)方案為未配加釩鈦磁鐵精礦配料方案，其它 4 組方案分別配加不同比例的兩種釩鈦磁鐵精礦，從而驗(yàn)證兩種釩鈦精礦的最優(yōu)配比。其配料方案見(jiàn)表 3。

1. 3 結(jié)果分析與討論

1. 3. 1 對(duì)燒結(jié)礦主要技術(shù)指標(biāo)的影響

根據(jù)上述試驗(yàn)方案對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)所得結(jié)果進(jìn)行處理，主要探究在不同方案下利用系數(shù)、轉(zhuǎn)鼓指數(shù)、返礦率以及高爐槽上粒度的變化規(guī)律。

對(duì)圖 1 進(jìn)行分析可以看出，隨著釩鈦磁鐵精礦配比的提高，燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)降低、轉(zhuǎn)鼓指數(shù)降低、返礦率增加，高爐槽上 0 ～ 10 mm 粒級(jí)占比上升，主要原因是釩鈦磁鐵礦中 SiO₂ 含量較低，燒結(jié)時(shí)產(chǎn)生的低熔點(diǎn)液相量不足，燒結(jié)礦難以獲得良好的黏結(jié)效果，使得燒結(jié)礦強(qiáng)度變差。又因?yàn)殁C鈦燒結(jié)礦因含有鈦，黏結(jié)相在燒結(jié)過(guò)程中形成量少，鈣鈦礦的形成量較多，鈣鈦礦在燒結(jié)礦中不起黏結(jié)作用，并且在燒結(jié)礦中還會(huì)削弱鐵氧化物的連晶作用，導(dǎo)致燒結(jié)礦脆性大、強(qiáng)度降低，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)降低、返礦率增加^［3］。

1. 3. 2 對(duì)冶金性能的影響

燒結(jié)的最終目的是為高爐輸送合格的原料，因此需要考慮不同比例釩鈦磁鐵精礦對(duì)燒結(jié)礦冶金性能的影響。

由圖 2 可以看出，與生產(chǎn)普礦燒結(jié)相比，3#燒結(jié)機(jī)釩鈦燒結(jié)礦低溫還原粉化率降低明顯，主要原因是鈣鈦礦的存在破壞了液相黏結(jié)作用，加劇了裂紋的擴(kuò)散，造成燒結(jié)礦低溫還原粉化率降低。釩鈦燒結(jié)礦 900 ℃ 還原度也有一定下降，主要是因?yàn)閺臒Y(jié)礦成礦機(jī)理來(lái)看，釩鈦燒結(jié)礦的鐵酸鈣生成量比普通燒結(jié)礦低，而鐵酸鈣是燒結(jié)礦礦相結(jié)構(gòu)中一種還原性好、強(qiáng)度好的礦相，因此，釩鈦燒結(jié)礦 900 ℃ 還原度下降。但釩鈦燒結(jié)礦熔滴溫度區(qū)間變窄，更有利于高爐釩鈦礦冶煉，主要是因?yàn)殁C鈦燒結(jié)礦 TFe較普通燒結(jié)礦提高 1% ～ 2. 2% ，釩鈦燒結(jié)礦生成過(guò)程中礦物組成發(fā)生變化，低熔點(diǎn)礦物生成量增加，另外，生產(chǎn)釩鈦燒結(jié)礦以后，燒結(jié)礦中MgO的含量降低，Al₂O₃含量增加; 此外，隨著MgO 降低，一方面會(huì)造成高熔點(diǎn)物質(zhì)鎂橄欖石、鈣鎂橄欖石等含量降低; 另一方面會(huì)使得 Al₂O₃ 的含量增加，生成鋁酸鈣和鐵酸鈣的固溶體。同時(shí) Al₂O₃ 含量的增加也會(huì)使得表面張力變大，進(jìn)而降低燒結(jié)礦液相黏度以及燒結(jié)礦熔化溫度，因此釩鈦燒結(jié)礦熔滴溫度區(qū)間變窄。

2 優(yōu)化試驗(yàn)

2. 1 燒結(jié)杯試驗(yàn)原料

以現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)為參考結(jié)果，依托廠內(nèi)試驗(yàn)室開(kāi)展燒結(jié)過(guò)程優(yōu)化試驗(yàn)，主要針對(duì)燃料配比、 配加不同比例釩鈦鐵精礦等進(jìn)行優(yōu)化，在基準(zhǔn)試驗(yàn)基礎(chǔ)上對(duì)參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)，研究目的是為將配加釩鈦磁鐵精礦后的不利影響降到最低。燒結(jié)杯試驗(yàn)配料比見(jiàn)表 4。

2. 2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2. 2. 1 燃料配比對(duì)燒結(jié)結(jié)果及冶金性能影響

從之前的研究中可以看出，燃料配比在燒結(jié)過(guò)程中有著重要的地位，合適的燃料配比直接影響燒結(jié)礦冶金性能。相關(guān)研究表明，配加高比例釩鈦磁鐵精礦后，燒結(jié)適宜的燃料配比較普通礦燒結(jié)略低。因此在普通燒結(jié)的基礎(chǔ)上，降低燃料配比，以適應(yīng)高比例釩鈦磁鐵精礦燒結(jié)。在保持其他條件不變的情況下，通過(guò)控制堿度為 1. 8，模擬燒結(jié)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，進(jìn)行燃料配比分別為 5. 0% 、5. 2% 、5. 4% 的燒結(jié)杯試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5、表6 和圖3。

由圖 3 中可以看出，在三組不同燃料配比的釩鈦礦燒結(jié)杯試驗(yàn)中，燃料配比為 5. 2% 時(shí)，燒結(jié)利用系數(shù) 1. 43 t / ( m² · h ) 、成品率75. 03% 、軟化開(kāi)始溫度 ( 1 104℃ ) 、熔滴開(kāi)始溫度 ( 1 213℃ ) 均為三組中最高，該燃料配比下的軟化區(qū)間、熔滴區(qū)間也最窄，分別為 84℃、127 ℃ ; 隨著燃料配比的增加，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度逐漸升高，燃料配比為 5. 4% 時(shí)燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度最高達(dá)到 58. 5% ; 此外，隨著燃料配比的增加，燒結(jié)礦低溫還原粉化率呈逐漸升高的趨勢(shì)，而燒結(jié)礦 900 ℃ 還原度呈逐漸降低的趨勢(shì)。

其中低溫還原粉化率ＲDI ( _{+ 3. 15} mm) 由57. 3% 提高到了 58. 6% 、58. 8% ，分別提高了1. 3、1. 5 個(gè)百分點(diǎn); 900 ℃ 還原度由 82. 16% 降低 到 了 81. 29% 、78. 75% ， 分別降低 0. 87、3. 41個(gè)百分點(diǎn)。這是由于燃料配比增加后，燒結(jié)礦 FeO 含量相應(yīng)升高，導(dǎo)致燒結(jié)礦 900 ℃ 還原度降低?？傮w來(lái)看，燃料配比對(duì)低溫還原粉化率的影響較小，對(duì)利用系數(shù)影響較大; 綜合考慮以上幾個(gè)因素，在配加60. 7% 的釩鈦精礦1時(shí)，適宜的燃料配比為 5. 2% 。

2. 2. 2 不同比例釩鈦磁鐵精礦對(duì)燒結(jié)結(jié)果及冶金性能影響

基于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，將堿度控制在 1. 8，分別進(jìn)行不配加釩鈦礦的基準(zhǔn)期試驗(yàn)及燒結(jié)礦 TiO₂含量分別控制在 0. 8%、1. 5%、2. 3%、2. 8%、3. 8%等燒結(jié)杯試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 7 及圖 4 所示。在試驗(yàn)過(guò)程中不同比例釩鈦磁鐵的變化某些程度上可以等同于其中 TiO2 含量的變化，因此在后續(xù)分析中以 TiO2 含量為指標(biāo)進(jìn)行分析。

從圖 4 和表 7 中可以看出，隨著配加釩鈦磁鐵精礦比例的增加燒結(jié)礦中 TiO₂ 含量的增加，燒結(jié)利用系數(shù)、成品率均呈逐漸上升的趨勢(shì)，當(dāng) TiO₂ 含量為 1. 5% 時(shí)燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)最高為1. 46 t / ( m² · h ) ，與 基 準(zhǔn) 期 相 比 提 高 0. 13 t / ( m² ·h) ，當(dāng) TiO₂ 含量為 2. 3% 時(shí)成品率達(dá)到最大值 80. 31% ，與基準(zhǔn)期相比提高 7. 06 個(gè)百分點(diǎn)。隨著配加釩鈦磁鐵精礦比例的增加、燒結(jié)礦中 TiO₂ 含量的增加，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度及低溫還原粉化率 ＲDI ( _{+ 3. 15}) 呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)。其中燒結(jié)礦中 TiO₂ 含量為 2. 80% 時(shí)燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度最低為 56. 25% ，與基準(zhǔn)期相比降低了 3. 75 個(gè)百分點(diǎn)。隨著燒結(jié)礦中 TiO₂ 含量的增加，燒結(jié)礦 900 ℃ 還原度總體上呈逐漸降低的趨勢(shì)，而燒結(jié)礦軟化熔滴性能明顯變好，燒結(jié)礦軟化開(kāi)始溫度升高，軟化區(qū)間、熔滴區(qū)間均呈逐漸變窄的趨勢(shì)，變化趨勢(shì)與實(shí)際生產(chǎn)情況相符合。

3 結(jié)語(yǔ)

1) 釩鈦燒結(jié)礦較普礦燒結(jié)，燒結(jié)溫度、水碳匹配區(qū)間更窄，目前酒鋼釩鈦礦燒結(jié)混合料“水”“碳”均較高，后續(xù)生產(chǎn)釩鈦燒結(jié)礦建議在保證燒結(jié)礦強(qiáng)度、粒度組成的情況下，趨勢(shì)性的降低混合料 “水” “碳”，同時(shí)創(chuàng)造條件提高燒結(jié)料層厚度，實(shí)現(xiàn) “低水低碳、厚鋪慢

轉(zhuǎn)”，不斷提高燒結(jié)礦質(zhì)量。

2) 隨著燒結(jié)礦中 TiO₂ 含量升高，燒結(jié)礦的低溫粉化率和還原性能逐漸劣化，燒結(jié)礦熔融區(qū)間變窄，后續(xù)生產(chǎn)釩鈦燒結(jié)礦燃料配比為5. 2% 時(shí)對(duì)燒結(jié)礦的質(zhì)量及冶金性能影響是最低的，且在滿(mǎn)足高爐要求的前提下，燒結(jié)礦 TiO₂含量應(yīng)低于 1. 5% 控制。

3) 酒鋼地處我國(guó)西北部，外部礦石輸送難度大、高品位鐵礦資源緊張，所以對(duì)周邊資源的利用尤為重要。本次釩鈦燒結(jié)工業(yè)試驗(yàn)證明了后續(xù)進(jìn)行釩鈦燒結(jié)礦生產(chǎn)是完全可行的，對(duì)周邊資源的利用積累了大量的寶貴經(jīng)驗(yàn)。

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