張立恒， 李萬禮， 岳宏瑞， 薛向欣

（東北大學(xué)材料與冶金學(xué)院，沈陽 110819）

0 引 言

釩鈦磁鐵礦是一種復(fù)合礦產(chǎn)資源，在我國分布廣泛，儲(chǔ)量豐富，儲(chǔ)量和開采量居全國鐵礦的第3位，已探明儲(chǔ)量超過100億t，遠(yuǎn)景儲(chǔ)量達(dá)300億t以上，主要分布在四川攀西（攀枝花-西昌）、河北承德等地區(qū).釩鈦磁鐵礦的特點(diǎn)為“貧、細(xì)、散、雜”，按照含有Cr2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高低，可以將其劃分為普通釩鈦磁鐵礦和高鉻型釩鈦磁鐵礦[1-3].高鉻型釩鈦磁鐵礦的礦物組成比普通釩鈦磁鐵礦更復(fù)雜，原料特性更特殊.國內(nèi)某鋼鐵企業(yè)利用地緣優(yōu)勢，積極拓展鐵礦資源來源，每年從國外進(jìn)口大量的高鉻型釩鈦磁鐵礦用于高爐生產(chǎn)，不僅滿足了對(duì)鐵礦石原料的需求，而且開發(fā)出了高附加值的釩鉻產(chǎn)品，其成分和國內(nèi)的紅格礦區(qū)釩鈦磁鐵礦相似[4].

堿度既影響燒結(jié)過程和燒結(jié)礦的產(chǎn)量及質(zhì)量，又影響高爐冶煉中的高爐爐料結(jié)構(gòu)和升溫還原過程，是燒結(jié)生產(chǎn)過程中最重要的控制參數(shù)之一[5-9]，國內(nèi)外科研工作者已經(jīng)對(duì)其做了大量的研究[10-15]，高鉻型釩鈦磁鐵礦燒結(jié)過程適宜堿度的研究還未見報(bào)道.為此，本文對(duì)高鉻型釩鈦磁鐵礦燒結(jié)堿度進(jìn)行了系統(tǒng)研究，探索了獲得優(yōu)質(zhì)高鉻型釩鈦磁鐵礦的燒結(jié)堿度，為高爐冶煉高鉻型釩鈦磁鐵礦提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐，促進(jìn)煉鐵前工序強(qiáng)化冶煉和節(jié)能降耗.

1 實(shí)驗(yàn)方法及方案

1.1 實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)的原料、燃料來源于生產(chǎn)現(xiàn)場，其化學(xué)成分列于表1，表2.

燒結(jié)杯試驗(yàn)是對(duì)某鋼鐵集團(tuán)燒結(jié)廠的實(shí)際生產(chǎn)情況的模擬.各次試驗(yàn)用料按試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案配料，將燒結(jié)廢氣溫度開始下降時(shí)定為燒結(jié)終點(diǎn).

表1 原料化學(xué)成分/%

表2 燃料成分/%

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

燒結(jié)原料主要為高鉻型釩鈦精礦粉、冷返、槽返、印度礦粉、自溶粉、瓦斯灰、棄渣、磁選粉等.以燒結(jié)實(shí)際配礦方案為基礎(chǔ)，考慮原料條件和高爐實(shí)際生產(chǎn)需要，試驗(yàn)研究階段堿度變化范圍為1.5～2.3，具體試驗(yàn)方案列于表3.

表3 燒結(jié)所用鐵礦化學(xué)成分/%

根據(jù)原料實(shí)際情況，固定碳含量，同等返礦條件，水分控制在7.5%，使用白灰調(diào)節(jié)堿度.研究堿度變化對(duì)于燒結(jié)礦質(zhì)量的影響規(guī)律.各種礦粉做到均勻分散，齊整可比.

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 堿度對(duì)高鉻型釩鈦燒結(jié)礦生產(chǎn)指標(biāo)的影響

堿度對(duì)高鉻型燒結(jié)礦利用系數(shù)、垂直燒結(jié)速度、燒結(jié)成品率的影響結(jié)果如圖1～圖3所示.

圖1 堿度對(duì)燒結(jié)利用系數(shù)的影響

圖2 堿度對(duì)垂直燒結(jié)速度的影響

圖3 堿度對(duì)燒結(jié)成品率的影響

從圖1到圖3可以看出，燒結(jié)礦堿度提高后，燒結(jié)利用系數(shù)略有升高，垂直燒結(jié)速度增加，燒結(jié)成品率隨堿度的提高呈下降趨勢.提高堿度對(duì)燒結(jié)生產(chǎn)指標(biāo)的改善是由于隨燒結(jié)料中CaO含量增多，生產(chǎn)鐵酸鈣（CaO·Fe2O3）等低熔點(diǎn)、強(qiáng)度高的黏結(jié)相增多，燒結(jié)料層的透氣性改善，燒結(jié)生產(chǎn)率提高.燒結(jié)礦由于料層溫度低，不易產(chǎn)生過熔，因而大塊燒結(jié)礦減少，粒度組成均勻合理.隨著燒結(jié)礦堿度的提高，也會(huì)帶來一些負(fù)面影響，一方面燒結(jié)礦品位會(huì)降低，這是因?yàn)榕淙肓溯^多的溶劑，使得全鐵品位降低；另一方面硫含量升高，堿度升高，燒結(jié)料中CaO含量高，其具有較強(qiáng)的吸硫能力，可以生產(chǎn)穩(wěn)定的CaS，而且碳酸鹽分解吸熱，高堿度燒結(jié)料層高溫區(qū)溫度降低，燒結(jié)速度較快，高溫時(shí)間短，對(duì)去S不利.因此堿度的增加會(huì)產(chǎn)生雙方面的效果，并不是越高越好，而太低會(huì)對(duì)燒結(jié)利用系數(shù)和速度有限制，堿度控制在1.9～2.0較為適宜.

2.2 堿度對(duì)燒結(jié)礦強(qiáng)度的影響

經(jīng)過轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)測定，燒結(jié)礦堿度提高后，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)升高，抗磨指數(shù)降低，燒結(jié)礦的冷態(tài)機(jī)械強(qiáng)度提高，如圖4，圖5所示.這是由于燒結(jié)礦堿度提高后，一方面燒結(jié)礦中產(chǎn)生了大量的鐵酸鈣液相，對(duì)周圍物質(zhì)的黏結(jié)能力加強(qiáng)；另一方面，堿度提高，燒結(jié)礦中的FeO和SiO2含量比較高，生成脈石的熔點(diǎn)降低，液相量增多，局部出現(xiàn)交織溶蝕結(jié)構(gòu)，從而改善了燒結(jié)礦冷態(tài)機(jī)械強(qiáng)度.

圖4 堿度對(duì)燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)的影響

圖5 堿度對(duì)燒結(jié)礦抗磨指數(shù)的影響

由表4可知，燒結(jié)礦堿度提高，燒結(jié)礦的RDⅠ-0.5和RDⅠ-3.15指標(biāo)明顯降低，而RDⅠ+6.3指標(biāo)則明顯升高，改善了燒結(jié)礦還原粉化性能，提高了高爐塊狀帶的透氣性.主要原因是燒結(jié)礦堿度提高后，鐵酸鈣含量增加，赤鐵礦體積膨脹減小，而且增加了黏結(jié)相的數(shù)量，因此，適當(dāng)提高燒結(jié)礦的堿度是增加燒結(jié)礦中黏結(jié)相數(shù)量的唯一有效方法.所以堿度在可控的情況下，應(yīng)該適當(dāng)?shù)脑黾?

表4 低溫還原粉化性能測定結(jié)果

2.3 堿度對(duì)高鉻型燒結(jié)礦荷重軟熔性能的影響

試樣粒度為1.5～2.5 mm，荷重為1 kg/cm2，料柱高度為40 mm.荷重軟熔試驗(yàn)裝置示意圖見圖6.

圖6 荷重軟熔試驗(yàn)裝置示意圖

由表5可知，隨著堿度從1.5上升到2.3，高鉻型釩鈦精礦燒結(jié)料的熔化溫度由1 390℃下降到1 361℃，熔點(diǎn)比普通燒結(jié)礦高，主要是由于產(chǎn)生了鈣鐵橄欖石和鐵酸鈣等低熔點(diǎn)共晶化合物.

表5 不同堿度燒結(jié)混合料軟熔溫度測定結(jié)果

由表6可以看出，高鉻型釩鈦燒結(jié)礦的軟化終了溫度T40%在1 200℃以上，熔融終了溫度Td也高于1 500℃，均比普通燒結(jié)礦要高，可以表明，成渣帶與軟熔帶位置較低，有利于高爐順行.

表6 不同堿度燒結(jié)礦軟熔性能測定結(jié)果

堿度從1.5上升到2.3，燒結(jié)礦軟化開始溫度T10%上升，軟熔區(qū)間變窄，開始軟化溫度T10%同時(shí)由1 091℃上升到1 135℃，軟化區(qū)間T40%～T10%由112℃下降到102℃，有利于高爐軟熔帶的下移，減薄軟熔帶，改善料柱的透氣性.熔滴性能的規(guī)律和軟化性能的規(guī)律相似，提高堿度之后，熔融開始溫度Ts不斷上升，滴落區(qū)間Td～Ts逐漸變窄.高堿度燒結(jié)礦具有較高的軟化溫度和熔融低落溫度，在高爐操作中，對(duì)于減薄融化層與成渣帶，提高透氣性具有重要意義.

3 結(jié) 論

1）隨著高鉻型釩鈦磁鐵礦燒結(jié)堿度由1.5增加到2.3，燒結(jié)成品率隨堿度的提高呈下降趨勢，垂直燒結(jié)速度提高，燒結(jié)利用系數(shù)略有升高.

2）隨著堿度的上升，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度提高，抗磨指數(shù)降低；燒結(jié)礦的還原粉化指數(shù)RDⅠ-0.5和RDⅠ-3.15指標(biāo)降低，而RDⅠ+6.3提高.

3）高鉻型釩鈦燒結(jié)礦的荷重軟熔性能隨著堿度的提高，軟熔帶下移，軟熔區(qū)間變窄，透氣性提高，對(duì)于高爐順行有積極的意義.

4）綜合考慮燒結(jié)礦堿度對(duì)燒結(jié)過程和燒結(jié)礦強(qiáng)度等因素的影響，高鉻型釩鈦燒結(jié)礦堿度適宜控制在1.9～2.0.

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