王禹鍵 ^1，2 ，饒家庭 ^1，2 ，林文康 ³

( 1． 攀鋼集團(tuán)研究院有限公司，四川 攀枝花 617000;

2． 釩鈦資源綜合利用國家重點實驗室，四川 攀枝花 617000;

3． 攀鋼集團(tuán)西昌鋼釩有限公司，四川 西昌市 615000)

摘 要: 針對西昌鋼釩受生礦資源條件限制，燒結(jié)和高爐物料結(jié)構(gòu)調(diào)整頻繁，對生產(chǎn)不利的問題，本文著重對利用釩鈦精礦生產(chǎn)酸性釩鈦燒結(jié)礦替代生礦的開發(fā)過程進(jìn)行了簡述。研究結(jié)果顯示，控制燃料配比5%，生產(chǎn)堿度為0． 6，TiO₂ 含量5． 5%的酸性釩鈦燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量最優(yōu)。酸性釩鈦燒結(jié)礦替代生礦入爐后，可以減少原料有害元素的帶入量，抑制低價鈦還原，工業(yè)試驗通過提高球團(tuán)礦配比、發(fā)展中心煤氣流，提高富氧、頂壓和爐溫穩(wěn)定性等措施，試驗期高爐爐況穩(wěn)定順行，利用系數(shù)提高 0． 082 t/m³ ·d，鐵損降低 0． 51%，燃料比降低5． 47 kg/t。

關(guān)鍵詞: 釩鈦礦; 酸性釩鈦燒結(jié)礦; TiO₂ 含量; 高爐

1 前 言

西昌鋼釩位于西昌市南部經(jīng)久工業(yè)區(qū)內(nèi)，是以冶煉釩鈦磁鐵礦為主的鋼鐵企業(yè)，擁有 1 750m³ 高爐三座，設(shè)計年產(chǎn)生鐵約 430 萬 t，年需求生礦約 50 萬 t。西昌周邊滿足冶煉要求的生礦資源匱乏，生礦呈現(xiàn)產(chǎn)地多，供應(yīng)量小的特點，燒結(jié)和高爐物料結(jié)構(gòu)調(diào)整頻繁，影響了高爐的穩(wěn)定順行。攀西地區(qū)釩鈦鐵礦資源豐富，以釩鈦鐵精礦為主原料生產(chǎn)酸性釩鈦燒結(jié)礦替代生礦入爐，不但能夠解決生礦資源緊張對生產(chǎn)的限制，提高高爐技經(jīng)指標(biāo)，降低生鐵成本，還能加強(qiáng)對釩鈦資源的開發(fā)力度，對穩(wěn)定高爐生產(chǎn)和促進(jìn)釩鈦礦冶煉技術(shù)進(jìn)步具有重要意義。

2 實驗室工作

國內(nèi)外研究表明，酸性燒結(jié)礦生產(chǎn)過程中存在利用系數(shù)低，固體燃耗高，產(chǎn)品還原性差，粉化率高等問題^［1］ 。

2． 1 實驗原料及條件

燒結(jié)實驗在300 mm ×800 mm 燒結(jié)杯中進(jìn)行，其主要工藝參數(shù)見表 1，原料分析見表 2。

2． 2 關(guān)鍵成分控制

釩鈦燒結(jié)礦的 TiO₂ 含量對其產(chǎn)質(zhì)量有明顯的影響^［2］ ，這是區(qū)別于普通燒結(jié)礦的重要指標(biāo);燒結(jié)礦的堿度( 如無特別說明，均指二元堿度R₂ ) 決定了對酸性料的替代量，這體現(xiàn)了替代生礦的比例; 酸性釩鈦燒結(jié)礦固結(jié)方式的差異，燃料配比高，燒結(jié)礦亞鐵含量對燒結(jié)時間、燒結(jié)礦質(zhì)量及燒結(jié)礦成本有重要影響。因此，對酸性釩鈦燒結(jié)礦堿度、TiO₂ 含量及燃料配比的控制是本文研究的重要內(nèi)容。

2． 2． 1 適宜堿度的控制

實驗室進(jìn)行了不同堿度的酸性燒結(jié)礦燒結(jié)杯實驗，圖 1 為不同堿度燒結(jié)實驗 TFe、TiO₂ 隨R₂ 升高的關(guān)系，實驗中燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)和利用系數(shù)見圖 2。

據(jù)圖1 所示，在不同堿度實驗中，保持燒結(jié)礦TiO₂ 穩(wěn)定條件下，隨燒結(jié)礦堿度升高，TFe 品位呈下降趨勢。據(jù)圖2 所示，隨著堿度的升高，酸性釩鈦燒結(jié)的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)和利用系數(shù)均呈上升趨勢，從實驗結(jié)果看，酸性釩鈦燒結(jié)礦適宜的堿度范圍為0．6 ～0．8，其具有較好的機(jī)械強(qiáng)度和產(chǎn)量。

2． 2． 2 適宜 TiO₂ 含量的控制

實驗室進(jìn)行了不同 TiO₂ 含量燒結(jié)實驗，Ti－1 ～ Ti －5 是燒結(jié)礦堿度為 0． 6，但 TiO₂ 含量不同的 5 種燒結(jié)礦。不同 TiO₂ 含量燒結(jié)杯實驗的相關(guān)指標(biāo)檢測結(jié)果分別如圖 3、圖 4 所示。

據(jù)圖 3、4 所示，燒結(jié)物料中釩鈦礦配比增加，熔劑配比降低，燒結(jié)礦 TFe 品位和 TiO₂ 含量升高，Ti －3 利用系數(shù)和轉(zhuǎn)鼓指數(shù)較為均衡，控制TiO₂ 含量在 6% 左右的酸性釩鈦燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量最好。

2． 2． 3 合理燃料成分的控制

根據(jù)堿度和 TiO₂ 含量的控制范圍，設(shè)計了燃料配比、TiO₂ 含量及堿度的正交實驗，如表3 所示。

對成品率、轉(zhuǎn)鼓指數(shù)、利用系數(shù)進(jìn)行 30 分、20 分、50 分的權(quán)重賦值^［1］ ，測算綜合權(quán)重系數(shù)，最高者為最優(yōu)，如圖 5 所示。極差結(jié)果顯示 ZY－5 組綜合權(quán)系數(shù)最高( 以下稱最優(yōu)組) ，隨后的驗證實驗結(jié)果與正交實驗結(jié)果相當(dāng)，最優(yōu)組具有較高的可靠性。三因素對燒結(jié)礦成品率、轉(zhuǎn)鼓指數(shù)及利用系數(shù)影響的主次關(guān)系是: 燃料配比 ＞TiO₂ 含量 ＞ 堿度。

2． 3 酸性釩鈦燒結(jié)礦指標(biāo)差的原因

為了找到酸性釩鈦燒結(jié)礦指標(biāo)差的主要原因，對比了酸、堿燒結(jié)礦混合料粒度及燒結(jié)礦微觀結(jié)構(gòu)。

2． 3． 1 混合料粒度對比

酸性燒結(jié)礦參照最優(yōu)組物料結(jié)構(gòu)，堿性燒結(jié)礦參照西昌鋼釩現(xiàn)場燒結(jié)礦物料結(jié)構(gòu)。

據(jù)表 5 所示，酸性混合料中溶劑配比較低，影響了混合料制粒效果，混合料粒度中 + 3 mm比例較堿性燒結(jié)礦低約 15%，在燒結(jié)過程中料層透氣性較差，這是酸性釩鈦燒結(jié)速度慢的主要原因。

2． 3． 2 微觀結(jié)構(gòu)對比

堿性釩鈦燒結(jié)礦與酸性釩鈦燒結(jié)礦物相檢測結(jié)果見表 6。

據(jù)表 6 所示，酸性釩鈦燒結(jié)礦礦物組成成分與堿性釩鈦燒結(jié)礦差異不大，但各自間含量差異明顯。在顯微鏡下觀察堿性釩鈦燒結(jié)礦，發(fā)現(xiàn)了大量的鐵酸鈣和硅酸鹽粘結(jié)相，對燒結(jié)礦中赤鐵礦的連晶起到了很好的粘結(jié)作用，這是影響燒結(jié)礦強(qiáng)度的重要物相^{［6 ～8］} 。酸性燒結(jié)礦中分布的硅酸鹽與其他礦物緊密膠結(jié)，保證了燒結(jié)礦具有一定的強(qiáng)度，但硅酸鹽粘結(jié)相強(qiáng)度較鐵酸鈣低，這導(dǎo)致了酸性釩鈦燒結(jié)礦在宏觀上的強(qiáng)度低于堿性釩鈦燒結(jié)礦，這從微觀結(jié)構(gòu)方面解釋了酸性釩鈦燒結(jié)礦機(jī)械強(qiáng)度較低的原因。

2． 4 冶金性能研究

實驗室進(jìn)行了酸性釩鈦燒結(jié)礦綜合爐料冶金性能檢測。引入了礦石透氣性綜合指數(shù)的概念，它能更好地反映礦石的熔滴性能，S 值越低說明在爐內(nèi)透氣性越好。

透氣性綜合指數(shù)

式中 Ts 為壓差突然升高溫度，℃; Tm 最大壓差溫度，℃; ΔPmax 為最高壓差，kPa; ΔP 為熔滴爐壓差陡升時的壓差，大小為 1 kPa。

綜合樣冶金性能檢測結(jié)果如表 7 所示。隨酸性釩鈦燒結(jié)礦替代生礦比例提高，綜合爐料透氣性趨于改善，替代比例達(dá)到 3% 后，S 值較 2%的替代比例略有升高; 爐料在爐內(nèi)的軟熔位置下移，綜合爐料還原性略有降低，入爐可能會增加燃料消耗^［1，10］ 。

注: 其中 S 為西昌自產(chǎn)堿性燒結(jié)礦，Q 為白馬球團(tuán)礦，K 為西昌現(xiàn)場取回生礦，X 為最優(yōu)組( ZY －5) 酸性釩鈦燒結(jié)礦。

3 高爐應(yīng)用情況簡析

高爐冶煉制度對冶煉釩鈦礦至關(guān)重要 ^［2］。工業(yè)試驗對酸性釩鈦燒結(jié)礦入爐后高爐指標(biāo)、冶煉制度的調(diào)整和對高爐冶煉的影響進(jìn)行了簡要分析。

3． 1 高爐指標(biāo)情況

西昌鋼釩在 1 # 高爐進(jìn)行了酸性釩鈦燒結(jié)礦入爐工業(yè)試驗，爐料結(jié)構(gòu)及高爐主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表 8、表 9。

試驗期 2． 31% 的酸性釩鈦燒結(jié)礦入爐后，綜合入爐品位升高 0． 22%，高爐利用系數(shù)提高0. 082 t/( m³ ·d) ，鐵損降低 0. 51%，燃料比降低5. 47 kg/t，高爐爐況順行。

3． 2 采取的優(yōu)化措施

針對酸性釩鈦燒結(jié)礦入爐后可能引起燃料比升高的問題，高爐可采取以下措施。

( 1) 優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)，提高球團(tuán)礦配比。對比而言，酸性釩鈦燒結(jié)礦對爐渣的調(diào)節(jié)能力弱于需替代的生礦，釩鈦燒結(jié)礦堿度低于 1． 8，燒結(jié)礦的產(chǎn)量及機(jī)械強(qiáng)度可能大幅降低 ^［2］ 。西昌鋼釩目前堿性燒結(jié)礦堿度為 1． 8 左右，不具備繼續(xù)降低的條件，在不改變冶煉渣系的前提下，酸性釩鈦燒結(jié)礦替代生礦入爐后，提高球團(tuán)礦配比是目前最有效的手段之一;

( 2) 優(yōu)化布料制度，穩(wěn)定氣流分布。裝料制度上將礦石平臺由 3 環(huán)進(jìn)為 4 環(huán)，礦角寬度由 6°提高至 8°，焦角由 4°減小到 2°，邊緣氣流得以抑制，中心氣流得以發(fā)展，這對提高煤氣利用率，降低燃料消耗有利;

( 3) 優(yōu)化送風(fēng)制度，提高爐頂壓力。在保證全風(fēng)操作的基礎(chǔ)上，試驗期爐頂壓力由基準(zhǔn)期的165kPa 提高至 170kPa，單位富氧量增加約 150m³ /h，減緩了煤氣上升速率，增加了與爐料的接觸時間，使?fàn)t缸內(nèi)氧勢增加，十字中心溫度提高約 50 ℃，中心氣流增強(qiáng);

( 4) 穩(wěn)定造渣制度和熱制度。保持當(dāng)前高爐冶煉渣系不改變，冶煉過程中控制充足而穩(wěn)定的爐溫。根據(jù)西昌鋼釩合格爐溫的定義，試驗期共計出鐵 123 爐，其中 98 爐爐溫合格，爐溫合格率達(dá)到 79． 67%，高出基準(zhǔn)期 67． 47% 的爐溫合格率約 12． 2%。

3． 3 酸性釩鈦燒結(jié)礦的優(yōu)勢

對工業(yè)試驗結(jié)果進(jìn)行分析，可以更為全面的了解酸性釩鈦燒結(jié)礦替代生礦這項技術(shù)的應(yīng)用前景。

( 1) 穩(wěn)定高爐生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本。酸性釩鈦燒結(jié)礦入爐后，高爐爐料結(jié)構(gòu)變化頻率明顯降低，變料次數(shù)由基準(zhǔn)期 2 ～3 次/d 降低至 0． 5 ～1次/d，高爐穩(wěn)定性提高，試驗期高爐利用系數(shù)、產(chǎn)量、鐵損、燃料比等指標(biāo)改善，生產(chǎn)成本降低;

( 2) 減少有害元素帶入量，提高產(chǎn)品質(zhì)量。表 10 中原料堿負(fù)荷和硫負(fù)荷的統(tǒng)計顯示，試驗期原料堿負(fù)荷降低 2． 17 kg/t，硫負(fù)荷降低 0． 3kg/t。酸性釩鈦燒結(jié)礦害元素含量低，減少了原料中有害元素帶入量，有利于產(chǎn)品質(zhì)量提高;

( 3) 抑制低價鈦還原，改善爐渣流動性。如表 11 所示，西昌鋼釩的爐渣屬于高鈦爐渣，隨著( TiO₂ ) 的還原，TiC 和 TiN 等高熔點物質(zhì)的生成，爐渣的流動性變差，渣鐵分離效果惡化，嚴(yán)重時會影響高爐順行^［1，2］。

酸性釩鈦燒結(jié)礦含有較高的 FeO( 一般 ＞10%) ，它對增加爐缸氧勢，抑制低價鈦還原有利^［7］。試驗期 Ti( C，N) 總量降低了 0． 178%，在一定程度上改善了高鈦渣的粘度，對降低鐵損有利。從圖 6 結(jié)果看，試驗期爐渣粘度略有降低，說明酸性釩鈦燒結(jié)礦對降低爐渣粘度有利。

4 結(jié) 論

在當(dāng)前西昌鋼釩原料條件下，酸性釩鈦燒結(jié)礦作為一種新型物料替代生礦的試驗研究表明:

( 1) 堿度、配碳量及 TiO₂ 含量三因素中對酸性釩鈦燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量影響主次關(guān)系依次為燃料配比、TiO₂ 含量、堿度，控制燃料配比在 5%，生產(chǎn)堿度為 0． 6，TiO₂ 含量 5． 5% 的酸性釩鈦燒結(jié)礦，得到燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量最優(yōu);

( 2) 酸性釩鈦燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量差的主要原因是熔劑配比低，制粒效果差，燒結(jié)過程透氣性不好，燒結(jié)速度慢，而以硅酸鹽相為主的粘結(jié)相強(qiáng)度也低于鐵酸鹽相，這是強(qiáng)度較低的主要原因;

( 3) 冶金性能檢測表明，酸性釩鈦燒結(jié)礦入爐替代 1% ～ 3% 塊礦后，爐料的透氣性變化不明顯，但爐料還原性變差，隨替代比例的提高，影響程度加深;

( 4) 通過提高球團(tuán)礦，發(fā)展中心煤氣流，提高爐頂壓力和爐溫穩(wěn)定性等措施，酸性釩鈦燒結(jié)替代部分生礦入爐在技術(shù)上可行，抵消了酸性釩鈦燒結(jié)礦帶來的不利影響，高爐穩(wěn)定性提高，入爐有害元素量減少，高鈦型爐渣性能改善，高爐主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均也有改善。

參考文獻(xiàn)

［1］ 周傳典． 高爐煉鐵技術(shù)手冊［M］． 北京: 冶金工業(yè)出版社，2008．

［2］ 王筱留． 鋼鐵冶金學(xué)［M］． 北京: 冶金工業(yè)出版社，2008．

［3］ 楊傳舉． 濟(jì)鋼酸性釩鈦燒結(jié)礦的生產(chǎn)及高爐冶煉效果［J］． 中國冶金，2012，3( 22) : 33 －36．

［4］ 尹桂先． 酸性釩鈦燒結(jié)礦試驗研究［J］． 武鋼技術(shù)，2002，1( 40) : 25 －29．

［5］ 范建軍． 酸性和高堿度燒結(jié)礦合理搭配的高爐爐料結(jié)構(gòu)研究［C］/ /2013 年煉鐵級原料降本增效使用新技術(shù)新設(shè)備研討會會議論文． 2013: 108 －113．

［6］ 于恒，張展雷，安少鋒． 日鋼低堿度燒結(jié)礦生產(chǎn)實踐［J］．山東冶金，2013，6( 12) : 41 －44．

［7］ 鄧朝樞、王敏杰． 釩鈦磁鐵精礦燒結(jié)礦固結(jié)機(jī)理［J］． 燒結(jié)球團(tuán)，1985( 1) : 28 －33．

［8］ 劉擁軍． 安鋼酸性釩鈦燒結(jié)礦的生產(chǎn)實踐［J］． 鋼鐵，2003，38( 9) : 1 －4．

［9］ 李鳳臣，孫艷芹，孫麗芬． 承德釩鈦磁鐵礦低堿度燒結(jié)試驗研究［J］． 鋼鐵研究，2012，40( 5) : 1 －8．

［10］ 周文勝． 酸性釩鈦燒結(jié)礦的開發(fā)及應(yīng)用實踐［J］． 黑龍江冶金，2015，35( 2) : 47 －49．