曾 俊  朱承貴

（方大集團九江萍鋼鋼鐵公司，江西 九江 332500 ）

摘 要： 以澳大利亞進口鐵精粉和國內釩鈦磁鐵礦粉為主要原料，對不同 TiO 2 含量的混合鐵礦粉進行燒結杯實驗研究，并利用電鏡對礦相和元素分布進行了檢測。

關鍵詞：二氧化鈦；燒結礦；釩鈦磁鐵礦；冶金性能

我國鐵礦石資源的特征是品位較低，貧礦多富礦少，中小型礦多大型特大型的礦少，并且礦石類型復雜，難利用的鐵礦多。隨著鋼鐵工業的迅速發展，中國鐵礦石資源日趨緊張，釩鈦磁鐵礦資源正在被大力開發利用 ^[1-6] 。四川省擁有豐富的釩鈦磁鐵礦，儲量占全國總儲量的 14.1%，成分相對復雜，是目前開采的重要礦石類型之一。TiO₂ 在燒結過程中很容易和 CaO 發生反應，生成高熔點的鈣鈦礦，不利于液相的形成和流動，對燒結礦有不利的影響。TiO₂ 同時又有很好的保護爐缸的作用，因此，合理的 TiO₂ 含量對高爐順行和長久的運行有重要意義。

1 實驗原料

本實驗采用兩種鐵礦粉進行研究，其化學成分如表 1 所示?？芍拇罄麃嗚F礦粉的品位比較高為 65.23%，釩鈦磁鐵礦粉的品位不高，含有釩 0.86%，鈦 11.27%，可以通過配礦來調整 TiO₂的含量。

2 實驗方法與方案

2.1 實驗方法

燒結杯內徑 300mm，混合料加入量 40kg，燒結料層厚度控制為 500mm，燒結負壓為 9600Pa。燒結點火溫度 1180℃，點火時間 120s，燒結點火負壓控制為 5000Pa，將燒結廢氣溫度開始下降時定為燒結終點。采用人工布料，燒結過程采用計算機控制。燒結結束后，將燒結礦從 2m 高出落下 3 次后裝入振動篩進行篩分，時間為 300s，大于 5mm 的燒結礦為成品礦。按照標準取 7.5kg做轉鼓強度測試。

2.2 實驗方案

本實驗共設計了 6 組實驗，其中第 1 組為純澳大利亞礦粉燒結，其它 5 組通過理論計算配礦得到不同 TiO₂ 含量的混合礦，TiO₂ 含量分別為1%，2%，，3%，4%，5%。混合礦化學成分表見表2。燒結礦堿度為 1.8，配碳質量分數為 3.5%，返 礦質量分數 20%。

3 實驗結果與分析

3.1 TiO₂ 對燒結礦指標的影響

由圖 1 可見，隨著 TiO₂ 含量的上升，燒結礦轉鼓強度和成品率下降，當 TiO₂ 含量為 1%時，轉鼓強度為 65.78；當 TiO₂ 含量增加到 5%，轉鼓強度降低為 58.34，比基準值減低了 8.21。在 TiO₂含量不超過 2%的情況下，轉鼓指數下降幅度比較小，超過 2%之后，下降速度明顯加大；成品率同樣呈現下降趨勢，從基準的 80.1%降低到最高含 5%TiO₂ 的 75.5%,；可以看出，TiO₂ 對燒結礦轉鼓強度和成品率有較大的影響。

燒結礦的強度主要取決于混合料在熔化過程中生成液相的組成、性質、數量以及最終的礦物組成和結構。液相的流動性好、粘度小、表面張力大則有利于混合料顆粒粘結，從而提高燒結礦強度。由于 TiO₂ 含量升高，導致渣相的熔點上升，生成的液相量減少，而在配碳量一定的條件下，燒結溫度不會存在太大的變動，從而導致渣相的流動性隨著 TiO₂ 含量的升高而降低。礦物晶粒與顆粒之間渣相分布不均，容易產生空洞。

粘結力變弱，燒結礦的強度也會隨之變差。由于TiO₂ 的不斷增加，其與 CaO 反應會生成硬度大而脆的鈣鈦礦，這也是燒結礦強度變差的主要原因之一。

由圖 2 可知，在其他條件不變的情況下，隨著 TiO₂ 含量的升高，垂直燒結速度與下降，主要是因為燒結液相隨著 TiO₂ 含量的上升而增加，氣流通過料層的阻力上升。垂直燒結速度和成品率都下降，導致利用系數下降。

3.2 TiO₂ 對冶金性能的影響

表 3 可見，隨著 TiO₂ 含量增加，低溫還原粉化率上升，主要是因為鈣鈦礦分散于渣相和鐵礦物之間，降低了硅酸鹽的粘結作用以及鈦赤鐵礦的連晶作用；TiO₂ 能顯著破壞硅酸鹽相的斷裂韌性，在還原過程中受應力的作用進一步擴大，TiO₂ 含量越高，破壞力越強。

由表 4 可以看出，隨著燒結礦中 TiO₂ 含量的提高，綜合爐料的軟化開始溫度、軟化終了溫度有所升高，軟化區間（T 40 -T 10 ）逐漸變大；熔化開始溫度、熔化終了溫度均上升，軟熔區間下移及加寬；軟熔帶厚度愈寬，對上升煤氣流的阻力愈大，愈不利于高爐冶煉的順行和強化；反之，爐料透氣性能得到改善，滴落率增加，初渣流動性能好，高爐冶煉效果得到改善。除軟化開始溫度外，TiO₂ 含量對燒結礦軟熔滴落性能影響規律與過去的研究結果基本一致 ^[7,8] ，高爐生產操作過程中，較高的軟化溫度、窄的軟熔帶、較高的熔滴溫度是相對理想的狀態 ^[9-11] 。

3.3 TiO₂ 對礦物組成和顯微結構的影響

對不同含量 TiO₂ 燒結礦的礦相進行了鑒定，由物相組成可以看出，隨著 TiO₂ 含量的升高，燒結礦中鈦赤鐵礦、鈣鈦礦的含量增加，鐵酸鈣的含量減少，這是由于 TiO₂ 更容易和 CaO 反應。圖 3 為TiO₂ 含量為 3%的燒結礦電鏡和元素面分布圖，從圖中可以看出，添加的 TiO₂ 主要以鈣鈦礦的形式存在于赤鐵礦間隙中，沒有固定的形狀；并且鈦的元素分布和硅、鈣元素的分布基本一致，說明鈦元素以玻璃相為基底固溶于硅酸鈣中。TiO₂ 含量越高，對燒結礦的強度越不利，燒結生產中應合理控制 TiO₂ 的含量，以提高燒結礦的質量。

4 結論

（1）隨著 TiO₂ 含量的增加，燒結礦的轉鼓指數、成品率和垂直燒結速度下降；低溫還原粉化率上升，（2）隨著燒結礦中 TiO₂ 含量的提高，綜合爐料的軟化開始溫度、軟化終了溫度有所升高，軟化區間（T 40 -T 10 ）逐漸變大；熔化開始溫度、熔化終了溫度均上升，軟熔區間下移及加寬；（3）燒結礦中鈦元素主要分布于以玻璃相為基底的硅酸鈣中，對燒結礦強度不利。

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