王禹鍵 ^1，2 ，饒家庭 ^1，2 ，林文康 ³

( 1． 攀鋼集團研究院有限公司，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，燒結和高爐物料結構調整頻繁，對生產不利的問題，本文著重對利用釩鈦精礦生產酸性釩鈦燒結礦替代生礦的開發過程進行了簡述。研究結果顯示，控制燃料配比5%，生產堿度為0． 6，TiO₂ 含量5． 5%的酸性釩鈦燒結礦產質量最優。酸性釩鈦燒結礦替代生礦入爐后，可以減少原料有害元素的帶入量，抑制低價鈦還原，工業試驗通過提高球團礦配比、發展中心煤氣流，提高富氧、頂壓和爐溫穩定性等措施，試驗期高爐爐況穩定順行，利用系數提高 0． 082 t/m³ ·d，鐵損降低 0． 51%，燃料比降低5． 47 kg/t。

關鍵詞: 釩鈦礦; 酸性釩鈦燒結礦; TiO₂ 含量; 高爐

1 前 言

西昌鋼釩位于西昌市南部經久工業區內，是以冶煉釩鈦磁鐵礦為主的鋼鐵企業，擁有 1 750m³ 高爐三座，設計年產生鐵約 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，生礦呈現產地多，供應量小的特點，燒結和高爐物料結構調整頻繁，影響了高爐的穩定順行。攀西地區釩鈦鐵礦資源豐富，以釩鈦鐵精礦為主原料生產酸性釩鈦燒結礦替代生礦入爐，不但能夠解決生礦資源緊張對生產的限制，提高高爐技經指標，降低生鐵成本，還能加強對釩鈦資源的開發力度，對穩定高爐生產和促進釩鈦礦冶煉技術進步具有重要意義。

2 實驗室工作

國內外研究表明，酸性燒結礦生產過程中存在利用系數低，固體燃耗高，產品還原性差，粉化率高等問題^［1］ 。

2． 1 實驗原料及條件

燒結實驗在300 mm ×800 mm 燒結杯中進行，其主要工藝參數見表 1，原料分析見表 2。

2． 2 關鍵成分控制

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

2． 2． 1 適宜堿度的控制

實驗室進行了不同堿度的酸性燒結礦燒結杯實驗，圖 1 為不同堿度燒結實驗 TFe、TiO₂ 隨R₂ 升高的關系，實驗中燒結礦轉鼓指數和利用系數見圖 2。

據圖1 所示，在不同堿度實驗中，保持燒結礦TiO₂ 穩定條件下，隨燒結礦堿度升高，TFe 品位呈下降趨勢。據圖2 所示，隨著堿度的升高，酸性釩鈦燒結的轉鼓指數和利用系數均呈上升趨勢，從實驗結果看，酸性釩鈦燒結礦適宜的堿度范圍為0．6 ～0．8，其具有較好的機械強度和產量。

2． 2． 2 適宜 TiO₂ 含量的控制

實驗室進行了不同 TiO₂ 含量燒結實驗，Ti－1 ～ Ti －5 是燒結礦堿度為 0． 6，但 TiO₂ 含量不同的 5 種燒結礦。不同 TiO₂ 含量燒結杯實驗的相關指標檢測結果分別如圖 3、圖 4 所示。

據圖 3、4 所示，燒結物料中釩鈦礦配比增加，熔劑配比降低，燒結礦 TFe 品位和 TiO₂ 含量升高，Ti －3 利用系數和轉鼓指數較為均衡，控制TiO₂ 含量在 6% 左右的酸性釩鈦燒結礦產質量最好。

2． 2． 3 合理燃料成分的控制

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

對成品率、轉鼓指數、利用系數進行 30 分、20 分、50 分的權重賦值^［1］ ，測算綜合權重系數，最高者為最優，如圖 5 所示。極差結果顯示 ZY－5 組綜合權系數最高( 以下稱最優組) ，隨后的驗證實驗結果與正交實驗結果相當，最優組具有較高的可靠性。三因素對燒結礦成品率、轉鼓指數及利用系數影響的主次關系是: 燃料配比 ＞TiO₂ 含量 ＞ 堿度。

2． 3 酸性釩鈦燒結礦指標差的原因

為了找到酸性釩鈦燒結礦指標差的主要原因，對比了酸、堿燒結礦混合料粒度及燒結礦微觀結構。

2． 3． 1 混合料粒度對比

酸性燒結礦參照最優組物料結構，堿性燒結礦參照西昌鋼釩現場燒結礦物料結構。

據表 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比例較堿性燒結礦低約 15%，在燒結過程中料層透氣性較差，這是酸性釩鈦燒結速度慢的主要原因。

2． 3． 2 微觀結構對比

堿性釩鈦燒結礦與酸性釩鈦燒結礦物相檢測結果見表 6。

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

2． 4 冶金性能研究

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

透氣性綜合指數

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果如表 7 所示。隨酸性釩鈦燒結礦替代生礦比例提高，綜合爐料透氣性趨于改善，替代比例達到 3% 后，S 值較 2%的替代比例略有升高; 爐料在爐內的軟熔位置下移，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 為西昌自產堿性燒結礦，Q 為白馬球團礦，K 為西昌現場取回生礦，X 為最優組( ZY －5) 酸性釩鈦燒結礦。

3 高爐應用情況簡析

高爐冶煉制度對冶煉釩鈦礦至關重要 ^［2］。工業試驗對酸性釩鈦燒結礦入爐后高爐指標、冶煉制度的調整和對高爐冶煉的影響進行了簡要分析。

3． 1 高爐指標情況

西昌鋼釩在 1 # 高爐進行了酸性釩鈦燒結礦入爐工業試驗，爐料結構及高爐主要技術經濟指標見表 8、表 9。

試驗期 2． 31% 的酸性釩鈦燒結礦入爐后，綜合入爐品位升高 0． 22%，高爐利用系數提高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 采取的優化措施

針對酸性釩鈦燒結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) 優化爐料結構，提高球團礦配比。對比而言，酸性釩鈦燒結礦對爐渣的調節能力弱于需替代的生礦，釩鈦燒結礦堿度低于 1． 8，燒結礦的產量及機械強度可能大幅降低 ^［2］ 。西昌鋼釩目前堿性燒結礦堿度為 1． 8 左右，不具備繼續降低的條件，在不改變冶煉渣系的前提下，酸性釩鈦燒結礦替代生礦入爐后，提高球團礦配比是目前最有效的手段之一;

( 2) 優化布料制度，穩定氣流分布。裝料制度上將礦石平臺由 3 環進為 4 環，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，中心氣流得以發展，這對提高煤氣利用率，降低燃料消耗有利;

( 3) 優化送風制度，提高爐頂壓力。在保證全風操作的基礎上，試驗期爐頂壓力由基準期的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，使爐缸內氧勢增加，十字中心溫度提高約 50 ℃，中心氣流增強;

( 4) 穩定造渣制度和熱制度。保持當前高爐冶煉渣系不改變，冶煉過程中控制充足而穩定的爐溫。根據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，爐溫合格率達到 79． 67%，高出基準期 67． 47% 的爐溫合格率約 12． 2%。

3． 3 酸性釩鈦燒結礦的優勢

對工業試驗結果進行分析，可以更為全面的了解酸性釩鈦燒結礦替代生礦這項技術的應用前景。

( 1) 穩定高爐生產，降低生產成本。酸性釩鈦燒結礦入爐后，高爐爐料結構變化頻率明顯降低，變料次數由基準期 2 ～3 次/d 降低至 0． 5 ～1次/d，高爐穩定性提高，試驗期高爐利用系數、產量、鐵損、燃料比等指標改善，生產成本降低;

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

( 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 等高熔點物質的生成，爐渣的流動性變差，渣鐵分離效果惡化，嚴重時會影響高爐順行^［1，2］。

酸性釩鈦燒結礦含有較高的 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 結果看，試驗期爐渣粘度略有降低，說明酸性釩鈦燒結礦對降低爐渣粘度有利。

4 結 論

在當前西昌鋼釩原料條件下，酸性釩鈦燒結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礦產質量影響主次關系依次為燃料配比、TiO₂ 含量、堿度，控制燃料配比在 5%，生產堿度為 0． 6，TiO₂ 含量 5． 5% 的酸性釩鈦燒結礦，得到燒結礦產質量最優;

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

( 3) 冶金性能檢測表明，酸性釩鈦燒結礦入爐替代 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) 通過提高球團礦，發展中心煤氣流，提高爐頂壓力和爐溫穩定性等措施，酸性釩鈦燒結替代部分生礦入爐在技術上可行，抵消了酸性釩鈦燒結礦帶來的不利影響，高爐穩定性提高，入爐有害元素量減少，高鈦型爐渣性能改善，高爐主要技術經濟指標均也有改善。

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