張立恒，薛向欣

(東北大學冶金學院，沈陽 110819)

摘 要：以高鉻型釩鈦磁鐵礦和普礦為原料，通過燒結杯試驗考察了普礦配比對高鉻型釩鈦磁鐵礦燒結礦性能的影響。研究表明院隨著普礦配比從 0 提高到 60%，燒結礦粒徑約5 mm 的比例逐漸降低；垂直燒結速度、成品率、轉鼓強度和燒結杯利用系數均呈現上升的趨勢；隨著普礦配比的增加，赤鐵礦含量升高，磁鐵礦含量降低，燒結礦中鈣鈦礦含量減少，硅酸鈣含量增加。

關鍵詞：高鉻型釩鈦磁鐵礦；轉鼓指數；燒結杯；普礦；礦相分析

0 引 言

中國最大的釩鈦磁鐵礦礦藏是位于四川攀枝花的紅格礦，分為南北兩個礦區。與攀枝花礦和白馬礦等周邊資源相比，紅格礦不僅富含鐵、釩、鈦等金屬元素，而且還含有鉻、鎳、鈷等金屬元素，是少數幾家的大型多元素共生礦之一，具有很高的綜合利用價值^[1-3]。就伴生的鉻元素而言，紅格礦的Cr₂O₃ 品位高達 0.5%以上，鉻資源儲量相當可觀。根據 Cr₂O₃ 的質量分數，紅格礦被稱為高鉻釩鈦磁鐵礦^[4]。 

近年來，高鉻型釩鈦磁鐵礦的高爐應用得到了很大發展。與球團和塊狀礦石一起，燒結礦作為高爐中還原和熔煉的主要爐料可以有效地用于高爐的大規模還原和冶煉^[5-9]。本課題組針對影響燒結礦的因素對高鉻型釩鈦磁鐵礦的應用做了深入的研究^[10,11]。武石鎖^[12]對高鉻型釩鈦磁鐵礦燒結工藝進行了優化研究。周密等^[13]研究了 DMF 粉在含鉻型釩鈦混合料燒結中的應用。楊松陶^[14]研究了含鉻型釩鈦磁鐵礦配礦正交優化研究。張立恒^[15,16]針對 MgO含量和配碳量對高鉻型釩鈦磁鐵礦的燒結機理和冶金性能的影響進行了研究。但是，普通釩鈦磁鐵礦配比對高鉻型釩鈦磁鐵礦的影響還未見報道。文中對普通釩鈦磁鐵礦配入高鉻型釩鈦磁鐵鐵礦工藝進行了研究，考察了普礦配比對燒結礦的冶金性能影響，以改善燒結礦各項性能，為高爐提供更優質的燒結礦。

1 實 驗

1.1 實驗原料

本試驗所用高鉻型釩鈦磁鐵礦由四川龍蟒礦業集團公司提供，普礦以及其他熔劑由承德鋼鐵集團公司提供，其主要化學成分見表 1。燃料主要為焦粉和煤粉，其主要成分見表 2。高鉻型釩鈦磁鐵礦品位較低為 56.45%，同時 CaO 含量也較低，相反 TiO₂（11.01%）、V₂O₅（1.32%）和 Cr₂O₃（0.55%）含量很高，普礦品位較高為 63.79%，同時 SiO₂ 含量也較高，達到 7.15%。圖 1 為典型的高鉻型釩鈦磁鐵礦顆粒的電鏡圖片，從圖中可以看出，顆粒呈現不規則且棱角分明的形狀，表面較光滑。圖 2 為高鉻型釩鈦磁鐵礦的 XRD 的圖譜分析，可以看出其主要礦物為磁鐵礦、鈦鐵礦、鉻鐵尖晶石、釩鐵尖晶石和鎂鐵尖晶石相。

1.2 實驗設備與方法

燒結杯試驗的步驟包括配料、混料、制粒、點火、燒結、冷卻和破碎處理。燒結杯試驗操作參數見表 3。燒結鍋試驗結束時，氣體溫度達到峰值。然后，將燒結礦用空氣冷卻 10 min，倒出破碎。

根據原料實際情況，使用生石灰調節堿度控制在 1.9，固定配碳量，同等返礦條件，水分控制在10.00%左右。研究了普礦配比對高鉻型釩鈦磁鐵礦燒結過程及燒結礦質量的影響規律。試驗所用的釩鈦粉做到均勻分散，齊整可比。將試驗所得燒結礦做篩分、機械強度、低溫還原粉化指數等試驗，經過比較分析，得到不同堿度對燒結礦的影響數據。具體的試驗方案見表 4。燒結礦成分見表 5。

2 實驗結果與分析

2.1 普礦配比對燒結礦粒度的影響

圖 3 為不同普礦配比的高鉻釩鈦磁鐵礦燒結礦粒度分布。隨著普礦配比的增加，粒徑小于 5 mm 的燒結礦從 31.64%減少到 19.30%。燒結礦粒度對高爐冶煉過程有著直接的影響，強度好、粒度均勻的燒結礦對提升冶煉過程中的透氣性指數和煤氣利用率等指標有著重要的作用。燒結礦的粒徑分布與燒結礦強度有著直接的聯系，隨著普礦配比的增加，燒結礦中液相含量增加，硅酸鈣和鐵酸鈣含量增加，鈣鈦礦含量降低，導致燒結礦強度逐漸增加， 小粒徑的燒結礦比例減少。

2.2 普礦配比對燒結礦性能的影響

圖 4 為不同普礦配比燒結礦性能測試結果。隨著普礦配比的增加，燒結礦成品率（Yield）、轉鼓指數（TI）、垂直燒結速度（VSS）和燒結杯利用系數（P）均呈現上升的趨勢。普礦配比增加，燒結礦中SiO₂ 含量升高，為了保持堿度平衡，燒結礦中 CaO含量隨之增加，同時燒結礦中 TiO₂ 含量減少，導致性脆的鈣鈦礦含量降低，性能較好的鐵酸鈣含量增加，燒結礦強度增加，所以燒結礦成品率堯轉鼓指數上升。因為普礦含量的增加，燒結料制粒性變好，燒結料層透氣性變好，垂直燒結速度加快。燒結時間減少，同時成品率提高，從而燒結杯利用系數提高。圖 5 為燒結礦 XRD 圖譜分析。從圖中可以看出，隨著普礦配比的增加，磁鐵礦含量降低，赤鐵礦含量增加，Fe-Ti 固溶體含量降低。

2.3 微觀組織

圖 6（a）~圖 6（e）所示為不同普礦配比的燒結礦礦相圖片，從圖中可以看出，全高鉻型釩鈦磁鐵礦燒結礦的礦相結構中（圖 6（a）），主要礦物為磁鐵礦，粘結相為鈣鈦礦和少量硅酸鈣；配比為 15%普礦的混合粉，礦物組成較為復雜，礦物組成中主要礦物為磁鐵礦，赤鐵礦有所增加，鈣鈦礦含量減少，硅酸鈣、鐵酸鈣含量增加；隨著普礦含量進一步增加，赤鐵礦含量增加，燒結礦中鈣鈦礦含量急劇減少，硅酸鈣含量增加，液相流動性得到改善，粘結相強度提高。

3 結 論

1）高鉻型釩鈦磁鐵礦主要由磁鐵礦、鈦鐵礦、鉻鐵尖晶石、釩鐵尖晶石和鎂鐵尖晶石相等組成。

2）燒結礦粒徑分布特征表明，隨著普礦配比的增加，燒結礦強度逐漸增加，小粒徑燒結礦比例降低。燒結礦成品率、轉鼓指數、垂直燒結速度和燒結杯利用系數均呈現上升的趨勢。

3）隨著普礦配比的增加，磁鐵礦含量降低，赤鐵礦含量增加，鈣鈦礦含量降低，硅酸鈣含量升高，燒結礦強度提升，綜上所述，在生產許可的情況下應盡量增加普礦配比。 

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