李佳俊

(玉溪新興鋼鐵有限公司)

摘要：玉鋼兩座450 m³高爐于2008年開(kāi)始實(shí)施釩鈦礦冶煉，爐渣TiO₂含量達(dá)到11.5~14.0 %，屬于典型的“中鈦渣”。 玉鋼爐渣性能在很大程度上受渣中TiO₂還原程度的影響，其熔化性溫度較高、熔化性溫度區(qū)間較窄，在正常爐況下液態(tài)爐渣的粘度約0.5Pa.S，能滿足高爐強(qiáng)化冶煉的要求。本文旨在通過(guò)對(duì)高爐冶煉釩鈦礦的爐渣特性進(jìn)行分析研究，找出適宜的爐渣組成結(jié)構(gòu)，并提出高爐合理造渣制度的控制要求。  

關(guān)鍵詞： 釩鈦礦冶煉；渣相結(jié)構(gòu)；爐渣粘度；熔化性粘度

玉鋼1、2號(hào)高爐于2005年 2月建成投產(chǎn)，高爐設(shè)計(jì)爐容為450 m³，風(fēng)口數(shù)目為14個(gè)，進(jìn)風(fēng)面積0.144 m²。2008年因原料供應(yīng)緊張，高爐維持均衡穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)受到威脅，玉鋼公司經(jīng)過(guò)充分調(diào)研之后，決定組織開(kāi)展釩鈦礦冶煉和提釩煉鋼的生產(chǎn)工藝技術(shù)路線轉(zhuǎn)型。玉鋼公司于2008年5月在完成了球團(tuán)礦篩、水沖渣系統(tǒng)、爐前出鐵場(chǎng)4^#鐵溝，旋風(fēng)除塵及新建4^#熱風(fēng)爐等一系列的重大改造之后，決定正式組織實(shí)施高爐釩鈦礦冶煉的工業(yè)性試驗(yàn)。釩鈦礦冶煉的難點(diǎn)在于控制好渣鐵流動(dòng)性，使冶煉進(jìn)程能夠正常進(jìn)行。根據(jù)爐渣的物理化學(xué)特性，進(jìn)入渣中的TiO₂會(huì)形成碳氮化鈦、鎂鋁尖晶石、富鈦透輝石、攀鈦透輝石等物相，這些物相的熔點(diǎn)相差很大，如爐渣中熔點(diǎn)最高的碳氮化鈦熔點(diǎn)約為3 000 ℃左右，而熔點(diǎn)最低的攀鈦透輝石熔點(diǎn)僅為1 200~1 300 ℃，兩者相差1 700~1 800 ℃。爐渣中相關(guān)物相的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)及含量的變化，都會(huì)導(dǎo)致?tīng)t渣熔點(diǎn)、粘度等性能的變化，從而對(duì)高爐冶煉行程造成影響。所以研究爐渣的組成結(jié)構(gòu)對(duì)釩鈦礦冶煉的意義重大，本文旨在通過(guò)對(duì)高爐冶煉釩鈦礦的爐渣特性進(jìn)行分析研究，找出合理的爐渣組成結(jié)構(gòu)，并提出高爐合理造渣制度的控制要求。                                                                        

1  高爐爐料結(jié)構(gòu)及爐渣成分比對(duì)

1.1  玉鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)及原料成分

玉鋼實(shí)施釩鈦礦冶煉期間典型的爐料結(jié)構(gòu)及原燃料成分詳見(jiàn)表1~表4。

表1    爐料結(jié)構(gòu)

表2    燒結(jié)礦成份分析

表3    釩鈦球團(tuán)礦成份分析（%）

表4     焦炭成份（%）

從表1~4中可以看出，玉鋼實(shí)施釩鈦礦冶煉期間，典型的爐料結(jié)構(gòu)為“70 %燒結(jié)礦+30 %釩鈦球團(tuán)礦”，其中燒結(jié)礦含TiO₂2.54 %，釩鈦球團(tuán)礦含TiO₂11.40 %、含V₂O₅ 0.72 %。

1.2  釩鈦礦冶煉爐渣成分比對(duì)

 云南及周邊相關(guān)鋼廠實(shí)施釩鈦礦冶煉的爐渣成份比對(duì)見(jiàn)表5。

表5   各鋼廠釩鈦礦冶煉爐渣成分

從表5中可以看出，與周邊幾家同樣實(shí)施釩鈦礦冶煉的廠家相比，玉鋼高爐渣成份具有如下特點(diǎn)：1）爐渣堿度及渣中MgO含量相對(duì)較低，分別為1.10倍左右和6.8 %左右；2）渣中TiO₂含量也相對(duì)較低，有11.5~14.0 %，屬于中鈦渣水平，與德鋼渣TiO₂含量接近，僅有攀鋼渣中鈦含量的60 %存在；3）渣中FeO含量為0.89~1.12 %，與德渣中FeO含量接近，表明玉鋼高爐渣中帶鐵控制情況較好，已與長(zhǎng)期堅(jiān)持釩鈦礦冶煉的德鋼控制水平基本一致。

2  玉鋼高爐渣特性實(shí)驗(yàn)研究

為了探索釩鈦礦冶煉高爐渣的特性，尋找到適宜的渣相結(jié)構(gòu)和合理的造渣制度，玉鋼專(zhuān)門(mén)委托昆明理工大學(xué)開(kāi)展了一系列的實(shí)驗(yàn)研究工作。

2.1  不同TiO₂含量爐渣特性分析

昆明理工大學(xué)實(shí)驗(yàn)室對(duì)玉鋼不同TiO₂含量條件下，爐渣熔化性溫度、物相組成，以及溫度-粘度曲線檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表6、表7和圖1。

表6  不同TiO₂含量爐渣熔化性溫度檢測(cè)結(jié)果

 不同含鈦爐渣的礦物組成   玉鋼高爐不同TiO₂含量爐渣

表7  不同TiO₂含量爐渣物相檢測(cè)結(jié)果（%）

系列1 TiO₂—16%     系列2 TiO₂—18%    系列3 TiO₂—20%

圖1   不同TiO₂含量爐渣溫度-粘度曲線

從表6、表7和圖1可以看出，隨著渣中TiO₂含量增加，爐渣的熔化性溫度呈逐步升高的趨勢(shì)，當(dāng)渣中TiO₂含量超過(guò)18 %以后，渣相中鈦輝石含量明顯增加，爐渣的熔化性溫度已經(jīng)超過(guò)程1 400 ℃，這會(huì)對(duì)爐缸的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成一定影響，也對(duì)高爐工長(zhǎng)的操控穩(wěn)定性提出了更高的要求。

2.2 不同Al₂O₃含量溫度-粘度曲線分析

     不同Al₂O₃含量爐渣溫度-粘度曲線見(jiàn)圖2。

 1—12.5%,2—11% ,3—9%

圖2  不同Al₂O₃含量爐渣溫度-粘度曲線

從圖2中可以看出，玉鋼高爐渣Al₂O₃含量在9~12.5 %范圍內(nèi)，Al₂O₃含量變化對(duì)爐渣粘度的影響并不大。

2.3  不同的 MgO含量爐渣溫度-粘度曲線分析

不同MgO含量爐渣溫度-粘度曲線見(jiàn)圖3。

 1—7.5%; 2—8.0%; 3—8.5%；4—9.0%

圖3  不同MgO含量爐渣溫度-粘度曲線

從圖3中可以看出，隨著MgO含量在7.5~9.0 %范圍內(nèi)逐步提高，玉鋼爐渣熔化性溫度有上升的趨勢(shì)，因此在玉鋼條件下，開(kāi)展釩鈦礦冶煉，渣中MgO含量不宜過(guò)高。

2.4  不同堿度爐渣溫度-粘度曲線分析

不同堿度爐渣溫度-粘度曲線見(jiàn)圖4。

1—R=1.15    2—R=1.20   3—R=1.25

圖4  不同堿度爐渣溫度-粘度曲線

    從圖4中可以看出，爐渣堿度對(duì)爐渣粘度和熔化性溫度影響并不明顯，實(shí)際生產(chǎn)中可

以根據(jù)高爐冶煉需要對(duì)爐渣堿度進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

3  玉鋼高爐渣實(shí)際取樣檢測(cè)結(jié)果分析

3.1   實(shí)際生產(chǎn)中高爐鐵水成分及爐渣成分分析

在玉鋼冶煉釩鈦礦冶煉的實(shí)際生產(chǎn)中，典型的鐵水成分及爐渣成分見(jiàn)表8。

表8   高爐鐵水成分及爐渣成分分析

從表8中可以看出，在玉鋼實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，鐵水[Si]含量控制較低，穩(wěn)定性較好，與此相對(duì)應(yīng)，比較適宜的爐渣成份控制范圍為T(mén)iO₂含量12.5~14%，MgO含量6.90~7.0%，Al₂O₃含量11.5~12%，爐渣堿度R₂為1.07~1.11倍。

3.2  高爐渣實(shí)際取樣溫度-粘度曲線檢測(cè)結(jié)果分析    

玉鋼實(shí)施釩鈦礦冶煉期間，爐渣溫度-粘度關(guān)系詳見(jiàn)圖5

圖5   高爐渣實(shí)際取樣溫度-粘度曲線

玉鋼高爐渣熔化性溫度為1 320~1 360 ℃，與普通高爐渣相比具有熔化性溫度高、結(jié)晶性能強(qiáng)的特點(diǎn)^[1]。隨著渣中TiO₂含量逐漸降低，渣中鈣鈦礦、鎂鋁尖晶石和鎂黑鈦石等高熔點(diǎn)礦物含量逐漸降低，爐渣熔化性溫度逐漸降低；在正常爐缸工作溫度下，高爐渣粘度一般為0.5Pa·s左右，能夠滿足高爐生產(chǎn)的要求。

高爐治煉能夠正常進(jìn)行，首要條件是防止?fàn)t渣變稠，根據(jù)釩鈦礦冶煉研究的結(jié)果表明，TiN和TiC在軟熔帶以上就開(kāi)始生成，最初生成的TiN和TC是由與鐵結(jié)合的TiO₂優(yōu)先反應(yīng)生成的，與金屬鐵共生。而大部分TiC、N)，是在軟熔帶以下，從滴落帶至風(fēng)口平面，由爐渣中的TiO₂生成的，這一區(qū)間是Ti(C、N)的關(guān)鍵生成區(qū)間。爐渣中的Ti(C、N)含量在風(fēng)口平面達(dá)到最高值,在風(fēng)口平面以下Ti(C、N)含量逐步減少，到達(dá)渣口平面Ti(C、N)含量接近終渣水平^[2]。

一般認(rèn)為，Ti(C、N)通常以幾微米的固體懸浮物呈彌散狀分布在爐渣中，是導(dǎo)致?tīng)t渣變稠的主要原因；爐渣中夾雜的大量表面包裹著T(C、N)微粒不能相互匯聚的鐵珠，是爐渣黏度劇增的重要原因^[3]。玉鋼高爐冶煉釩鈦礦期間，高爐爐況穩(wěn)定順行，主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不斷改善，長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐證明，玉鋼已經(jīng)掌握了高爐冶煉釩鈦礦的關(guān)鍵技術(shù)，中鈦型釩鈦渣的造渣制度不會(huì)為高爐強(qiáng)化冶煉的限制性環(huán)節(jié)。

 4   結(jié)論

(1)玉鋼兩座450 m³高爐于2008年開(kāi)始使用釩鈦礦冶煉以來(lái)，渣中TiO₂含量長(zhǎng)期保持在11.5~14.0%之間，與周邊德鋼高爐渣的TiO₂含量接近，屬于典型的“中鈦渣”。

(2)玉鋼高爐渣具有熔化性溫度高、結(jié)晶能力強(qiáng)，可操作溫度區(qū)間窄等特點(diǎn)，對(duì)高爐的精益操作和管理提出了新的要求，長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐證明，造渣制度不會(huì)成為玉鋼實(shí)施釩鈦礦冶煉的限制性環(huán)節(jié)。

(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果和生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，作者提出玉鋼相對(duì)適宜的造渣制度為R₂ 1.05~1.15倍，TiO₂含量11.5~14%，MgO含量6.5~7.5，F(xiàn)eO含量0.85~1.10%。

參考文獻(xiàn)

[1]  丁躍華，釩鈦礦高爐冶煉技術(shù).技術(shù)總結(jié)

[2]  王莜留，高爐生產(chǎn)知識(shí)問(wèn)答[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2004.

[3]  周傳典，高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊(cè)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2003.