保善山，王忠有，申振國

(酒鋼集團宏興鋼鐵股份有限公司煉鐵廠，甘肅 嘉峪關 735100)

摘 要: 酒鋼地處我國西北部，周邊高品位鐵礦的有效利用對企業的發展至關重要。通過在酒鋼 3#燒結機進行釩鈦燒結礦生產工業試驗，證明了酒鋼釩鈦燒結礦生產是完全可行的。通過工業試驗生產結果表明: 隨著釩鈦磁鐵礦配比的增加，燒結料層變薄、機速降低、垂直燒結速度變慢、混合料透氣性變差、煙道負壓上升、混合料制粒效果變差，且由于鈣鈦礦的存在，燒結礦強度、返礦率、低溫還原粉化率、轉鼓指數等指標呈現劣化趨勢，但是燒結礦熔滴區間變窄，更有利于高爐冶煉，后續生產應優先考慮燃料配比5. 2% ，且燒結礦 TiO2 含量低于 1. 5% 控制。

關鍵詞: 釩鈦磁鐵礦; 釩鈦燒結礦; 燒結性能; 鈣鈦礦; 熔滴區間

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鈦作為國際公認的戰略資源，在航空航天以及儀器儀表等領域有著廣泛的應用。而作為鈦資源原料之一的釩鈦磁鐵礦的加工與生產則是有著不同的工藝。目前國內外研發了許多非高爐冶煉釩鈦磁鐵礦的工藝，但高爐冶煉釩鈦磁鐵礦工藝相對來說已比較成熟，而且其利用效果較好。作為高爐冶煉釩鈦磁鐵礦前重要的工序，釩鈦燒結質量的好壞對高爐冶煉釩鈦磁鐵礦有著最直接的影響。

相較于沿海地區燒結礦生產，西北地區燒結礦生產有以下幾個缺點: 一是需要大量高品位國外鐵精礦，這將導致運輸成本上升; 二是低品位鐵精礦配比高、成品燒結礦鐵品位低。因此如何利用西北地區周邊高品位鐵精礦資源，進而提高燒結礦鐵品位是解決運輸成本以及成品燒結礦鐵品位的有效方法之一。結合酒鋼周邊釩鈦磁鐵礦的資源儲量情況，利用酒鋼 3# 燒結機進行了為期兩個月的釩鈦燒結礦工業試驗，探究不同比例釩鈦磁鐵精礦和燃料配比對燒結指標及燒結礦冶金性能的影響。然后從化學成分、冶金性能、技術指標、配料結構等方面進行分析，查 明西北地區釩鈦燒結過程以及燒結機理，揭 示了不同鈦含量對燒結礦各項指標的影響，為后續酒鋼利用周邊釩鈦磁鐵礦資源提供一定的指導。

1 工業試驗

1. 1 釩鈦燒結礦成礦特點

由于釩鈦磁鐵精礦特殊的物理化學性質，導致釩鈦燒結礦性能較普通燒結礦有較大差異，釩鈦磁鐵礦的主要成分為鈦磁鐵礦 ( FeO · ( Fe，Ti) ₂O₃ ) ，其熔點較高，為 1 495 ℃ ，低熔點硅酸鹽 ( 熔點 1 205 ～ 1 300 ℃ ) 含量較低，因此燒結混合料初熔、熔化溫度較高，不利于燒結過程早期的液相生成，從該特點來看，需要提高混合料的配碳量以提高燒結礦的強度，但是隨著配碳量的增加和燃燒帶溫度的上升，高溫還原氣氛將促進性脆的鈣鈦礦( CaO·TiO₂ ) 生成，鈣鈦礦的存在會破壞液相黏結作用，加劇了裂紋的擴散，導致燒結礦強度降低^［1］。另 外，釩鈦磁鐵礦由于礦物含有TiO₂、Al₂O₃ 及 MgO，礦物粘度較高，要使得液相充分流動包裹未熔融礦物^［2］，其化學反應動力學最重要的條件——燒結時間需要增加，這就要求適當的控制燒結機機速并提高料層厚度。

1. 2 試驗過程

1. 2. 1 生產原料及生產過程參數控制

酒鋼 3# 燒結機生產釩鈦燒結礦主要原燃料為釩鈦精礦 1、釩鈦精礦 2、酒鋼自產精礦、石灰石、生石灰、焦粉，主要成分見表 1。可以看出，相較于自產鐵精礦，兩種釩鈦精礦的粒度較粗。此外，由于生產過程存在一定的波動以及人為因素導致生產過程參數存在著一定的變化，為了更好的分析生產結果，將生產過程參數列于表 2。

1. 2. 2 不同比例釩鈦磁鐵精礦對燒結礦冶金性能的影響

在生產過程中，通過調節兩種釩鈦磁鐵精礦的比例，其中基準方案為未配加釩鈦磁鐵精礦配料方案，其它 4 組方案分別配加不同比例的兩種釩鈦磁鐵精礦，從而驗證兩種釩鈦精礦的最優配比。其配料方案見表 3。

1. 3 結果分析與討論

1. 3. 1 對燒結礦主要技術指標的影響

根據上述試驗方案對生產過程進行調節，對所得結果進行處理，主要探究在不同方案下利用系數、轉鼓指數、返礦率以及高爐槽上粒度的變化規律。

對圖 1 進行分析可以看出，隨著釩鈦磁鐵精礦配比的提高，燒結機利用系數降低、轉鼓指數降低、返礦率增加，高爐槽上 0 ～ 10 mm 粒級占比上升，主要原因是釩鈦磁鐵礦中 SiO₂ 含量較低，燒結時產生的低熔點液相量不足，燒結礦難以獲得良好的黏結效果，使得燒結礦強度變差。又因為釩鈦燒結礦因含有鈦，黏結相在燒結過程中形成量少，鈣鈦礦的形成量較多，鈣鈦礦在燒結礦中不起黏結作用，并且在燒結礦中還會削弱鐵氧化物的連晶作用，導致燒結礦脆性大、強度降低，轉鼓指數降低、返礦率增加^［3］。

1. 3. 2 對冶金性能的影響

燒結的最終目的是為高爐輸送合格的原料，因此需要考慮不同比例釩鈦磁鐵精礦對燒結礦冶金性能的影響。

由圖 2 可以看出，與生產普礦燒結相比，3#燒結機釩鈦燒結礦低溫還原粉化率降低明顯，主要原因是鈣鈦礦的存在破壞了液相黏結作用，加劇了裂紋的擴散，造成燒結礦低溫還原粉化率降低。釩鈦燒結礦 900 ℃ 還原度也有一定下降，主要是因為從燒結礦成礦機理來看，釩鈦燒結礦的鐵酸鈣生成量比普通燒結礦低，而鐵酸鈣是燒結礦礦相結構中一種還原性好、強度好的礦相，因此，釩鈦燒結礦 900 ℃ 還原度下降。但釩鈦燒結礦熔滴溫度區間變窄，更有利于高爐釩鈦礦冶煉，主要是因為釩鈦燒結礦 TFe較普通燒結礦提高 1% ～ 2. 2% ，釩鈦燒結礦生成過程中礦物組成發生變化，低熔點礦物生成量增加，另外，生產釩鈦燒結礦以后，燒結礦中MgO的含量降低，Al₂O₃含量增加; 此外，隨著MgO 降低，一方面會造成高熔點物質鎂橄欖石、鈣鎂橄欖石等含量降低; 另一方面會使得 Al₂O₃ 的含量增加，生成鋁酸鈣和鐵酸鈣的固溶體。同時 Al₂O₃ 含量的增加也會使得表面張力變大，進而降低燒結礦液相黏度以及燒結礦熔化溫度，因此釩鈦燒結礦熔滴溫度區間變窄。

2 優化試驗

2. 1 燒結杯試驗原料

以現場生產為參考結果，依托廠內試驗室開展燒結過程優化試驗，主要針對燃料配比、 配加不同比例釩鈦鐵精礦等進行優化，在基準試驗基礎上對參數進行改進，研究目的是為將配加釩鈦磁鐵精礦后的不利影響降到最低。燒結杯試驗配料比見表 4。

2. 2 試驗結果及分析

2. 2. 1 燃料配比對燒結結果及冶金性能影響

從之前的研究中可以看出，燃料配比在燒結過程中有著重要的地位，合適的燃料配比直接影響燒結礦冶金性能。相關研究表明，配加高比例釩鈦磁鐵精礦后，燒結適宜的燃料配比較普通礦燒結略低。因此在普通燒結的基礎上，降低燃料配比，以適應高比例釩鈦磁鐵精礦燒結。在保持其他條件不變的情況下，通過控制堿度為 1. 8，模擬燒結實際生產過程，進行燃料配比分別為 5. 0% 、5. 2% 、5. 4% 的燒結杯試驗，其試驗結果見表5、表6 和圖3。

由圖 3 中可以看出，在三組不同燃料配比的釩鈦礦燒結杯試驗中，燃料配比為 5. 2% 時，燒結利用系數 1. 43 t / ( m² · h ) 、成品率75. 03% 、軟化開始溫度 ( 1 104℃ ) 、熔滴開始溫度 ( 1 213℃ ) 均為三組中最高，該燃料配比下的軟化區間、熔滴區間也最窄，分別為 84℃、127 ℃ ; 隨著燃料配比的增加，燒結礦轉鼓強度逐漸升高，燃料配比為 5. 4% 時燒結礦轉鼓強度最高達到 58. 5% ; 此外，隨著燃料配比的增加，燒結礦低溫還原粉化率呈逐漸升高的趨勢，而燒結礦 900 ℃ 還原度呈逐漸降低的趨勢。

其中低溫還原粉化率ＲDI ( _{+ 3. 15} mm) 由57. 3% 提高到了 58. 6% 、58. 8% ，分別提高了1. 3、1. 5 個百分點; 900 ℃ 還原度由 82. 16% 降低 到 了 81. 29% 、78. 75% ， 分別降低 0. 87、3. 41個百分點。這是由于燃料配比增加后，燒結礦 FeO 含量相應升高，導致燒結礦 900 ℃ 還原度降低。總體來看，燃料配比對低溫還原粉化率的影響較小，對利用系數影響較大; 綜合考慮以上幾個因素，在配加60. 7% 的釩鈦精礦1時，適宜的燃料配比為 5. 2% 。

2. 2. 2 不同比例釩鈦磁鐵精礦對燒結結果及冶金性能影響

基于現場生產經驗，將堿度控制在 1. 8，分別進行不配加釩鈦礦的基準期試驗及燒結礦 TiO₂含量分別控制在 0. 8%、1. 5%、2. 3%、2. 8%、3. 8%等燒結杯試驗，試驗結果見表 7 及圖 4 所示。在試驗過程中不同比例釩鈦磁鐵的變化某些程度上可以等同于其中 TiO2 含量的變化，因此在后續分析中以 TiO2 含量為指標進行分析。

從圖 4 和表 7 中可以看出，隨著配加釩鈦磁鐵精礦比例的增加燒結礦中 TiO₂ 含量的增加，燒結利用系數、成品率均呈逐漸上升的趨勢，當 TiO₂ 含量為 1. 5% 時燒結機利用系數最高為1. 46 t / ( m² · h ) ，與 基 準 期 相 比 提 高 0. 13 t / ( m² ·h) ，當 TiO₂ 含量為 2. 3% 時成品率達到最大值 80. 31% ，與基準期相比提高 7. 06 個百分點。隨著配加釩鈦磁鐵精礦比例的增加、燒結礦中 TiO₂ 含量的增加，燒結礦轉鼓強度及低溫還原粉化率 ＲDI ( _{+ 3. 15}) 呈現逐漸降低的趨勢。其中燒結礦中 TiO₂ 含量為 2. 80% 時燒結礦轉鼓強度最低為 56. 25% ，與基準期相比降低了 3. 75 個百分點。隨著燒結礦中 TiO₂ 含量的增加，燒結礦 900 ℃ 還原度總體上呈逐漸降低的趨勢，而燒結礦軟化熔滴性能明顯變好，燒結礦軟化開始溫度升高，軟化區間、熔滴區間均呈逐漸變窄的趨勢，變化趨勢與實際生產情況相符合。

3 結語

1) 釩鈦燒結礦較普礦燒結，燒結溫度、水碳匹配區間更窄，目前酒鋼釩鈦礦燒結混合料“水”“碳”均較高，后續生產釩鈦燒結礦建議在保證燒結礦強度、粒度組成的情況下，趨勢性的降低混合料 “水” “碳”，同時創造條件提高燒結料層厚度，實現 “低水低碳、厚鋪慢

轉”，不斷提高燒結礦質量。

2) 隨著燒結礦中 TiO₂ 含量升高，燒結礦的低溫粉化率和還原性能逐漸劣化，燒結礦熔融區間變窄，后續生產釩鈦燒結礦燃料配比為5. 2% 時對燒結礦的質量及冶金性能影響是最低的，且在滿足高爐要求的前提下，燒結礦 TiO₂含量應低于 1. 5% 控制。

3) 酒鋼地處我國西北部，外部礦石輸送難度大、高品位鐵礦資源緊張，所以對周邊資源的利用尤為重要。本次釩鈦燒結工業試驗證明了后續進行釩鈦燒結礦生產是完全可行的，對周邊資源的利用積累了大量的寶貴經驗。

參考文獻:

［1］ 姜濤． 燒結球團生產技術手冊 ［M］． 北京: 冶金工業出版社，2014．

［2］ 胡熊． 高比例釩鈦粉礦燒結技術應用研究 ［J］． 重慶科技學院學報，2021，23 ( 2) : 111 － 116．

［3］ 白冬冬，韓秀麗，等． 釩鈦燒結礦礦相結構對其冶金性能的影響 ［J］． 鋼鐵釩鈦，2018，39 ( 5) : 111 － 115．