曾 俊  朱承貴

（方大集團(tuán)九江萍鋼鋼鐵公司，江西 九江 332500 ）

摘 要： 以澳大利亞進(jìn)口鐵精粉和國內(nèi)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(jìn)行燒結(jié)杯實驗研究，并利用電鏡對礦相和元素分布進(jìn)行了檢測。

關(guān)鍵詞：二氧化鈦；燒結(jié)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(fù)雜，難利用的鐵礦多。隨著鋼鐵工業(yè)的迅速發(fā)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(fā)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(fù)雜，是目前開采的重要礦石類型之一。TiO₂ 在燒結(jié)過程中很容易和 CaO 發(fā)生反應(yīng)，生成高熔點的鈣鈦礦，不利于液相的形成和流動，對燒結(jié)礦有不利的影響。TiO₂ 同時又有很好的保護(hù)爐缸的作用，因此，合理的 TiO₂ 含量對高爐順行和長久的運(yùn)行有重要意義。

1 實驗原料

本實驗采用兩種鐵礦粉進(jìn)行研究，其化學(xué)成分如表 1 所示。可知，澳大利亞鐵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(diào)整 TiO₂的含量。

2 實驗方法與方案

2.1 實驗方法

燒結(jié)杯內(nèi)徑 300mm，混合料加入量 40kg，燒結(jié)料層厚度控制為 500mm，燒結(jié)負(fù)壓為 9600Pa。燒結(jié)點火溫度 1180℃，點火時間 120s，燒結(jié)點火負(fù)壓控制為 5000Pa，將燒結(jié)廢氣溫度開始下降時定為燒結(jié)終點。采用人工布料，燒結(jié)過程采用計算機(jī)控制。燒結(jié)結(jié)束后，將燒結(jié)礦從 2m 高出落下 3 次后裝入振動篩進(jìn)行篩分，時間為 300s，大于 5mm 的燒結(jié)礦為成品礦。按照標(biāo)準(zhǔn)取 7.5kg做轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度測試。

2.2 實驗方案

本實驗共設(shè)計了 6 組實驗，其中第 1 組為純澳大利亞礦粉燒結(jié)，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%?；旌系V化學(xué)成分表見表2。燒結(jié)礦堿度為 1.8，配碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 3.5%，返 礦質(zhì)量分?jǐn)?shù) 20%。

3 實驗結(jié)果與分析

3.1 TiO₂ 對燒結(jié)礦指標(biāo)的影響

由圖 1 可見，隨著 TiO₂ 含量的上升，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度和成品率下降，當(dāng) TiO₂ 含量為 1%時，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度為 65.78；當(dāng) TiO₂ 含量增加到 5%，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度降低為 58.34，比基準(zhǔn)值減低了 8.21。在 TiO₂含量不超過 2%的情況下，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)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(xiàn)下降趨勢，從基準(zhǔn)的 80.1%降低到最高含 5%TiO₂ 的 75.5%,；可以看出，TiO₂ 對燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度和成品率有較大的影響。

燒結(jié)礦的強(qiáng)度主要取決于混合料在熔化過程中生成液相的組成、性質(zhì)、數(shù)量以及最終的礦物組成和結(jié)構(gòu)。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(jié)，從而提高燒結(jié)礦強(qiáng)度。由于 TiO₂ 含量升高，導(dǎo)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(jié)溫度不會存在太大的變動，從而導(dǎo)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(chǎn)生空洞。

粘結(jié)力變?nèi)?，燒結(jié)礦的強(qiáng)度也會隨之變差。由于TiO₂ 的不斷增加，其與 CaO 反應(yīng)會生成硬度大而脆的鈣鈦礦，這也是燒結(jié)礦強(qiáng)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(jié)速度與下降，主要是因為燒結(jié)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(jié)速度和成品率都下降，導(dǎo)致利用系數(shù)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(jié)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(yīng)力的作用進(jìn)一步擴(kuò)大，TiO₂ 含量越高，破壞力越強(qiáng)。

由表 4 可以看出，隨著燒結(jié)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(qū)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(qū)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(qiáng)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(jié)礦軟熔滴落性能影響規(guī)律與過去的研究結(jié)果基本一致 ^[7,8] ，高爐生產(chǎn)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(tài) ^[9-11] 。

3.3 TiO₂ 對礦物組成和顯微結(jié)構(gòu)的影響

對不同含量 TiO₂ 燒結(jié)礦的礦相進(jìn)行了鑒定，由物相組成可以看出，隨著 TiO₂ 含量的升高，燒結(jié)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(yīng)。圖 3 為TiO₂ 含量為 3%的燒結(jié)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(jié)礦的強(qiáng)度越不利，燒結(jié)生產(chǎn)中應(yīng)合理控制 TiO₂ 的含量，以提高燒結(jié)礦的質(zhì)量。

4 結(jié)論

（1）隨著 TiO₂ 含量的增加，燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)、成品率和垂直燒結(jié)速度下降；低溫還原粉化率上升，（2）隨著燒結(jié)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(qū)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(qū)間下移及加寬；（3）燒結(jié)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(jié)礦強(qiáng)度不利。

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