張立恒，薛向欣

(東北大學(xué)冶金學(xué)院，沈陽(yáng) 110819)

摘 要：以高鉻型釩鈦磁鐵礦和普礦為原料，通過(guò)燒結(jié)杯試驗(yàn)考察了普礦配比對(duì)高鉻型釩鈦磁鐵礦燒結(jié)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(jié)礦粒徑約5 mm 的比例逐漸降低；垂直燒結(jié)速度、成品率、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度和燒結(jié)杯利用系數(shù)均呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)；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(jié)礦中鈣鈦礦含量減少，硅酸鈣含量增加。

關(guān)鍵詞：高鉻型釩鈦磁鐵礦；轉(zhuǎn)鼓指數(shù)；燒結(jié)杯；普礦；礦相分析

0 引 言

中國(guó)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(gè)礦區(qū)。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(shù)幾家的大型多元素共生礦之一，具有很高的綜合利用價(jià)值^[1-3]。就伴生的鉻元素而言，紅格礦的Cr₂O₃ 品位高達(dá) 0.5%以上，鉻資源儲(chǔ)量相當(dāng)可觀。根據(jù) Cr₂O₃ 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，紅格礦被稱為高鉻釩鈦磁鐵礦^[4]。 

近年來(lái)，高鉻型釩鈦磁鐵礦的高爐應(yīng)用得到了很大發(fā)展。與球團(tuán)和塊狀礦石一起，燒結(jié)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(guī)模還原和冶煉^[5-9]。本課題組針對(duì)影響燒結(jié)礦的因素對(duì)高鉻型釩鈦磁鐵礦的應(yīng)用做了深入的研究^[10,11]。武石鎖^[12]對(duì)高鉻型釩鈦磁鐵礦燒結(jié)工藝進(jìn)行了優(yōu)化研究。周密等^[13]研究了 DMF 粉在含鉻型釩鈦混合料燒結(jié)中的應(yīng)用。楊松陶^[14]研究了含鉻型釩鈦磁鐵礦配礦正交優(yōu)化研究。張立恒^[15,16]針對(duì) MgO含量和配碳量對(duì)高鉻型釩鈦磁鐵礦的燒結(jié)機(jī)理和冶金性能的影響進(jìn)行了研究。但是，普通釩鈦磁鐵礦配比對(duì)高鉻型釩鈦磁鐵礦的影響還未見(jiàn)報(bào)道。文中對(duì)普通釩鈦磁鐵礦配入高鉻型釩鈦磁鐵鐵礦工藝進(jìn)行了研究，考察了普礦配比對(duì)燒結(jié)礦的冶金性能影響，以改善燒結(jié)礦各項(xiàng)性能，為高爐提供更優(yōu)質(zhì)的燒結(jié)礦。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

本試驗(yàn)所用高鉻型釩鈦磁鐵礦由四川龍蟒礦業(yè)集團(tuán)公司提供，普礦以及其他熔劑由承德鋼鐵集團(tuán)公司提供，其主要化學(xué)成分見(jiàn)表 1。燃料主要為焦粉和煤粉，其主要成分見(jiàn)表 2。高鉻型釩鈦磁鐵礦品位較低為 56.45%，同時(shí) 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(shí) SiO₂ 含量也較高，達(dá)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(xiàn)不規(guī)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(shí)驗(yàn)設(shè)備與方法

燒結(jié)杯試驗(yàn)的步驟包括配料、混料、制粒、點(diǎn)火、燒結(jié)、冷卻和破碎處理。燒結(jié)杯試驗(yàn)操作參數(shù)見(jiàn)表 3。燒結(jié)鍋試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，氣體溫度達(dá)到峰值。然后，將燒結(jié)礦用空氣冷卻 10 min，倒出破碎。

根據(jù)原料實(shí)際情況，使用生石灰調(diào)節(jié)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(duì)高鉻型釩鈦磁鐵礦燒結(jié)過(guò)程及燒結(jié)礦質(zhì)量的影響規(guī)律。試驗(yàn)所用的釩鈦粉做到均勻分散，齊整可比。將試驗(yàn)所得燒結(jié)礦做篩分、機(jī)械強(qiáng)度、低溫還原粉化指數(shù)等試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)比較分析，得到不同堿度對(duì)燒結(jié)礦的影響數(shù)據(jù)。具體的試驗(yàn)方案見(jiàn)表 4。燒結(jié)礦成分見(jiàn)表 5。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 普礦配比對(duì)燒結(jié)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(jié)礦粒度分布。隨著普礦配比的增加，粒徑小于 5 mm 的燒結(jié)礦從 31.64%減少到 19.30%。燒結(jié)礦粒度對(duì)高爐冶煉過(guò)程有著直接的影響，強(qiáng)度好、粒度均勻的燒結(jié)礦對(duì)提升冶煉過(guò)程中的透氣性指數(shù)和煤氣利用率等指標(biāo)有著重要的作用。燒結(jié)礦的粒徑分布與燒結(jié)礦強(qiáng)度有著直接的聯(lián)系，隨著普礦配比的增加，燒結(jié)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(dǎo)致燒結(jié)礦強(qiáng)度逐漸增加， 小粒徑的燒結(jié)礦比例減少。

2.2 普礦配比對(duì)燒結(jié)礦性能的影響

圖 4 為不同普礦配比燒結(jié)礦性能測(cè)試結(jié)果。隨著普礦配比的增加，燒結(jié)礦成品率（Yield）、轉(zhuǎn)鼓指數(shù)（TI）、垂直燒結(jié)速度（VSS）和燒結(jié)杯利用系數(shù)（P）均呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。普礦配比增加，燒結(jié)礦中SiO₂ 含量升高，為了保持堿度平衡，燒結(jié)礦中 CaO含量隨之增加，同時(shí)燒結(jié)礦中 TiO₂ 含量減少，導(dǎo)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(jié)礦強(qiáng)度增加，所以燒結(jié)礦成品率堯轉(zhuǎn)鼓指數(shù)上升。因?yàn)槠盏V含量的增加，燒結(jié)料制粒性變好，燒結(jié)料層透氣性變好，垂直燒結(jié)速度加快。燒結(jié)時(shí)間減少，同時(shí)成品率提高，從而燒結(jié)杯利用系數(shù)提高。圖 5 為燒結(jié)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，F(xiàn)e-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(jié)礦礦相圖片，從圖中可以看出，全高鉻型釩鈦磁鐵礦燒結(jié)礦的礦相結(jié)構(gòu)中（圖 6（a）），主要礦物為磁鐵礦，粘結(jié)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(fù)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(jìn)一步增加，赤鐵礦含量增加，燒結(jié)礦中鈣鈦礦含量急劇減少，硅酸鈣含量增加，液相流動(dòng)性得到改善，粘結(jié)相強(qiáng)度提高。

3 結(jié) 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(jié)礦粒徑分布特征表明，隨著普礦配比的增加，燒結(jié)礦強(qiáng)度逐漸增加，小粒徑燒結(jié)礦比例降低。燒結(jié)礦成品率、轉(zhuǎn)鼓指數(shù)、垂直燒結(jié)速度和燒結(jié)杯利用系數(shù)均呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。

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(jié)礦強(qiáng)度提升，綜上所述，在生產(chǎn)許可的情況下應(yīng)盡量增加普礦配比。 

參考文獻(xiàn)

[1] 李亮，羅建林.攀枝花地區(qū)某釩鈦磁鐵礦工藝礦物學(xué)研究[J]. 金屬礦山，2010, 39(4)：89-92.

[2] 邱克輝，恭迎春，張佩聰袁等. 科學(xué)可持續(xù)發(fā)展攀枝花釩鈦產(chǎn)業(yè)[J]. 鋼鐵釩鈦，2009,3（4）：89-92.

[3] 羅金華，邱克輝，張佩聰，等. 紅格釩鈦磁鐵礦中鈦鐵礦的礦物學(xué)特征[J]. 鋼鐵釩鈦，2013，4(34)：1-8.

[4] CHUN T J，ZHU D Q，PAN J. Influence of sulfur content in raw materials on oxidized pellets[J]. Journal of Central South University of Technology，2011，18( 6) : 1924-1929. 

[5] ZHOU M，YANG S T，JIANG T, et al. Influence of MgO in form of magnetite on properties and mineralogy of high chromium vanadium titanium magnetite sinters[J]. Ironmaking & Steelmaking, 2015, 42(3):217-225.

[6] CHENG G J, GAO Z X, YANG H, et al. Effect of calcium oxide on the crushing strength reduction and smelting performance of highchromium vanadium-titanium magnetite pellets[J]. Metals, 2017，7(7):181-195.

[7] ZHOU M, JIANG T, YANG S T, et al. Sintering behavior and consolidation mechanism of high-chromium vanadium and titanium magnetite fines[J]. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials, 2015, 22(9): 917-925.

[8] ZHOU M, YANG S T, JIANG T, et al. Influence of basicity on high chromium vanadium -titanium magnetite sinter properties, productivity and mineralogy[J]. JOM, 2015,67(5): 1203-1213.

[9] YANG S T, ZHOU M, TANG W D, et al. Influence of coke ratio on the sintering behavior of high-chromium vanadium-titanium magnetite[J]. Minerals, 2017,7(7):107-120.

[10] TANG W D, XUE X X, YANG S T, et al. Influence of basicity and temperture on bonding phase strength, microstructure, and mineralogy of high -chromium vanadium -titanium magnetite [J]. Int J Miner Mater, 2018,25(8): 871-880.

[11] TANG W D, YANG S T, CHENG G J, et al. Effect of TiO₂ on the sintering behavior of chromium -bearing vanadium -titanium magnetite[J]. Minerals. 2018, 12(8), 263-277.

[12] 武石鎖，高鉻型釩鈦磁鐵礦燒結(jié)工藝優(yōu)化[D]. 東北大學(xué)，2012.

[13] 周密，楊松陶，姜濤，等. DMF 鐵礦粉在含鉻型釩鈦混合料燒結(jié)中的應(yīng)用[J]. 東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2015, 36(4): 508-511.

[14] 楊松陶，周密，姜濤，等. 含鉻型釩鈦磁鐵礦配礦正交優(yōu)化研究[R]//第十屆中國(guó)鋼鐵年會(huì)暨第六屆寶鋼學(xué)術(shù)年會(huì)，2015, 10: 1630-1634.

[15] ZHANG L H, YANG S T, TANG W D, et al. Investigation of MgO on sintering performance and metallurgical property of high-chromium vanadium-titanium magnetite[J]. Minerals, 2019, 9: 324.

[16] ZHANGLH,YANG ST,TANGWD, et al.Effect of coke breeze content on sintering mechanism and metallurgical properties of high-chromi-um vanadium-titanium magnetite[J]. Ironmaking & Steelmaking, 2019, 5 https://doi.org/10.1080/03019233.2019.1615814.