提高達(dá)鋼燒結(jié)中釩鈦礦配比的試驗(yàn)研究

劉正勇，王 濤，秦洋洋，向劉欣，張明遠(yuǎn)

（重慶科技學(xué)院冶金與材料工程學(xué)院，重慶 401331）

引 言

由于進(jìn)口礦粉價(jià)格昂貴，而國(guó)內(nèi)攀枝花-西昌、河北承德等地?fù)碛胸S富的釩鈦礦粉資源，并擁有價(jià)格低廉易于開采等優(yōu)點(diǎn)［1-6］。因此，用一定量的釩鈦礦粉代替部分進(jìn)口礦粉，可以達(dá)到降本增效的目的［7］。然而釩鈦礦粉的TiO2含量普遍在10%左右，在燒結(jié)過程中會(huì)生成熔點(diǎn)較高的鈣鈦礦，從而影響燒結(jié)礦的液相生成，進(jìn)而影響燒結(jié)礦的質(zhì)量［8-13］。因此，找到既能增加釩鈦礦粉配比又能改善由于增加釩鈦礦粉配比導(dǎo)致燒結(jié)礦質(zhì)量下降的方法尤為重要。

本文通過提高釩鈦礦粉配比和調(diào)整堿度進(jìn)行燒結(jié)杯試驗(yàn)，研究釩鈦礦粉在不同配比與堿度條件下燒結(jié)礦的抗磨指數(shù)、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度、低溫還原粉化指標(biāo)、還原性及軟熔性能。探索其中存在的內(nèi)部規(guī)律，為達(dá)鋼燒結(jié)生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料

本試驗(yàn)采用達(dá)鋼燒結(jié)生產(chǎn)所需的含鐵原料：龍蟒-低硅、太和-高硅、安寧釩鈦、承德釩鈦、澳粉Pb、羅伊山、FMG 粉、巴西BRBF、高硅巴粗。主要原料化學(xué)成分如表1 所示。

表1 含鐵原料化學(xué)成分表

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

本試驗(yàn)所用設(shè)備主要有燒結(jié)杯裝置（型號(hào)：MTLQ-MX-1）、還原爐（型號(hào)：MTLQ-HY-3）、熔滴爐（型號(hào)：MTLQ-RH3）、礦相顯微鏡（型號(hào)：GX71（OLYMPUS））、轉(zhuǎn)鼓（型號(hào)：YS6324）以及相關(guān)輔助設(shè)備。

1.3 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)主要研究不同釩鈦礦粉配比條件下燒結(jié)礦的性能，釩鈦礦粉的配量分別為40%，50% 和60%，每組再分別以堿度2.15 和2.25 進(jìn)行試驗(yàn)，共6組，各配比方案依次編號(hào)為A1，A2，B1，B2，C1，C2。配料計(jì)算主要考慮了幾個(gè)約束條件：（1）焦粉5%；（2）返礦30%；（3）生石灰4.8%?；靹虻V粉配料配比如表2 所示。

表2 混合礦粉實(shí)驗(yàn)方案配料表/%

1.3.1 燒結(jié)杯試驗(yàn)方法

根據(jù)計(jì)算結(jié)果稱取各組試驗(yàn)所需原料進(jìn)行混料，然后進(jìn)行布料，首先在燒結(jié)杯中加入定量的底料并鋪平，然后再將混合料加入到燒結(jié)杯中并鋪平。進(jìn)行點(diǎn)火燒結(jié)，調(diào)整點(diǎn)火抽風(fēng)負(fù)壓為8 kPa，點(diǎn)火時(shí)間控制為140 s，控制點(diǎn)火溫度為1200±100 ℃，點(diǎn)火完畢移開點(diǎn)火器，燒結(jié)負(fù)壓調(diào)整到14 kPa。待燒結(jié)結(jié)束后，進(jìn)行冷卻，再根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，檢測(cè)燒結(jié)礦的抗磨指數(shù)和轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度。

1.3.2 燒結(jié)礦冶金性能與礦相分析

依照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13242-2017 對(duì)燒結(jié)礦的低溫還原粉化性能進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，依照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13241-2017 對(duì)燒結(jié)礦的還原性能與熔滴性能進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，最后對(duì)燒結(jié)礦的礦相結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同堿度下釩鈦礦粉配比與燒結(jié)礦物理性能關(guān)系

分別在燒結(jié)礦堿度為2.15 和2.25 的條件下，釩鈦礦粉配比為40%，50%和60%，進(jìn)行燒結(jié)杯試驗(yàn)。不同方案燒結(jié)礦的抗磨指數(shù)和轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度分別如圖1和圖2 所示。

2.1.1 不同堿度下釩鈦礦粉配比對(duì)抗磨指數(shù)的影響

由圖1 可知，隨著釩鈦礦粉配比的增加，燒結(jié)礦抗磨指數(shù)略有上升；隨著燒結(jié)礦堿度從2.15 提高到2.25，燒結(jié)礦抗磨指數(shù)略有下降；根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)燒結(jié)礦抗磨指數(shù)需小于6%，總體符合入爐要求。

2.1.2 不同堿度下釩鈦礦粉配比對(duì)轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度的影響

由圖2 可知，隨著釩鈦礦粉配比的增加，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度略有下降；隨著燒結(jié)礦堿度從2.15 提高到2.25，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度略有提高。其原因是：（1）隨著釩鈦礦粉配比的增加，鈣鈦礦隨之增多，抑制了鐵酸鈣的生成，導(dǎo)致液相對(duì)礦粉顆粒粘結(jié)作用變?nèi)酰瑹Y(jié)礦強(qiáng)度變低；（2）由于堿度提高，鐵酸鈣液相增多，增強(qiáng)了燒結(jié)礦內(nèi)部的粘結(jié)能力，因此燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)略有提升，這與高強(qiáng)健等［14］、周密等［15］的研究結(jié)論一致。

2.2 不同堿度下釩鈦礦粉配比與燒結(jié)礦冶金性能關(guān)系

分別在燒結(jié)礦堿度為2.15 和2.25 的條件下，釩鈦礦粉配比為40%，50%和60%，研究分析釩鈦礦粉對(duì)燒結(jié)礦低溫還原粉化指標(biāo)、還原性以及熔融性的影響，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖3，4 和表3 所示。

2.2.1 不同堿度下釩鈦礦粉配比對(duì)低溫還原粉化指標(biāo)的影響

由圖3 可知，隨著釩鈦礦粉配比的增加，燒結(jié)礦低溫還原粉化指標(biāo)降低；隨著燒結(jié)礦堿度從2.15 提高到2.25，燒結(jié)礦低溫還原粉化指標(biāo)略有提高。其原因是：（1）隨著釩鈦礦粉配比的增加，生成的鈣鈦礦會(huì)抑制鐵酸鈣的生成，導(dǎo)致液相對(duì)礦粉顆粒粘結(jié)作用變?nèi)酰瑹Y(jié)礦低溫還原粉化指標(biāo)變差；（2）由于堿度提高，燒結(jié)中鐵酸鈣含量逐漸增加，增強(qiáng)了燒結(jié)礦內(nèi)部的粘結(jié)，從而使燒結(jié)礦低溫還原粉化指標(biāo)有所改善，這與胡熊［8］、李杰等［16］的研究結(jié)論一致。

2.2.2 不同堿度下釩鈦礦粉配比對(duì)還原性的影響

由圖4 可知，隨著釩鈦礦粉配比的增加，燒結(jié)礦還原性略有降低；隨著燒結(jié)礦堿度從2.15 提高到2.25，燒結(jié)礦還原性略有提高。其原因是：（1）隨著釩鈦礦粉配比的增加，生成的鈣鈦礦會(huì)抑制鐵酸鈣的生成，導(dǎo)致易于還原的相變少，燒結(jié)礦還原性變低；（2）由于堿度提高，燒結(jié)中鐵酸鈣含量逐漸增加，易于還原的相增多，導(dǎo)致燒結(jié)礦還原性有所改善，從而驗(yàn)證了高強(qiáng)健等［14］的研究結(jié)論。

2.2.3 不同堿度下釩鈦礦粉配比對(duì)熔滴性能的影響

分別在燒結(jié)礦堿度為2.15 和2.25 的條件下，釩鈦礦粉配比為40%，50%和60%，使用熔滴爐的位移傳感器測(cè)量料層位移變化，當(dāng)料層厚度下降10%和40%時(shí)，觀察對(duì)應(yīng)的料中開始軟化溫度（T10%）和軟化終了溫度為（T40%），計(jì)算軟熔區(qū)間ΔTm為兩者的差。試驗(yàn)結(jié)果如表3 所示。

表3 不同方案燒結(jié)礦的熔滴性能

由表3 可知，隨著釩鈦礦粉配比的增加，軟化開始溫度、軟化終了溫度和滴落溫度有所降低，軟熔區(qū)間略有變窄，軟熔帶略有上移；隨著燒結(jié)礦堿度從2.15 提高到2.25，軟化開始溫度、軟化終了溫度、軟熔區(qū)間和滴落溫度變化不大。目前國(guó)內(nèi)煉鐵廠開始軟化溫度普遍在1100 ℃左右，軟熔區(qū)間在150℃左右，因此，總體符合入爐要求。

2.3 礦相分析

分別在燒結(jié)礦堿度為2.15 和2.25 的條件下，釩鈦礦粉配比為40% 和60%，其顯微結(jié)構(gòu)如圖5-6所示。

由圖5，6 可知，主要存在的礦相為鐵酸鈣、赤鐵礦、鈣鈦礦。在堿度一定的條件下，隨著釩鈦礦粉配比從40%增加到60%，鐵酸鈣含量減少，鈣鈦礦含量增加，赤鐵礦含量無明顯變化；在釩鈦礦粉配比一定的條件下，隨著堿度從2.15 提高到2.25，鐵酸鈣含量減增加，鈣鈦礦含量減少，赤鐵礦含量無明顯變化，因此在釩鈦燒結(jié)實(shí)際生產(chǎn)過程中可適當(dāng)提高配礦堿度。

3 結(jié) 論

分別在燒結(jié)礦堿度為2.15 和2.25 的條件下，釩鈦礦粉配比為40%，50%和60%，考察了釩鈦礦粉配比與燒結(jié)礦堿度對(duì)燒結(jié)過程及燒結(jié)礦質(zhì)量的影響，得出以下結(jié)論：

（1）在堿度不變的條件下，釩鈦礦粉配比從40%提升到60%，燒結(jié)礦抗磨指數(shù)略有上升，總體小于6%符合入爐要求；燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度略有下降；燒結(jié)礦的低溫還原粉化指標(biāo)降低，燒結(jié)礦還原性略有降低；軟化開始溫度、軟化終了溫度和滴落溫度有所降低，軟熔區(qū)間略有變窄，軟熔帶略有上移。

（2）在釩鈦礦粉配比不變的條件下，燒結(jié)礦堿度從2.15 提高到2.25，燒結(jié)礦抗磨指數(shù)略有下降；燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度略有提升；燒結(jié)礦的低溫還原粉化指標(biāo)和還原性有所改善；軟化開始溫度、軟化終了溫度、軟熔區(qū)間和滴落溫度變化不大。

（3）從燒結(jié)礦礦相顯微結(jié)構(gòu)來看，釩鈦礦粉配比從40%增加到60%，雖然鈣鈦礦含量增加，鐵酸鈣含量減少，但隨著堿度的提高，鈣鈦礦含量減少，鐵酸鈣含量增加，因此在釩鈦燒結(jié)實(shí)際生產(chǎn)過程中可適當(dāng)提高配礦堿度。