龔藝杰

（重慶鋼鐵股份有限公司，重慶 401220）

重慶鋼鐵股份有限公司（以下簡稱“重鋼”）地處西南地區(qū)，其缺乏優(yōu)質(zhì)的鐵礦資源，卻擁有豐富的釩鈦磁鐵礦資源。當(dāng)前，煉鐵原料價格較高，鋼鐵行業(yè)競爭激烈，高效經(jīng)濟(jì)地利用自己的釩鈦磁鐵礦資源，對重鋼改善原料采購現(xiàn)狀、降低煉鐵原料成本具有重要的意義[1]。太和鐵礦是重鋼的重要礦石資源基地，其630萬t/a采選擴(kuò)建工程的實(shí)施將改變高爐生產(chǎn)的配礦結(jié)構(gòu)，如何高效經(jīng)濟(jì)地利用釩鈦磁鐵礦資源成為目前亟待解決的技術(shù)問題。

早在2012年上半年，重鋼就提出利用鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)高釩鈦球團(tuán)礦，并與院校合作開展了預(yù)成球和焙燒試驗(yàn)的前期研究。預(yù)研究主要模擬鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯現(xiàn)行工況條件，為后期的系統(tǒng)性研究、下一步進(jìn)行釩鈦球團(tuán)工業(yè)化生產(chǎn)提供了重要數(shù)據(jù)。本文利用重鋼原料和現(xiàn)有設(shè)備開展試驗(yàn)，研究了不同釩鈦精礦比例對造球、焙燒以及球團(tuán)礦物理性能和冶金性能的影響，旨在確定適宜的配比[2]。

1 球團(tuán)試驗(yàn)的原料成分分析

釩鈦精礦由太和鐵礦提供，遼寧精礦、膨潤土均取自生產(chǎn)現(xiàn)場。企業(yè)實(shí)際球團(tuán)生產(chǎn)以遼寧精礦為主，配入釩鈦精礦后，球團(tuán)礦配礦的造球試驗(yàn)方案如表1所示。

表1 造球試驗(yàn)方案

2 球團(tuán)焙燒試驗(yàn)

干燥、預(yù)熱、焙燒的時間根據(jù)鏈箅機(jī)-回轉(zhuǎn)窯工藝進(jìn)行模擬，即鼓風(fēng)干燥段113 s；抽風(fēng)干燥段282 s；預(yù)熱1段225 s；預(yù)熱2段450 s。焙燒時間為25 ～ 35 min[3]。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，隨著釩鈦精粉配入的比例增加，成品球的抗壓強(qiáng)度呈下降趨勢。根據(jù)球團(tuán)固結(jié)機(jī)理，釩鈦精粉比例增加造成鐵品位降低，必然使鐵氧化物晶鍵削弱，在同等條件下，成品球團(tuán)抗壓強(qiáng)度降低是必然的。通過擬合分析，每配入10%的釩鈦粉，成品球抗壓強(qiáng)度下降分別為61 N/P、85 N/P和54 N/P，表明釩鈦礦精粉球團(tuán)的成品球強(qiáng)度是一個需要關(guān)注的問題。

如圖1所示，編號1-1在焙燒溫度1 150℃時抗壓強(qiáng)度最高，與實(shí)際生產(chǎn)較為吻合，配入釩鈦精后，焙燒溫度為1 200℃時抗壓強(qiáng)度最高，且有兩個樣品的抗壓強(qiáng)度接近編號1-1在焙燒溫度1 150℃的抗壓強(qiáng)度。所以，筆者認(rèn)為釩鈦球團(tuán)礦的焙燒溫度在1 200℃較為適宜。

圖1 釩鈦精粉比例對成品球抗壓強(qiáng)度的影響

3 投籠試驗(yàn)

按不同方案，將一定個數(shù)的生球裝入特制不銹鋼籠中，從輥式篩分布料機(jī)投入鏈箅機(jī)-回轉(zhuǎn)窯中。工況條件是：機(jī)速為1.93 m/min，料層厚度210 mm，鼓干一段溫度202℃，抽干一段溫度399℃，預(yù)熱1段和2段溫度分別為593℃和1 010℃。窯中溫度1 208℃，窯尾和窯頭分別為758℃和615℃。環(huán)冷機(jī)機(jī)速1.06 m/min，料層厚度600 mm[4-5]。投籠試驗(yàn)的結(jié)果如表2所示。

表2 投籠試樣結(jié)果

投籠試驗(yàn)的結(jié)果表明，在穩(wěn)定配入膨潤土2.0%的情況下，回轉(zhuǎn)窯1 200℃溫度焙燒，配入不同比例的釩鈦精礦粉獲得的成品球團(tuán)強(qiáng)度變化不大，均大于2 000 N/個，但略呈降低趨勢。擬合結(jié)果表明，在鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯條件下，每配入10%的釩鈦精粉實(shí)際造成抗壓強(qiáng)度的降低效應(yīng)被削弱，大約為降低16 N/P。

4 成品球團(tuán)的冶金性能檢驗(yàn)

對投籠成品球團(tuán)礦進(jìn)行了相關(guān)的冶金性能分析，本研究得到如下結(jié)論。

4.1 球團(tuán)礦冶金性能分析

釩鈦球投籠試驗(yàn)樣品1-1、2-1-2、2-1-3、2-1-5進(jìn)行了相關(guān)的冶金性能檢驗(yàn)。1-1號試樣是100%的遼寧精粉配2.0%的膨潤土進(jìn)行造球，以下依次用太和釩鈦精替換遼寧精粉，同條件下進(jìn)行造球和焙燒試驗(yàn)?？梢钥闯?，隨著釩鈦精用量的增加，球團(tuán)品位逐漸降低，同時還原性能有所惡化，但還原膨脹指數(shù)得到改善。

4.2 球團(tuán)礦掃描電鏡和能譜分析

為了了解球團(tuán)氧化并形成晶鍵的情況和液相在氧化球團(tuán)中的形成情況，本研究選擇試樣1-1進(jìn)行了掃描電鏡觀察和能譜分析，如圖2、圖3所示。

配入65%的釩鈦精粉造成了Ti峰和V峰顯著增強(qiáng)，同時Si峰也增強(qiáng)明顯。因此，球團(tuán)在固結(jié)相形成上也一定和這些特征相對應(yīng)。隨著釩鈦精粉的配入，礦物顆粒之間的晶鍵發(fā)育相似，即整體良好并基本穩(wěn)定，但是液相量出現(xiàn)較為明顯的增多趨勢，電鏡片中逐漸增加的枝狀結(jié)晶體應(yīng)該是一個佐證。

圖2 1-1試樣掃描電鏡圖片

圖3 1-1試樣微區(qū)能譜分析

4.3 球團(tuán)礦礦相分析

對投籠試驗(yàn)樣品進(jìn)行了光學(xué)顯微鏡礦相分析，目的是了解球團(tuán)礦中的組成情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，配入釩鈦精粉后，殘留的鈦鐵礦明顯增多，這說明釩鈦精粉中的鈦磁鐵礦在球團(tuán)氧化焙燒過程中是難以氧化的，需要采取進(jìn)一步的措施來進(jìn)行強(qiáng)化，這種現(xiàn)象與RI檢測結(jié)果相一致。

4.4 X射線衍射分析

為了了解球團(tuán)礦種礦物的相結(jié)構(gòu)，筆者進(jìn)行了X射線衍射分析。所用設(shè)備為DX2700 X-射線衍射儀，分析軟件為JADE5.0。

表3 試樣的相組成分析

由表3可以看出，隨著釩鈦精粉配入比例的增加，球團(tuán)的相結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，這是由于釩鈦精粉的品位較低，配入比例增加導(dǎo)致雜質(zhì)增多，造成鐵氧化物的氧化困難并促使一些渣相形成。

5 結(jié)論

試驗(yàn)研究表明，釩鈦磁鐵精礦粉的球團(tuán)礦生產(chǎn)有以下特征值得關(guān)注。在控制好水分的前提下，隨著釩鈦精粉用量的增加，生球落下強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度基本不受影響，能夠滿足造球工藝環(huán)節(jié)的要求。本次試驗(yàn)25%～65%釩鈦精礦，膨潤土配比2%，干燥、預(yù)熱溫度在200～1 010℃、焙燒溫度為1 200℃時，球團(tuán)礦強(qiáng)度全部大于2 000 N/個，強(qiáng)度滿足高爐冶煉要求，但釩鈦球團(tuán)礦焙燒溫度比遼寧精高50℃左右，預(yù)示著實(shí)際生產(chǎn)中煤氣消耗要增加。冶金性能及礦相分析結(jié)果表明，隨著釩鈦精礦比例提高，液相量明顯增加，還原膨脹指數(shù)、還原度呈現(xiàn)下降趨勢。當(dāng)釩鈦精礦配入超過45%時，生球爆裂嚴(yán)重，還原度指數(shù)低于65%的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，在后續(xù)的高釩鈦生產(chǎn)中必須加以關(guān)注。試驗(yàn)條件下，隨著釩鈦精用量的增加，球團(tuán)品位逐漸降低，同時還原性能有所惡化，但還原膨脹指數(shù)得到改善。本試驗(yàn)研究對于重鋼今后利用西南地區(qū)釩鈦精礦資源進(jìn)行釩鈦球生產(chǎn)乃至進(jìn)一步的釩鈦冶煉工藝生產(chǎn)，都有一定的參考意義。