胡 熊

(四川省方大達州鋼鐵集團有限責任公司， 四川 達州 635000)

攀西地區(qū)的高鈦型釩鈦磁鐵礦藏豐富，為了充分發(fā)揮地域優(yōu)勢、開發(fā)釩鈦資源，公司開始部署釩鈦冶煉戰(zhàn)略。在高爐冶煉當中，將進一步推行釩鈦礦冶煉技術，對燒結原料結構進行大幅度調(diào)整，以提高釩鈦粉比例。為了保證和提高釩鈦燒結礦的質量，本次研究將根據(jù)釩鈦礦的基礎特性，分析其中的關鍵因素，并討論優(yōu)化措施。

1 釩鈦燒結礦的性能分析

1.1 釩鈦磁鐵礦資源特點

攀西地區(qū)釩鈦磁鐵礦資源受磨礦、選礦工藝限制，其中所含TFe僅約55%～56%，而TiO2可高達11%；此外，其中有含量較高的Al2O3和MgO，都屬于高熔點物質。特別是TiO2，在燒結過程中極易與CaO結合而生成鈣鈦礦。鈣鈦礦的熔點較高，會使釩鈦燒結礦液相生成量不足，對燒結礦的生成質量影響較大。表1所示為攀西地區(qū)釩鈦礦成分[1]。

攀西釩鈦磁鐵礦的粒級較粗，其中粒徑<0.074 mm的礦粒占比只有66%～70%，普遍穩(wěn)定在65%～69%， 粒徑≥70%的礦粒較少。其礦物主要由鈦磁鐵礦、鈦鐵礦、硅酸鹽相、尖晶石等物相組成(見表2)，從釩鈦磁鐵礦的粒級形態(tài)來看主要分為不規(guī)則三角形、四邊形、細條形、多邊形等外貌結構[1]。

表1 攀西地區(qū)釩鈦礦成分(ω) 單位：%

由于釩鈦磁鐵礦中的SiO2含量較低，燒結時產(chǎn)生的液相量不足，燒結礦難以獲得良好的黏結性，使得燒結礦強度較差；又因為其中的TiO2含量高、TFe含量較低，使得燒結過程所需的溫度較高，同一時刻生成的鈣鈦礦液相組織較多，致使釩鈦燒結礦脆性大、強度差、返礦率高。

1.2 釩鈦燒結礦的特點

1.2.1 釩鈦燒結礦的成礦機理

攀西釩鈦磁鐵礦的主要成分為鈦磁鐵礦，其熔點較高(1 495 ℃)，而燒結料中低熔點物質的熔點一般為1 205～1 300 ℃。釩鈦磁鐵礦的加入，使得燒結料初熔、融化溫度升高，使用釩鈦磁鐵礦時燒結料的熔點提高到1 280～1 300 ℃，不利于早期液相的生成，影響混合料的燒結性能。此外，攀西釩鈦磁鐵礦是一種礦物組成復雜的礦石，由于TiO2、Al2O3含量較高，燒結液相流動性和液相潤濕性較差，要提高液相流動性和潤濕性，就要保持必要的高溫時間。對燒結機速度、料層厚度等操作參數(shù)的匹配和控制必須精確[1]。

表2 攀西地區(qū)釩鈦磁鐵礦主要礦物組成

根據(jù)鈣鈦礦的生成機理可知，燒結礦中鈣鈦礦的含量主要隨著混合料中TiO2含量和配碳量的增加而增加。當原料結構不變(釩鈦粉配比固定不變)的情況下，其直接與燒結溫度的高低(配碳量多少)有較大關系。

1.2.2 釩鈦燒結礦的轉鼓強度

通過控制合理的配碳量和適宜的燒結礦FeO含量，發(fā)展鐵酸鈣、鈦磁鐵礦和鈦赤鐵礦液相組織，抑制鈣鈦礦的生成，獲得有益于提高燒結礦物理性能的礦相組成。如何匹配燒結礦的冷卻制度，避免燒結礦急冷在礦相結晶界面形成應力，而使燒結礦強度變差，是需要解決的主要問題。

合理的釩鈦燒結礦冷卻制度，可避免燒結礦急冷造成晶界應力從而導致燒結礦強度差。為了避免燒結礦急冷，停用了熱燒結礦下料點冷卻鼓風機，將余熱發(fā)電的回風接入高溫段煙道內(nèi)，利用150 ℃左右的余熱回風對燒結礦進行緩冷。這樣做不僅使燒結礦緩冷，還進一步提高了進入余熱回收系統(tǒng)的熱量。

增加環(huán)冷機料層的厚度，可使冷卻風的透過阻力增大，從而減緩燒結礦的冷卻速度。燒結礦在高溫段冷卻到500～600 ℃時，其中的礦物結晶已完全形成。此時，再利用常規(guī)冷卻設施使燒結礦冷卻到100 ℃左右。通過合理的冷卻制度控制燒結礦的冷卻速率，使燒結礦轉鼓指數(shù)穩(wěn)定在73.5%～74.5%的較好水平。

1.2.3 釩鈦燒結礦的還原性能

因釩鈦磁鐵精礦本身FeO含量較高，在燒結過程中FeO氧化為Fe2O3時會放出大量熱量，為減少釩鈦磁鐵礦混合料中的配碳率創(chuàng)造了條件，而釩鈦磁鐵礦混合料配碳率下降又為降低燒結礦中FeO含量創(chuàng)造了較好條件。因此，釩鈦燒結礦具有FeO含量低、氧化度高的特點，其還原性比普通燒結礦更佳。圖1所示為不同TiO2含量下的燒結礦還原性。

圖1 不同TiO2含量下的燒結礦還原性

1.2.4 燒結礦低溫還原粉化指數(shù)

鈦赤鐵礦具有多種形狀的晶型，不同晶型的還原粉化性能不同，其中骸晶狀菱形鈦赤鐵礦還原粉化最為嚴重。通過釩鈦燒結礦低溫還原粉化研究發(fā)現(xiàn)，釩鈦燒結礦的低溫還原粉化率遠高于普通燒結礦：一般情況下為60%左右，較高可達到80%～85%。圖2所示為TiO2含量對燒結礦RDI的影響曲線[1]。

圖2 TiO2含量對燒結礦RDI的影響曲線

但生產(chǎn)實際中尚不能證明，是否因釩鈦礦的低溫還原粉化率高而引起高爐強化過程中塊狀帶阻力損失分布異常，從而導致冶煉行程失常。

1.3 攀西釩鈦磁鐵礦燒結的生產(chǎn)特點

攀西釩鈦磁鐵礦燒結主要有“兩高、兩低”的顯著特點。具體表現(xiàn)為：

(1) 利用系數(shù)低、工序能耗高。攀鋼研究資料表明，在沒有強化措施的情況下，燒結機利用系數(shù)僅1.0 t/(m2·h)。燒結機利用系數(shù)下降，產(chǎn)量不足，各種能源消耗較高[1]。

(2) 燒結礦強度低、返礦率高。由于釩鈦磁鐵礦液相量不足及脆性鈣鈦礦液相大量存在，燒結礦的強度較差，在生產(chǎn)、轉運過程中產(chǎn)生大量返礦，使燒結總體返礦率上升[1]。

委托重慶科技學院對達州鋼鐵原料條件下不同的混合料配碳量進行燒結杯實驗，分析混合料含量對燒結礦相結構的影響。根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，考察了混合料配碳量調(diào)整對燒結礦 RDI 指標的影響，具體實驗礦粉配比如表3所示，其中混合料的焦粉配比分別為 3.2%、3.6%、4.0%。為了便于比較，除了進行相應的配比調(diào)整外，其余工況條件也均設為相同。礦粉配比實驗結果如表4所示。

表3 優(yōu)化實驗方案的礦粉配比(φ) 單位：%

表4 礦粉配比實驗結果

由實驗指標柱狀圖(圖3)可以看出：隨著焦粉配比提高，轉鼓指數(shù)、垂燒速度呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢；成品率、燒結最高廢氣溫度、RDI+3.15 均呈上升趨勢；燒結礦單位燃耗呈下降趨勢。該系列的混合料水分穩(wěn)定在 6.80%，抗磨指數(shù)有一定波動，燒結礦成品率穩(wěn)定在87.99%左右，混合料平均粒徑穩(wěn)定為3.76 mm，燒結礦平均粒徑穩(wěn)定為 22.65 mm。

通過配碳量優(yōu)化實驗，發(fā)現(xiàn)在生產(chǎn)條件允許的范圍內(nèi)適當提高混合料的焦粉配比，有利于成品燒結礦 RDI指標的改善。這是因為，配碳量增加后，經(jīng)碳的不完全燃燒，所生成的CO含量增大，使得燒結生產(chǎn)氣氛處于一定的還原氣氛中，導致燒結過程中還原反應加劇，且成品燒結礦中的 FeO 含量增大，而赤鐵礦的含量則會隨之減少。單就燒結礦的 RDI指標而言，適當提高燒結混合料中燃料的配比有利于提高燒結礦質量。在當前生產(chǎn)狀況下，宜將焦粉配比從3.2%提高至3.6%。

2 釩鈦燒結技術開發(fā)

2.1 強化釩鈦磁鐵礦制粒，提高料層透氣性

釩鈦磁鐵精礦顆粒表面光滑，成球性較差，使得混合料制粒性能也較差，且其粒度比普通精礦粗，是造成混合料細粒級含量高、平均粒徑小、制粒小球偏離球形、小球表面粗糙的主要原因。這些都是導致燒結料層透氣性差，不利于燒結過程強化的主要原因。因此，應強化混合料制粒，以提高混合料透氣性。

2.1.1 優(yōu)化原料結構，改善釩鈦磁鐵礦成球條件

釩鈦磁鐵精礦比表面積小，其配比增加使得制粒后混合料的平均粒度降低，細粒級含量、制粒小球形狀系數(shù)減小導致混合料料層的透氣性變差。為了增大混勻礦粉比表面積，除釩鈦磁鐵礦外在用的鐵原料進行了基礎特性研究(見表5[2])。

根據(jù)基礎特性研究，優(yōu)化原料結構(見表6)。降低混合料中<0.5 mm粒級顆粒的含量， 提高其比表面積，以改善混合料的制粒性能。同時，針對上述要求，在保證燒結礦釩鈦比、TiO2含量、R2不變的條件下，調(diào)整其他礦種比例，以探索燒結料的粒級組成和平均粒徑[3]。

圖3 各方案實驗指標柱狀圖

優(yōu)化后的原料結構對透氣性<0.5 mm料級的影響比例逐步降低。這說明通過添加治理粉和調(diào)整其他進口礦比例后，原料條件進一步改善，優(yōu)化了強化制粒、增加料層透氣性的基礎條件。

2.1.2 增加混合料黏結劑，促進混合料成球

提高混合料成球率，不僅要求混勻礦具有合理的粒級組成，還要求混合料中含有足夠的黏結劑?；旌狭现性黾羽そY劑，不僅能將黏附粉黏結成混合料小球，還能增強混合料小球及黏附粉的黏附強度。

生石灰經(jīng)打水消化后，就會生成粒度極細的Ca(OH)2膠體顆粒，它具有極大的比表面積。其平均比表面積可達3.0×105cm2/g，比消化前增大了100倍。此膠體顆粒具有較強的親水性和黏結性，可使成球核心更易吸附精礦微粒，從而有利于細顆粒的礦粉黏附在成球核心上形成混合料小球，提高混合料的成球率，并增大其平均粒徑。通過對比實驗，探索了煉鐵廠同一原料條件下、不同生石灰配比的混合料成球率和平均粒徑的關系 。

研究發(fā)現(xiàn)，混合料的成球率和平均粒徑，分別隨著生石灰配比的提高而上升和加大。但當生石灰配比超過4.0%時，混合料的成球率上升幅度和平均粒徑的增大速度趨緩。當生石灰配比達到5.0%時，混合料的成球率達到73%，其平均粒徑達到4.5 mm。

表5 鐵礦粉基礎特性

表6 優(yōu)化的原料結構(φ) 單位：%

2.1.3 優(yōu)化工藝裝備，強化制粒

按照混合料提前加水的原則，提前加水使返礦潤濕，可避免返礦進入混合料后大量吸水而破壞混合料小球的長大過程。同時，加足生石灰消化水，使生石灰在消化器內(nèi)充分消化而生成具有較強黏結性能的消石灰，充分消化后均勻分布于混合料中起到物料“黏結劑”的作用。

除此之外，嚴格遵守“滴水成球、霧水長大、水小球小、水大球大”的混合料成球規(guī)律，對混合機和制粒機的加水段進行合理分段；同時，對制粒機的牙箱進行降速改造，將原來8.5～9.0 r/min的制粒機牙箱改為6.5 r/min牙箱齒輪，大幅提高了混合料的成球率和混合料生球強度。

2.2 控制釩鈦燒結礦成礦過程，獲得理想的礦物組成

與普通燒結礦相比，釩鈦磁鐵燒結礦的成礦過程更加復雜，其中既有一般燒結過程的共同點，又有本身固有的特殊性。想要獲得物理強度和冶金性能較好的燒結礦，就要控制燒結過程中鈣鈦礦的形成，以生成更多的鈦磁鐵礦和鈦赤鐵礦。

3 釩鈦磁鐵礦燒結的工藝控制

3.1 大風和減薄料層

大風和減薄料層主要是為了保證燒結料層有足夠的風量，以滿足燃料燃燒和物理化學反應的需要。煉鐵廠燒結機設計之初，是按照75%的進口礦品質匹配風機。為了增加透過料層的有效風量，只能采取減少燒結機有害漏風的方法，以增加透過料層的有效風量。

對燒結機風箱進行噴涂，在燒結機風箱上焊接錨釘，加掛龜甲網(wǎng)，用于固定高溫耐磨材料，利用噴涂材料封堵風箱漏點，使漏風率降低3.3%，從而增加透過料層的有效風量，滿足釩鈦磁鐵礦燒結風量較大的需求。

3.2 低水

釩鈦磁鐵礦燒結的適宜水分比普通精礦的適宜水分要低。這主要是因為,釩鈦磁鐵礦的礦物組成以磁鐵礦為主，其結構致密，親水性差而濕容量小。

根據(jù)原料的結構特點，結合生石灰配比和水分高低與成球率的關系，將混合料水分控制在(8.0±0.2)%的標準下。這樣做，既能使成球率達到最佳，又能避免水分過大，不會增加下部混合料的水分。

混合料水分的穩(wěn)定控制是難點。在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，制粒機蒸汽含水率波動較大，容易造成混合料水分波動。為此，在制粒機上設計安裝了蒸汽脫水裝置，使蒸汽中的水脫出，從而杜絕了制粒機蒸汽含水率的波動，穩(wěn)定了混合料的水分。

3.3 低碳

根據(jù)釩鈦磁鐵礦的礦相研究結果，在生產(chǎn)中將混合料配碳率控制在2.9%～3.2%，將FeO控制在(8.8±1.0)%。這樣，可使燒結料層的氣氛分布更合理，有利于抑制鈣鈦礦的生成，從而發(fā)展鐵酸鈣、鈦磁鐵礦和鈦赤鐵礦等液相組織。

4 工藝流程和裝備優(yōu)化措施

優(yōu)質釩鈦燒結礦的生產(chǎn)，不僅需要設置合理的操作參數(shù)，還需要良好的工藝設備工況來保證。

(1) 按使用壽命更換備件，確保燒結機連續(xù)穩(wěn)定運行。嚴格按照備件的使用壽命進行周期性維護和更換，燒結機不再因添加篦條和隔熱件而臨時停機。避免了臨時停機，可使燒結機連續(xù)作業(yè)率基本達到100%。

(2) 優(yōu)化造堆工藝流程，提高堿度合格率。燒結生產(chǎn)所使用的熔劑來自多個廠家，熔劑成分差異較大。為了穩(wěn)定燒結礦成分、提高堿度合格率，將熔劑廠的石灰石粉配入混勻礦粉中，利用混勻礦粉造大堆，以避免灰石粉成分對燒結礦成分穩(wěn)定性的影響。

(3) 改造布料系統(tǒng)，實現(xiàn)精準布料。在使用釩鈦磁鐵精礦前，燒結機混合料布料系統(tǒng)是按照普礦燒結進行調(diào)整，使用釩鈦粉后布料系統(tǒng)滿足不了釩鈦燒結的布料要求。在對布料系統(tǒng)進行徹底改造后，解決了混合料倉懸料、布料料面不平、粒級與配碳量分布不合理等問題，使燒結料液相的生成和燒結過程中的氣氛條件更加合理，有利于提高燒結礦質量。

5 結 語

研究高比例釩鈦燒結技術，總結了釩鈦燒結礦的特點及影響因素。采取一系列優(yōu)化措施，提升了系統(tǒng)操作水平，使燒結礦質量指標滿足高爐需求。將燒結釩鈦磁鐵精礦比例穩(wěn)定在了理想水平，并通過控制合理的高爐機燒比，搭配一定比例的釩鈦球團礦，使鐵水中的V含量保持較高水平。