提高达钢烧结中钒钛矿配比的试验研究

刘正勇，王 涛，秦洋洋，向刘欣，张明远

（重庆科技学院冶金与材料工程学院，重庆 401331）

引 言

由于进口矿粉价格昂贵，而国内攀枝花-西昌、河北承德等地拥有丰富的钒钛矿粉资源，并拥有价格低廉易于开采等优点［1-6］。因此，用一定量的钒钛矿粉代替部分进口矿粉，可以达到降本增效的目的［7］。然而钒钛矿粉的TiO2含量普遍在10%左右，在烧结过程中会生成熔点较高的钙钛矿，从而影响烧结矿的液相生成，进而影响烧结矿的质量［8-13］。因此，找到既能增加钒钛矿粉配比又能改善由于增加钒钛矿粉配比导致烧结矿质量下降的方法尤为重要。

本文通过提高钒钛矿粉配比和调整碱度进行烧结杯试验，研究钒钛矿粉在不同配比与碱度条件下烧结矿的抗磨指数、转鼓强度、低温还原粉化指标、还原性及软熔性能。探索其中存在的内部规律，为达钢烧结生产提供理论指导。

1 试验部分

1.1 试验原料

本试验采用达钢烧结生产所需的含铁原料：龙蟒-低硅、太和-高硅、安宁钒钛、承德钒钛、澳粉Pb、罗伊山、FMG 粉、巴西BRBF、高硅巴粗。主要原料化学成分如表1 所示。

表1 含铁原料化学成分表

1.2 试验设备

本试验所用设备主要有烧结杯装置（型号：MTLQ-MX-1）、还原炉（型号：MTLQ-HY-3）、熔滴炉（型号：MTLQ-RH3）、矿相显微镜（型号：GX71（OLYMPUS））、转鼓（型号：YS6324）以及相关辅助设备。

1.3 试验方法

本试验主要研究不同钒钛矿粉配比条件下烧结矿的性能，钒钛矿粉的配量分别为40%，50% 和60%，每组再分别以碱度2.15 和2.25 进行试验，共6组，各配比方案依次编号为A1，A2，B1，B2，C1，C2。配料计算主要考虑了几个约束条件：（1）焦粉5%；（2）返矿30%；（3）生石灰4.8%。混匀矿粉配料配比如表2 所示。

表2 混合矿粉实验方案配料表/%

1.3.1 烧结杯试验方法

根据计算结果称取各组试验所需原料进行混料，然后进行布料，首先在烧结杯中加入定量的底料并铺平，然后再将混合料加入到烧结杯中并铺平。进行点火烧结，调整点火抽风负压为8 kPa，点火时间控制为140 s，控制点火温度为1200±100 ℃，点火完毕移开点火器，烧结负压调整到14 kPa。待烧结结束后，进行冷却，再根据国家标准，检测烧结矿的抗磨指数和转鼓强度。

1.3.2 烧结矿冶金性能与矿相分析

依照国家标准GB/T 13242-2017 对烧结矿的低温还原粉化性能进行试验检测，依照国家标准GB/T 13241-2017 对烧结矿的还原性能与熔滴性能进行试验检测，最后对烧结矿的矿相结构进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同碱度下钒钛矿粉配比与烧结矿物理性能关系

分别在烧结矿碱度为2.15 和2.25 的条件下，钒钛矿粉配比为40%，50%和60%，进行烧结杯试验。不同方案烧结矿的抗磨指数和转鼓强度分别如图1和图2 所示。

2.1.1 不同碱度下钒钛矿粉配比对抗磨指数的影响

由图1 可知，随着钒钛矿粉配比的增加，烧结矿抗磨指数略有上升；随着烧结矿碱度从2.15 提高到2.25，烧结矿抗磨指数略有下降；根据行业标准烧结矿抗磨指数需小于6%，总体符合入炉要求。

2.1.2 不同碱度下钒钛矿粉配比对转鼓强度的影响

由图2 可知，随着钒钛矿粉配比的增加，烧结矿转鼓强度略有下降；随着烧结矿碱度从2.15 提高到2.25，烧结矿转鼓强度略有提高。其原因是：（1）随着钒钛矿粉配比的增加，钙钛矿随之增多，抑制了铁酸钙的生成，导致液相对矿粉颗粒粘结作用变弱，烧结矿强度变低；（2）由于碱度提高，铁酸钙液相增多，增强了烧结矿内部的粘结能力，因此烧结矿转鼓指数略有提升，这与高强健等［14］、周密等［15］的研究结论一致。

2.2 不同碱度下钒钛矿粉配比与烧结矿冶金性能关系

分别在烧结矿碱度为2.15 和2.25 的条件下，钒钛矿粉配比为40%，50%和60%，研究分析钒钛矿粉对烧结矿低温还原粉化指标、还原性以及熔融性的影响，试验数据如图3，4 和表3 所示。

2.2.1 不同碱度下钒钛矿粉配比对低温还原粉化指标的影响

由图3 可知，随着钒钛矿粉配比的增加，烧结矿低温还原粉化指标降低；随着烧结矿碱度从2.15 提高到2.25，烧结矿低温还原粉化指标略有提高。其原因是：（1）随着钒钛矿粉配比的增加，生成的钙钛矿会抑制铁酸钙的生成，导致液相对矿粉颗粒粘结作用变弱，烧结矿低温还原粉化指标变差；（2）由于碱度提高，烧结中铁酸钙含量逐渐增加，增强了烧结矿内部的粘结，从而使烧结矿低温还原粉化指标有所改善，这与胡熊［8］、李杰等［16］的研究结论一致。

2.2.2 不同碱度下钒钛矿粉配比对还原性的影响

由图4 可知，随着钒钛矿粉配比的增加，烧结矿还原性略有降低；随着烧结矿碱度从2.15 提高到2.25，烧结矿还原性略有提高。其原因是：（1）随着钒钛矿粉配比的增加，生成的钙钛矿会抑制铁酸钙的生成，导致易于还原的相变少，烧结矿还原性变低；（2）由于碱度提高，烧结中铁酸钙含量逐渐增加，易于还原的相增多，导致烧结矿还原性有所改善，从而验证了高强健等［14］的研究结论。

2.2.3 不同碱度下钒钛矿粉配比对熔滴性能的影响

分别在烧结矿碱度为2.15 和2.25 的条件下，钒钛矿粉配比为40%，50%和60%，使用熔滴炉的位移传感器测量料层位移变化，当料层厚度下降10%和40%时，观察对应的料中开始软化温度（T10%）和软化终了温度为（T40%），计算软熔区间ΔTm为两者的差。试验结果如表3 所示。

表3 不同方案烧结矿的熔滴性能

由表3 可知，随着钒钛矿粉配比的增加，软化开始温度、软化终了温度和滴落温度有所降低，软熔区间略有变窄，软熔带略有上移；随着烧结矿碱度从2.15 提高到2.25，软化开始温度、软化终了温度、软熔区间和滴落温度变化不大。目前国内炼铁厂开始软化温度普遍在1100 ℃左右，软熔区间在150℃左右，因此，总体符合入炉要求。

2.3 矿相分析

分别在烧结矿碱度为2.15 和2.25 的条件下，钒钛矿粉配比为40% 和60%，其显微结构如图5-6所示。

由图5，6 可知，主要存在的矿相为铁酸钙、赤铁矿、钙钛矿。在碱度一定的条件下，随着钒钛矿粉配比从40%增加到60%，铁酸钙含量减少，钙钛矿含量增加，赤铁矿含量无明显变化；在钒钛矿粉配比一定的条件下，随着碱度从2.15 提高到2.25，铁酸钙含量减增加，钙钛矿含量减少，赤铁矿含量无明显变化，因此在钒钛烧结实际生产过程中可适当提高配矿碱度。

3 结 论

分别在烧结矿碱度为2.15 和2.25 的条件下，钒钛矿粉配比为40%，50%和60%，考察了钒钛矿粉配比与烧结矿碱度对烧结过程及烧结矿质量的影响，得出以下结论：

（1）在碱度不变的条件下，钒钛矿粉配比从40%提升到60%，烧结矿抗磨指数略有上升，总体小于6%符合入炉要求；烧结矿转鼓强度略有下降；烧结矿的低温还原粉化指标降低，烧结矿还原性略有降低；软化开始温度、软化终了温度和滴落温度有所降低，软熔区间略有变窄，软熔带略有上移。

（2）在钒钛矿粉配比不变的条件下，烧结矿碱度从2.15 提高到2.25，烧结矿抗磨指数略有下降；烧结矿转鼓强度略有提升；烧结矿的低温还原粉化指标和还原性有所改善；软化开始温度、软化终了温度、软熔区间和滴落温度变化不大。

（3）从烧结矿矿相显微结构来看，钒钛矿粉配比从40%增加到60%，虽然钙钛矿含量增加，铁酸钙含量减少，但随着碱度的提高，钙钛矿含量减少，铁酸钙含量增加，因此在钒钛烧结实际生产过程中可适当提高配矿碱度。