曾 俊  朱承贵

（方大集团九江萍钢钢铁公司，江西 九江 332500 ）

摘 要： 以澳大利亚进口铁精粉和国内钒钛磁铁矿粉为主要原料，对不同 TiO 2 含量的混合铁矿粉进行烧结杯实验研究，并利用电镜对矿相和元素分布进行了检测。

关键词：二氧化钛；烧结矿；钒钛磁铁矿；冶金性能

我国铁矿石资源的特征是品位较低，贫矿多富矿少，中小型矿多大型特大型的矿少，并且矿石类型复杂，难利用的铁矿多。随着钢铁工业的迅速发展，中国铁矿石资源日趋紧张，钒钛磁铁矿资源正在被大力开发利用 ^[1-6] 。四川省拥有丰富的钒钛磁铁矿，储量占全国总储量的 14.1%，成分相对复杂，是目前开采的重要矿石类型之一。TiO₂ 在烧结过程中很容易和 CaO 发生反应，生成高熔点的钙钛矿，不利于液相的形成和流动，对烧结矿有不利的影响。TiO₂ 同时又有很好的保护炉缸的作用，因此，合理的 TiO₂ 含量对高炉顺行和长久的运行有重要意义。

1 实验原料

本实验采用两种铁矿粉进行研究，其化学成分如表 1 所示。可知，澳大利亚铁矿粉的品位比较高为 65.23%，钒钛磁铁矿粉的品位不高，含有钒 0.86%，钛 11.27%，可以通过配矿来调整 TiO₂的含量。

2 实验方法与方案

2.1 实验方法

烧结杯内径 300mm，混合料加入量 40kg，烧结料层厚度控制为 500mm，烧结负压为 9600Pa。烧结点火温度 1180℃，点火时间 120s，烧结点火负压控制为 5000Pa，将烧结废气温度开始下降时定为烧结终点。采用人工布料，烧结过程采用计算机控制。烧结结束后，将烧结矿从 2m 高出落下 3 次后装入振动筛进行筛分，时间为 300s，大于 5mm 的烧结矿为成品矿。按照标准取 7.5kg做转鼓强度测试。

2.2 实验方案

本实验共设计了 6 组实验，其中第 1 组为纯澳大利亚矿粉烧结，其它 5 组通过理论计算配矿得到不同 TiO₂ 含量的混合矿，TiO₂ 含量分别为1%，2%，，3%，4%，5%。混合矿化学成分表见表2。烧结矿碱度为 1.8，配碳质量分数为 3.5%，返 矿质量分数 20%。

3 实验结果与分析

3.1 TiO₂ 对烧结矿指标的影响

由图 1 可见，随着 TiO₂ 含量的上升，烧结矿转鼓强度和成品率下降，当 TiO₂ 含量为 1%时，转鼓强度为 65.78；当 TiO₂ 含量增加到 5%，转鼓强度降低为 58.34，比基准值减低了 8.21。在 TiO₂含量不超过 2%的情况下，转鼓指数下降幅度比较小，超过 2%之后，下降速度明显加大；成品率同样呈现下降趋势，从基准的 80.1%降低到最高含 5%TiO₂ 的 75.5%,；可以看出，TiO₂ 对烧结矿转鼓强度和成品率有较大的影响。

烧结矿的强度主要取决于混合料在熔化过程中生成液相的组成、性质、数量以及最终的矿物组成和结构。液相的流动性好、粘度小、表面张力大则有利于混合料颗粒粘结，从而提高烧结矿强度。由于 TiO₂ 含量升高，导致渣相的熔点上升，生成的液相量减少，而在配碳量一定的条件下，烧结温度不会存在太大的变动，从而导致渣相的流动性随着 TiO₂ 含量的升高而降低。矿物晶粒与颗粒之间渣相分布不均，容易产生空洞。

粘结力变弱，烧结矿的强度也会随之变差。由于TiO₂ 的不断增加，其与 CaO 反应会生成硬度大而脆的钙钛矿，这也是烧结矿强度变差的主要原因之一。

由图 2 可知，在其他条件不变的情况下，随着 TiO₂ 含量的升高，垂直烧结速度与下降，主要是因为烧结液相随着 TiO₂ 含量的上升而增加，气流通过料层的阻力上升。垂直烧结速度和成品率都下降，导致利用系数下降。

3.2 TiO₂ 对冶金性能的影响

表 3 可见，随着 TiO₂ 含量增加，低温还原粉化率上升，主要是因为钙钛矿分散于渣相和铁矿物之间，降低了硅酸盐的粘结作用以及钛赤铁矿的连晶作用；TiO₂ 能显著破坏硅酸盐相的断裂韧性，在还原过程中受应力的作用进一步扩大，TiO₂ 含量越高，破坏力越强。

由表 4 可以看出，随着烧结矿中 TiO₂ 含量的提高，综合炉料的软化开始温度、软化终了温度有所升高，软化区间（T 40 -T 10 ）逐渐变大；熔化开始温度、熔化终了温度均上升，软熔区间下移及加宽；软熔带厚度愈宽，对上升煤气流的阻力愈大，愈不利于高炉冶炼的顺行和强化；反之，炉料透气性能得到改善，滴落率增加，初渣流动性能好，高炉冶炼效果得到改善。除软化开始温度外，TiO₂ 含量对烧结矿软熔滴落性能影响规律与过去的研究结果基本一致 ^[7,8] ，高炉生产操作过程中，较高的软化温度、窄的软熔带、较高的熔滴温度是相对理想的状态 ^[9-11] 。

3.3 TiO₂ 对矿物组成和显微结构的影响

对不同含量 TiO₂ 烧结矿的矿相进行了鉴定，由物相组成可以看出，随着 TiO₂ 含量的升高，烧结矿中钛赤铁矿、钙钛矿的含量增加，铁酸钙的含量减少，这是由于 TiO₂ 更容易和 CaO 反应。图 3 为TiO₂ 含量为 3%的烧结矿电镜和元素面分布图，从图中可以看出，添加的 TiO₂ 主要以钙钛矿的形式存在于赤铁矿间隙中，没有固定的形状；并且钛的元素分布和硅、钙元素的分布基本一致，说明钛元素以玻璃相为基底固溶于硅酸钙中。TiO₂ 含量越高，对烧结矿的强度越不利，烧结生产中应合理控制 TiO₂ 的含量，以提高烧结矿的质量。

4 结论

（1）随着 TiO₂ 含量的增加，烧结矿的转鼓指数、成品率和垂直烧结速度下降；低温还原粉化率上升，（2）随着烧结矿中 TiO₂ 含量的提高，综合炉料的软化开始温度、软化终了温度有所升高，软化区间（T 40 -T 10 ）逐渐变大；熔化开始温度、熔化终了温度均上升，软熔区间下移及加宽；（3）烧结矿中钛元素主要分布于以玻璃相为基底的硅酸钙中，对烧结矿强度不利。

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