张立恒，薛向欣

(东北大学冶金学院，沈阳 110819)

摘 要：以高铬型钒钛磁铁矿和普矿为原料，通过烧结杯试验考察了普矿配比对高铬型钒钛磁铁矿烧结矿性能的影响。研究表明院随着普矿配比从 0 提高到 60%，烧结矿粒径约5 mm 的比例逐渐降低；垂直烧结速度、成品率、转鼓强度和烧结杯利用系数均呈现上升的趋势；随着普矿配比的增加，赤铁矿含量升高，磁铁矿含量降低，烧结矿中钙钛矿含量减少，硅酸钙含量增加。

关键词：高铬型钒钛磁铁矿；转鼓指数；烧结杯；普矿；矿相分析

0 引 言

中国最大的钒钛磁铁矿矿藏是位于四川攀枝花的红格矿，分为南北两个矿区。与攀枝花矿和白马矿等周边资源相比，红格矿不仅富含铁、钒、钛等金属元素，而且还含有铬、镍、钴等金属元素，是少数几家的大型多元素共生矿之一，具有很高的综合利用价值^[1-3]。就伴生的铬元素而言，红格矿的Cr₂O₃ 品位高达 0.5%以上，铬资源储量相当可观。根据 Cr₂O₃ 的质量分数，红格矿被称为高铬钒钛磁铁矿^[4]。 

近年来，高铬型钒钛磁铁矿的高炉应用得到了很大发展。与球团和块状矿石一起，烧结矿作为高炉中还原和熔炼的主要炉料可以有效地用于高炉的大规模还原和冶炼^[5-9]。本课题组针对影响烧结矿的因素对高铬型钒钛磁铁矿的应用做了深入的研究^[10,11]。武石锁^[12]对高铬型钒钛磁铁矿烧结工艺进行了优化研究。周密等^[13]研究了 DMF 粉在含铬型钒钛混合料烧结中的应用。杨松陶^[14]研究了含铬型钒钛磁铁矿配矿正交优化研究。张立恒^[15,16]针对 MgO含量和配碳量对高铬型钒钛磁铁矿的烧结机理和冶金性能的影响进行了研究。但是，普通钒钛磁铁矿配比对高铬型钒钛磁铁矿的影响还未见报道。文中对普通钒钛磁铁矿配入高铬型钒钛磁铁铁矿工艺进行了研究，考察了普矿配比对烧结矿的冶金性能影响，以改善烧结矿各项性能，为高炉提供更优质的烧结矿。

1 实 验

1.1 实验原料

本试验所用高铬型钒钛磁铁矿由四川龙蟒矿业集团公司提供，普矿以及其他熔剂由承德钢铁集团公司提供，其主要化学成分见表 1。燃料主要为焦粉和煤粉，其主要成分见表 2。高铬型钒钛磁铁矿品位较低为 56.45%，同时 CaO 含量也较低，相反 TiO₂（11.01%）、V₂O₅（1.32%）和 Cr₂O₃（0.55%）含量很高，普矿品位较高为 63.79%，同时 SiO₂ 含量也较高，达到 7.15%。图 1 为典型的高铬型钒钛磁铁矿颗粒的电镜图片，从图中可以看出，颗粒呈现不规则且棱角分明的形状，表面较光滑。图 2 为高铬型钒钛磁铁矿的 XRD 的图谱分析，可以看出其主要矿物为磁铁矿、钛铁矿、铬铁尖晶石、钒铁尖晶石和镁铁尖晶石相。

1.2 实验设备与方法

烧结杯试验的步骤包括配料、混料、制粒、点火、烧结、冷却和破碎处理。烧结杯试验操作参数见表 3。烧结锅试验结束时，气体温度达到峰值。然后，将烧结矿用空气冷却 10 min，倒出破碎。

根据原料实际情况，使用生石灰调节碱度控制在 1.9，固定配碳量，同等返矿条件，水分控制在10.00%左右。研究了普矿配比对高铬型钒钛磁铁矿烧结过程及烧结矿质量的影响规律。试验所用的钒钛粉做到均匀分散，齐整可比。将试验所得烧结矿做筛分、机械强度、低温还原粉化指数等试验，经过比较分析，得到不同碱度对烧结矿的影响数据。具体的试验方案见表 4。烧结矿成分见表 5。

2 实验结果与分析

2.1 普矿配比对烧结矿粒度的影响

图 3 为不同普矿配比的高铬钒钛磁铁矿烧结矿粒度分布。随着普矿配比的增加，粒径小于 5 mm 的烧结矿从 31.64%减少到 19.30%。烧结矿粒度对高炉冶炼过程有着直接的影响，强度好、粒度均匀的烧结矿对提升冶炼过程中的透气性指数和煤气利用率等指标有着重要的作用。烧结矿的粒径分布与烧结矿强度有着直接的联系，随着普矿配比的增加，烧结矿中液相含量增加，硅酸钙和铁酸钙含量增加，钙钛矿含量降低，导致烧结矿强度逐渐增加， 小粒径的烧结矿比例减少。

2.2 普矿配比对烧结矿性能的影响

图 4 为不同普矿配比烧结矿性能测试结果。随着普矿配比的增加，烧结矿成品率（Yield）、转鼓指数（TI）、垂直烧结速度（VSS）和烧结杯利用系数（P）均呈现上升的趋势。普矿配比增加，烧结矿中SiO₂ 含量升高，为了保持碱度平衡，烧结矿中 CaO含量随之增加，同时烧结矿中 TiO₂ 含量减少，导致性脆的钙钛矿含量降低，性能较好的铁酸钙含量增加，烧结矿强度增加，所以烧结矿成品率尧转鼓指数上升。因为普矿含量的增加，烧结料制粒性变好，烧结料层透气性变好，垂直烧结速度加快。烧结时间减少，同时成品率提高，从而烧结杯利用系数提高。图 5 为烧结矿 XRD 图谱分析。从图中可以看出，随着普矿配比的增加，磁铁矿含量降低，赤铁矿含量增加，Fe-Ti 固溶体含量降低。

2.3 微观组织

图 6（a）~图 6（e）所示为不同普矿配比的烧结矿矿相图片，从图中可以看出，全高铬型钒钛磁铁矿烧结矿的矿相结构中（图 6（a）），主要矿物为磁铁矿，粘结相为钙钛矿和少量硅酸钙；配比为 15%普矿的混合粉，矿物组成较为复杂，矿物组成中主要矿物为磁铁矿，赤铁矿有所增加，钙钛矿含量减少，硅酸钙、铁酸钙含量增加；随着普矿含量进一步增加，赤铁矿含量增加，烧结矿中钙钛矿含量急剧减少，硅酸钙含量增加，液相流动性得到改善，粘结相强度提高。

3 结 论

1）高铬型钒钛磁铁矿主要由磁铁矿、钛铁矿、铬铁尖晶石、钒铁尖晶石和镁铁尖晶石相等组成。

2）烧结矿粒径分布特征表明，随着普矿配比的增加，烧结矿强度逐渐增加，小粒径烧结矿比例降低。烧结矿成品率、转鼓指数、垂直烧结速度和烧结杯利用系数均呈现上升的趋势。

3）随着普矿配比的增加，磁铁矿含量降低，赤铁矿含量增加，钙钛矿含量降低，硅酸钙含量升高，烧结矿强度提升，综上所述，在生产许可的情况下应尽量增加普矿配比。 

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