太和钒钛磁铁精矿烧结试验研究

12 2010 年第 33 卷第 4 期 太和钒钛磁铁精矿烧结试验研究 张义贤 （攀 钢钒炼铁厂） 摘 要： 通过开展太和钒钛磁铁精矿烧结试验研究，掌握其烧结特性。太和精矿与攀精矿相比， 粒度细 ， 小于 200目 )含量高 具有 特点 。 采用 太和矿全部替代攀精矿，烧结矿转鼓强度提高 品率提高 结矿 匀设计结果 表明，在料层 720 分 混合料含碳量 件下， “25% 40%白马球团矿 +55% 70%太和烧结矿 ”炉料结构可使太和烧结矿 转鼓 强度达到 成品率达到 关键词： 钒钛磁铁精矿；烧结；均匀设计；强度；利用系数 ；成品率 0 引 言 为达到增加攀钢的钢铁生产规模，扩大钒、钛等稀有金属的产量之目的，攀钢拟 在西昌新建一座年产 400 万 t 左右新基地。西昌新高炉建成投产后，将主要立足于攀西地区现有的资源状况和攀钢冶炼技术特点，以冶炼高钛型钒钛磁铁矿为主。根据规划情况来看，新基地高炉炉容与目前攀钢 2000 炉的容积 较为接近 ，根据 攀西地区 的 资源情况，新基地高炉除了使用白马钒钛精矿外，还要使用本地的太和钒钛精矿。对于太和钒钛精矿，攀钢建厂初期曾对其进行过全钒钛烧结的 试验 室研究，研究表明 1，高碱度太和全钒钛矿（ R=有良好的还原性能和较高的软化温度。但在目前烧结原料结构多样条件下，太和矿对烧结矿产质量的影响，对高炉炉料结构的影响如何，有待进行深入研究。因此根据现有的矿石资源（白马矿、太和矿、周边普通矿等），分析新基地高炉所需原料水平及新基地的原料结构及质量，提出改善原料质量的措施，为西昌项目高炉的设计提供分析依据，以及新基地大高炉快 速达产提供优质的原料，具有十分重要的意义。 1 原料条件与试验方案 原料条件 试验所用的太和钒钛 磁铁 精矿取自 西昌 的 太和，其他原料均取自生产现场。为了减少原料物理、化学指标波动给试验带来的影响，所有原料均采取一次性取回。两种钒钛磁铁精矿的化学成分列于表1，粒度组成列于表 2。 表 1 钒钛磁铁精矿化学指标情况 % 矿名 2 攀精矿 和矿 2 钒钛磁铁精矿粒度组成（水筛） % 矿 名 精矿 和矿 钢 技 术 13 从表 1 可看出，太和矿与攀精矿化学成分相比，具有 量高， 和 的特点，其中 约 百分点， 别高 百分点； S 含量分别低 百分点。 由 表 2 可知，太和矿粒度较攀精矿细，小于 200目的占 70%，而攀精矿粒度小于 200 目 )为 两者相差 百分点 。 试验方案 单因素试验方案 为了研究太和矿全部替代攀精矿对 烧结矿产质量的影响， 进行 太和矿全部替代攀精矿的烧结试验，烧结配矿 具体 方案见表 3，除固定烧结参数外，其它 试 验参数为：水分 料层 650 矿外配比例 25%，混合料含碳量 均匀设计试验方案 本试验主要考察在攀钢当前情况下使用太和矿的配比、烧结料层、混合料水 分 、燃料配比等 4个因素的影响。由于因素较多，采用均匀设计法可有效减少试验次数。均匀设计是 1978 年方开泰研究员和数学家王元提出的一种设计好的表格安排试验 的方法 2。正交设计具有均匀分散性和整齐可比性，代表性强等特点。因此， 试验运用 均匀设计法 2，采用了 行研究，即 “5 水平 4 因素 ”均匀设计，具体见表 4。烧结杯试验基本配矿方案见表 5，方案 1、方案 2、方案 3、方案 4、方案 5 对应的高炉炉料结构中白马球团矿配比分别为 20%、25%、 30%、 35%、 40%。各因素水平设计见表 6。 表 3 太和矿全部替代攀精矿烧结配矿方案 钒钛矿 进口粉 混匀粉 中加粉 瓦斯灰 生石灰 石灰石 焦粉 钢渣 4 均匀设计方法 试验号 2 4 2 3 1 1 4 5 4 2 1 3 4 3 5 3 5 3 2 3 4 1 4 2 5 4 1 1 2 5 5 2 表 5 不同太和矿配比 的 烧结配矿方案 % 方案号 烧结配料方案 炉料结构中白马球团配比 太和矿 进口矿 混匀粉 中加 粉 高褐粉 瓦斯灰 生石灰 石灰石 0 5 0 5 0 14 2010 年第 33 卷第 4 期 表 6 各因素水平设置 水平号 料层厚度 (： 示太和铁精矿配比（方案 1、方案 2、方案 3、方案 4、方案 5） 。 2 钒钛 磁铁 精矿特性对比 矿物组成 两种钒钛精矿的矿物组 成见表 7。 从表 7 可知，两种钒钛铁精矿矿物组成相同， 均由钛磁铁矿、钛铁矿、硅酸盐、尖晶石，硫化物组成，两者的主要区别在于：太和矿具有较高的钛磁铁矿含量，其它脉石成分较低。从主要矿物粒度分布来看，太和矿中钛磁铁矿粒径为 精矿中钛磁铁矿粒径为 表 7 两种钒钛铁精矿矿物组成及体积含量 % 矿名 钛磁铁矿 钛铁矿 硫化物 尖晶石 硅酸盐 攀精矿 75 80 5 7 4 13 15 太 和矿 77 82 4 8 3 10 13 熔化性温度及单烧试验 半球点测试采用 1 型熔点测试自动控制仪，在炉温 1100 时放入圆柱状（ 3 样，升温速度为 10 /内通 护，以试样收缩一半的温度为半球点熔化温度。 对太和矿及攀精矿进行单烧试验，试验参数为：水分 料层 600 R=合料含碳量 试验结果见表 8、表 9。 表 8 单烧试验结果 矿名 垂直烧结速度 / (1) 转鼓强 度 /% 成品率 /% 攀精矿 和矿 9 烧结矿化学成分 % 矿名 2精矿 和矿 球点熔化性温度测试 结果见图 1。由图 1 可知，太和矿的半球点温度为 1 501 ，攀精矿的半球点温度达到 1 517 ，由于攀精矿含有较高的镁铝高熔点物质，其半球点熔化性温度高于太和钒钛磁铁矿。 铁矿石单烧是考察其利用价值的重要手段之一。试验所用的两种钒钛磁铁精矿的单烧指标情况见表 8。由表 8 可知，单烧时，太和精矿的垂直烧结速度比攀精矿单烧时提高了 百分点；烧结矿的强度指标有所改善，其中转鼓强度提高了 品率上升了 百分点。根据烧结经济指标结果，显然太和矿单烧性能优于攀精矿。从表 9 可知，在 ，太和精矿比攀精矿的单烧烧结矿 量高 百分点， 量高 百分点， 量高 百分点， 别下降 百分点 。 可见， 攀 钢 技 术 15 1490150015101520攀精矿 太和矿半球点熔化温度/图 半球点熔化性温度测试结果 采用太和精矿替代攀精矿不仅可以提高烧结矿的品位，还可以提高铁水的 量。 3 试验结果及分析 单因素试验情况及分析 为了研究太和矿全部替代攀精矿对烧结矿产质量的影响，采用以太和矿全部替代攀精矿的单因素烧结杯试验，试验结果见表 10、 11。 表 10 单因素 试验主要结果 情况 矿 种 烧结速度 (/mm) 转鼓强度 /% 成品率 /% 攀精矿 和矿 11 单因素试验 烧结矿成分 % 矿名 20 攀精 矿 和矿 表 10、 11 可知，太和矿全部替代攀精矿，与攀精矿相比，烧结矿转鼓强度提高 百分点，成品率提高 百分点，烧结矿 量提高 百分点， 量下降约 分点，碱度分别提高 于 太和 矿粒度较细，有利于烧结矿制粒，同时 量高、 ，在相同的熔剂配比情 况下，有利于低熔点液相铁酸钙生成和烧结矿强度提高。 均匀设计试验情况及分析 根据均匀设计方法 用 5 水平进行试验10 次，试验结果见表 12。 表 12 不同太和矿配比对烧结矿质量的烧结杯试验方案及结果 试验编号 2/ % % % 转鼓强度 /% 成品率 /% 利用系数 /t(m2h) 30 60 50 90 20 90 30 50 20 60 对上述试验试验因素与试验结果进行多元回归结果如下： 1）烧结矿转鼓强度 转鼓强度（ % ） = 16 2010 年第 33 卷第 4 期 （ 1） 复相关系数 R= F 分布 F(5,10)=于 临界值 5， 10） =此该方程式显著。 从式 (1)可知，要使烧结矿转鼓强度取最 大值，应提高料层厚度（ 降低水分（ 提高混合料含碳量（ 以及降低原料 量（ 随着 量下降，即烧结原料中钒钛矿配比下降，普通矿配比增加，在料层不变情况下，应适当增加水分、提高混合料碳含量来提高烧结矿强度。 2）烧结矿成品率 成品率（ % ） = （ 2） 复相关系数 R= F 分布 F(5， 10)=界值 5， 10） = 从式 (2)可知，要使烧 结矿成品率取最大值，应提高料层厚度（ 降低水分（ 提高混合料含碳量（ 以及降低原料 量（ 3）烧结杯利用系数 利用系数 = （ 3） 复相关系数 R= F 分布 F(5， 10)=界值 5， 10） = 从式 (3)可知，要使烧结杯利用系数取最大值，应降低料层厚度（ 提高水分（ 降低混合料含碳量（ 以及降低原料 量（ 根据上述关系式，在料层 720 分 混合料含碳量 件下可得到烧结矿转鼓强度、成品率与不同太和矿配比的关系见图 2。 鼓强度，成品率/%成品率%转鼓强度%图 不同太和矿配比对烧结矿产质量影响 运用均匀设计手段结果表明， 在料层 720 分 混合料含碳量 件下，随着太和矿配比减少，烧结矿强度和成品率增加 （ 如图 2 所示 ） 。烧结原料中太和矿配比由 至 30%左右时，烧结矿强度由 高至 增加约 结矿成品率由 高至 提高约 百分点。 岩相分析 对太和矿替代攀精矿烧结方案 进行烧结矿岩相检测， 两 种 烧结矿岩相 矿物组成 结果见表 13。 对配加 30%、 35%全钒钛球团矿的方案进行烧结矿岩相结构检测，基准方案及 烧结矿岩相照片鉴定见 图 3、 4、 5。 由表 13 可知，太和矿替代攀精矿后，烧结矿物相结构无变化，其组成含量有所变化，主要表现 表 13 太和矿替代攀精矿方案的 烧结矿主要物相的体积含量 % 矿名 钛赤铁矿 钛 磁铁矿 铁酸盐 钙钛矿 硅酸盐总量 攀精矿 24 27 20 22 31 34 1 3 19 21 太和矿 26 29 18 20 32 35 2 4 17 19 为钛磁铁矿有所下降，铁酸盐含量增加，硅酸盐总量下降。 太和矿替代攀精矿后，烧结矿中铁酸盐相增加了 1 个百分点，钛赤铁矿增加 2 个百分点，钙钛矿增加了 1 个百分点，硅酸盐相总量降低了 2 个百分点，钛磁铁矿降低了 2 个百分点。分析 主要原因是这种矿比攀精矿的 量高， 量较低，替代后导致烧结矿 升， 结矿碱度上升，铁酸盐生成条件改善。 1面扫； 2、 3钛赤铁矿； 4、 5硅酸盐 ； 6、 7铁酸盐 图 基准烧结矿 太和矿配比 /% 攀 钢 技 术 17 1面扫； 2、 3、 8 铁酸盐 ； 4 钛赤铁矿 ； 5磁铁矿； 6、 7 硅酸盐 ； 图 和烧结矿 1面扫； 2、 3 钛赤铁矿 ； 4、 7 铁酸盐 ； 5、 6 硅酸盐 ； 8 钙钛矿 图 和烧结 矿 从宏观结构来看，基准方案的烧结矿配攀精矿的烧结矿边部孔隙较多，以中孔厚壁结构为主，其次为小孔薄壁结构。烧结矿结构致密，残余石灰白点偶见。而 结矿 的孔隙较多，以中孔厚壁结构为主，次为大孔厚壁结构。烧结矿结构致密，残余石灰白点少见。 从 图 3、 、 可知，细针状、 细条状、 板状，长板状交织的铁酸盐连接 80%左右烧结矿，少部分未消化的富矿颗粒，磁铁矿聚集区是由硅酸盐交接，烧结矿烧结比较均匀。 图 短板状较多，而 图 其结构为短板状居多， 图 为基准烧结矿，以板状结构居多。从显示结构可看出，太和烧结矿方案（ 于钒钛矿配比较高，其显微结构以短板状为主。 4 结论 1）分析表明，根据攀钢高炉目前的冶炼参数，西昌高炉球团矿配比 小于 30%时，采用太和矿进 行烧结的炉料结构，具有烧结 矿 量高、 2）单烧 试验 表明，太和矿单烧性能优于攀精矿，与单烧攀精矿相比 ，太和矿 量高 量高 百分点 ，