高炉冶炼钒钛磁铁矿的工艺设计

1、攀枝花学院课程设计（论文）高炉冶炼钒钛磁铁矿的工艺设计学生姓名： 邓雪霜 学生学号： 201011103019 院 （系）： 资源与环境学院 年级专业： 2010级冶金1班 指导教师： 陈绿英 教授 二一三年十二月 摘要 高炉冶炼高钛型钒钛磁铁矿的主要困难是由钛渣的特殊性质引起的,它们具有脱硫能力低、熔化性温度高以及高温还原变稠等特点,采用质量良好的原料,严格控制生铁含硅,选择适宜的炉渣碱度是解决高炉冶炼高钛型钒钛磁铁矿的主要措施。关键词 钒钛磁铁矿，TiO2，高炉渣，溶化性温度绪论 我国西南攀枝花地区蕴藏着大量的高钛型钒钛磁铁矿。矿石中含(%):Fe31一35,TiO2:11一12,V2O5

2、0.28一0.34。这种矿因品位太低不能直接入炉冶炼练,需经选矿处理,选得的铁精矿(%):Fe51一52,TiO2:13一14。高炉采用这种精矿冶炼时,渣中TiO2含量将高达25%一30%,高炉冶炼遇到许多困难,如炉缸严重堆积,炉渣粘稠,渣铁不分等等。为解决高炉冶炼高钛型钒钛磁铁矿，进行了大量的试验研究。结果表明,高炉冶炼的主要困难是由含钛炉渣的特殊性质造成的。如能清楚地了解这种炉渣的特性并采取适宜的措施,钒钛矿冶炼可以顺利进行。与普通高炉渣相比,含钛炉渣具有三个特点，即脱硫能力低、熔化性温度高和高温还原变稠。这些性质,尤其后者是引起高炉冶炼困难的根源。1、 高钛型高炉渣的性质(一)含钛炉渣的

3、脱硫性能一般说来,一定冶炼条件下,炉渣脱硫能力与渣中CaO含量,即碱度(CaO/Si02)及温度成正比。与普通高炉四元渣系相比,在相同的碱度下含钛炉渣中的CaO重量百分比要低15%左右,这必然降低钛渣的脱硫能力。平衡条件下高炉型含钛炉渣的脱硫能力示于图11。由图可看出,含钛炉渣的脱硫能力远比普通渣(TiO2=0)差。若维持1.1这一常用碱度,普通渣的L可达36,而含20、25、30的钛渣的L。只能达到13、12、10,可见含钛渣的脱硫能力甚低,且随着TiO2量的增加,炉渣脱硫能力减弱。 图1 LS与碱度与TiO2的关系还可看出,碱度对钛渣脱硫能力的影响远较普通渣弱。在钒钛矿冶炼中,即使选用较高

4、的碱度,也难于改变钛渣脱硫能力低的弱点。硫的分配系数 LS（(S)/S)与炉渣碱度及TiO2含量的关系如表l所示。不难看出,对含TiO2%:20、25、50、35的钛渣来说,碱度维持1.14、1.26、1.40、1.57,只与普通矿冶炼时的0.86相当,此时 LS值也只能达到14。这表明,高钛型炉渣即使维持很高的碱度,其脱硫能力也远不能达到普通渣的水平。另外,随碱度的增高,炉渣的熔化性温度升而熔化性温度过高会给操作带来困难,所以不能靠大幅度提高碱度来维持炉渣的脱硫能力。表1 LS、CaO/SiO2及TiO2关系研究表明,TiO2对炉渣脱硫能力的影响有二重性。一方面,它在碱度大于0.63的渣中呈

5、酸性,对脱硫不利;另一方面,由于TiO2在炉内还原生成钛的低价氧化物在渣中显碱性对脱硫有利。在含MgO8%,A12O318%及高炉适用的碱度范围内,TiO2的酸性相当于Si02的0.83倍,而TiO2的碱性相当于CaO的0.88倍1,从脱硫的角度看,适度还原的TiO2可在一定程度上弥补CaO量低的缺陷。(二)含钛炉渣的熔化性温度熔化性温度高是高钛型炉渣的另一特点。所谓熔化性温度是指炉渣在炉内能自由流动的温度,对结晶性能强的“短渣”取降温过程中的粘度-温度曲线与横坐标成45。角切线相切点所对应的温度。表2是攀枝花矿常用的TiO2和碱度范围内炉渣的熔化性温度,渣中MgO和A12O3含量分别固定为9

6、%和14%。炉渣成分是根据高炉冶炼攀枝花矿适用范围确定的。在高于1.0常用的碱度范围内,熔化性温度与炉渣碱度有明显的对应关系,即随碱度的提高熔化性温度升高。从有利于高炉操作来看,炉渣碱度不宜高,但为改善脱硫又必需维持一定的碱度,因此炉渣脱硫能力与熔化性温度之间存在着相直制约的关系,过高过低都会引起炉缸工作失调或生铁出格。表2 炉渣TiO2%和碱度对溶化性温度的影响 由表2还可看出,碱度在1.0以下时,熔化性温度随TiO2量增加而增加,高于1.0,TiO2对熔化性温度即无明显影响。表3是几个实际生产渣的测定数据,与普通高炉渣相比,钛渣的熔化性温度高出80一100。这一特点要求炉缸必需具有充沛的热

7、量。表3 现场渣溶化性温度含钛炉渣不仅熔化性温度高,而且是结晶性能很强的“短渣”。图2是一组含Ti0227%的粘度一温度曲线二由图看出,碱度大于1.0的碱性渣结晶性能强,小于1.0的酸性渣也是如此。在熔化性温度附近,稍有温降炉渣粘度即急剧增加,很快失去流动性。从岩相看,普通高炉渣的主要物相是黄长石、辉石、假硅灰石等,其熔点全都低于1600。而当TiO2参加造渣后,物相组成全郁改观,主要由钙钛矿、巴依石、钛辉石、尖晶石、TiC、TiN等组成,除认辉石熔点较低外,其余全都是高熔点矿物,而且结晶能力都很强。 温度， 图2 含钛炉渣粘度-温度曲线 钛渣熔化性温度高,结晶性能强,必然给高炉冶炼带来很多困

8、难。如遇原料成分波动,碱度偏高或是某种原因导致炉缸温度降低,很容易引起流动性变差,出现高温结晶相,使炉缸工作失调。另外,在出铁过程中,不可避免地要有温降,熔点高、结晶性能强的钛渣,很容易粘附在沟壁上,造成严重的挂沟现象,使本来已显得十分繁重的炉前清理工作变得更加繁重。MgO是炉渣可调成分之一,由于攀枝花矿MgO含量较高,所以变动余地不多。表4是含TiO223%的炉渣将MgO含量由9%提高到11%所侧得的熔化性温度。表4 不同MgO含量的溶化性温度可见MgO含量由9%提高到11%,熔化性温度稍有降低,但无实质性影响。(三)含钛炉渣的高温还原变稠 TiO2在高炉条件下是个不稳定的化合物。它可逐渐被

9、还原成低价钛并生成TIC,TIN第4第高炉冶炼帆钱磁铁扩的理论与实残等新相。随着TiO2的还原进程和新相的出现,炉渣的物理性质也发生变化,粘度由小变大,甚至达到不能流动的程度。含钛炉渣的还原变稠是影响钒钛矿冶炼最为重要的性质。图3是实验室恒温条件下测得的粘度一温度曲线。实验在石墨柑祸中进行,1500恒温、坩埚下部放置渗碳铁,渣中MgO为9%,A12O314%,CaO/Si02=1.10。 时间，min 图3 粘度-温度曲线由图可以看出,随着恒温时间的延续。,粘度逐渐增大,含TiO2量愈高,增加的幅度愈大。可见TiO2的浓度是影响变稠的重要因素。 时间,min 图4 不同温度下得粘度-时间曲线

10、TiO2=35% CaO/SiO2=0.75 。1550 。1525 1550温度对含钛炉渣变稠的影响十分显著,图4为含TiO2一35%,碱度0.75的炉渣在1500,1525,1550下恒温测得的粘度一时间曲线2。1500时变稠至10P需300min,在1525和1550时变稠至同样粘度所需时间分别为160min和60min,可见温度对变稠速度的影响,由这些数据还可看出,温度愈高,提高温度对变稠的速度影响愈大。 含钛炉渣的变稠是由于渣中TiO2在高温条件下生成TiC、TiN等高熔点化合物,这些化合物以固体状态浮于液体渣中,使炉渣粘度增大。另外,对还原的粘渣中含有大量互相不能聚合的金属铁珠。这

11、些金属铁珠外面都包裹有相当数量的TiC、TiN,它们呈环状、半环状或星散分布于铁珠周围。这些包围在铁珠表面的“固体壳”一方面增加了铁珠与熔渣间的摩擦力,减轻了铁珠的有效重量,影响铁珠的沉降,使渣中铁损增加,同时也是使炉渣粘度增加的原因之一。 炉渣变稠和渣铁不分是影响钒钛矿正常冶炼最重要的因素,这个问题不解决,钒钛矿冶炼就无法进行。这些困难的根源是TiO2被还原,而在高炉内渣焦、渣铁共存的条件下,TiO2的还原又是不可避免的,但如能控制TiO2的还原,使其降到不发生危害的程度,则钒钛矿冶炼就将能顺利解决。二、高炉冶炼钒钛磁铁矿的实践我国高炉成功地使用钒钛磁铁矿进行冶炼已有多年历史。在冶炼中除了遵

12、循高炉生产的一般规律外,还必须针对钒钛矿的特点采取相应的措施。(一)良好的原料条件钒钛矿冶炼与普通矿冶炼一样,要求原料具有良好的冶金性能,如冷、热强度要好,粉末要少等,除此之外,良好的还原性对钒钛矿冶炼更具有特殊意义。因为含钛矿渣熔点高,要求炉缸有充沛的热量,良好的还原性可避免大量FeO进入炉缸发展直接还原而使炉缸热量不足,析出高温结晶相而影响炉缸正常工作。 时间，min 图5 还原率时间曲线 .钒钛烧结矿 。鞍钢烧结矿 钒钛磁铁精矿经过烧结可以得到FeO含量低(<10%)还原性能良好的烧结矿。图5是钒钛烧结矿、鞍钢普通烧结矿的还原曲线2,实验温度为850,还原剂为CO。由图可见,钒钛烧

13、结矿的还原性优于普通烧结矿,这为钒钛矿冶炼创造了良好的物质条件。另外,由于含钛炉渣的脱硫能力差,为保证生铁合格,要尽量减少硫负荷。在烧结过程中可脱除90%左右的硫,烧结矿含硫为0.02一0.03%。高炉内的硫90%来自焦炭,使用低硫焦,降低焦炭中的含硫量极为重要。钒钛矿冶炼所用焦炭含硫0.5一0.6%,为全国一流水平,硫负荷为4Kg/吨铁左右,这抚保证了在高炉内可以得到合格生铁。（二）严格控制生铁硅、钛含量在钒钛矿冶炼Si、Ti含量不但是炉温的表征，而且是TiO2被还原的判据。炉温是影响炉渣变稠速率最重要的因素，即便在含（TiO2）量很低的情况下，提高炉温，如Si=0.8_1.0%，就会引起炉

14、缸失调，冶炼不能正常进行。在高钛渣冶炼时更为明显。因此在钒钛矿冶炼中，在保证生铁含硫合格的条件下,应尽量压低Si、Ti含量。适宜的Si、Ti含量应视渣中TiO2高低而有所差别。渣中TiO2含量为25%时,适宜的Si、Ti含量为0.15%左右,但这不意味渣铁温度很低,此时下渣温度为1450左右,铁温为1400左右,相当于普通高炉水平。由于Si、Ti含量与炉渣性质密切有关,Si、Ti的波动不仅影响高炉顺行及生铁质量,而且引起炉渣变稠,渣铁不分以致完全放不出渣铁的产重后果。所以严格稳定Si、Ti在钒钛矿冶炼中具有特殊意义,为此必需产格稳定原料成分,及时调节，精心操作。（三）选择适宜的炉渣碱度钒钛矿冶

15、炼中,碱度可引起炉渣性质的双重变化,提高碱度能改善生铁脱硫,但要引起熔化性温度的升高。适宜的炉渣碱度要兼顾两者,过低难于得到合格生铁,过高将出现风口挂渣,炉缸堆积,风量萎缩等困难。碱度的选择主要服从于脱硫的需要,并且以生铁合格为限,继续提高碱度虽能稍许改善生铁质量,但要招致炉渣熔点升高,在炉内引起炉渣性质不稳,在炉外则加重炉前清理工作,因此在钒钛矿冶炼中不易得到优质低硫生铁。适宜的炉渣碱度与硫负荷,高炉容积及操作水平有关,在我国攀钢条件下,一般控制在1.1左右。现在,在铁水炉外脱硫技术日趋完善的情况下,为改善炉渣的熔化性,亦可考虑适当降低碱度,将部分脱硫任务移到炉外进行。(四)操作特点高炉取样研究表明,风口平面以上到炉腹带高温区是TiO2还原和TiC、Ti