印尼釩鈦礦對沙鋼高爐渣流動性的影響

高強健，魏　國，姜　鑫，鄭海燕，沈峰滿

(東北大學冶金學院，沈陽110819 )

(School of Metallurgy,Northeastern University,Shenyang 110819)

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印尼釩鈦礦對沙鋼高爐渣流動性的影響

高強健，魏國，姜鑫，鄭海燕，沈峰滿

(東北大學冶金學院，沈陽110819 )

沙鋼擬高爐冶煉廉價的印尼釩鈦磁鐵礦以降低生產成本.在新的配礦條件下，研究考察了不同釩鈦礦配比對燒結礦入爐后爐渣成分、黏度以及熔化性溫度的影響.結果表明：當渣中TiO2含量(質量分數)由0%增加到10%時，爐渣的熔化性溫度逐漸下降，由 1 347 ℃ 降至 1 307 ℃，流動性得到改善；當渣中TiO2含量繼續增加，由10%增至15%時，爐渣的熔化性溫度急劇上升，由 1 307 ℃ 上升到 1 370 ℃，爐渣流動性變差.故在現有的冶煉制度下，如若配加印尼釩鈦磁鐵礦，其在燒結中的添加量不宜超過25%.

印尼釩鈦磁鐵礦；高爐渣；燒結礦；熔化性溫度；黏度

(School of Metallurgy,Northeastern University,Shenyang 110819)

近年來，我國鋼鐵總需求逐漸下降，鋼鐵產能嚴重過剩，鋼鐵企業競爭日趨激烈[1-3].降低生產成本，提高競爭優勢，是各鋼企不遺余力追求的目標.鐵礦石供給的多元化、穩定化、廉價化是企業維持穩定生產，降低生產成本，提高競爭力的有力手段[4-6].印尼釩鈦磁鐵礦屬于沖積礦，其成礦年代久遠，礦物組成穩定，儲量豐富，其中鐵、釩、鈦、鋯等元素可以綜合利用，硫、磷等有害雜質元素含量較低，均能滿足高爐冶煉要求[7,8]，其化學成分如表1所示.由于其價格相對低廉，對降低煉鐵成本效果顯著.為此，江蘇沙鋼集團擬用該礦進行高爐冶煉.但冶煉該礦，爐渣的化學成分及爐渣的流動性等將會發生變化.為使高爐穩定生產，在新的配礦條件下，有必要對爐渣成分變化進行計算，并對高爐渣黏度和熔化性溫度等進行研究；探討印尼釩鈦礦入爐后對爐渣流動性的影響.在特定的操作方案下，給出印尼釩鈦磁鐵礦在燒結配礦中的合適比例，為企業的順利生產提供技術支持.

表1　印尼釩鈦礦化學成分(質量分數)

1　釩鈦礦添加量對爐渣成分影響

一般認為[9]：渣中w(TiO2)<10%為低鈦渣，w(TiO2)為10%～20%為中鈦渣，w(TiO2)>20%為高鈦渣.隨著含鈦原料的配加，渣中TiO2含量逐漸增加，爐渣化學成分和物理化學性質也會發生相應改變.本研究考察了渣中TiO2含量的變化對爐渣黏度及流動性的影響.

根據沙鋼高爐生產參數，計算出燒結礦中印尼釩鈦礦配比對高爐爐渣成分的影響.計算條件取噸鐵礦耗 1 600 kg，渣比300 kg/t；高爐爐料結構(質量分數)為：70%燒結礦+15%球團+15%塊礦；計算結果如表2所示.

表2　燒結礦中印尼釩鈦礦配比(質量分數)對高爐渣成分(質量分數)的影響

2　試驗方案

研究擬對化學試劑合成渣和配加TiO2現場高爐渣的流動性進行測試，爐渣中分別配以0%、1%、3%、5%、10%、15%的TiO2進行試驗.

表3　現場高爐渣主要成分(質量分數)

黏度測定通過RTW-06型熔體物性測定儀完成.試驗設備示意圖如圖1所示.試驗條件如下，石墨坩堝高度：80 mm，熔化后爐渣高度：40 mm；試驗溫度：1 450 ℃；試驗氣氛：試驗過程中始終通入 5 L/min 的N2.

圖1　黏度測定示意圖

爐渣熔化性溫度是指爐渣能夠自由流動的溫度.當溫度低于熔化性溫度，爐渣黏度急劇上升，流動性變差.研究中，取45°斜線與黏度-溫度曲線相切所對應的溫度點為熔化性溫度.

3　試驗結果與分析

3.1重現性試驗

為確保試驗結果的穩定性，進行了重現性試驗.結果表明：試驗重現性較好，黏度的誤差較小，滿足研究精度要求.

3.2合成渣的黏度與熔化性溫度

合成渣黏度與溫度的關系如圖2所示，由圖2可見：合成高爐渣中TiO2含量(質量分數，以下同)由0增至10%時，爐渣的熔化性溫度穩定逐漸降低，由 1 380 ℃ 降至 1 340 ℃，爐流動性得到改善.但當TiO2含量繼續增至15%時，爐渣熔化性溫度迅速增大，可達 1 395 ℃，在 1 450 ℃ 高溫區域附近黏度也逐漸增大，爐渣流動性變差.

圖2　合成渣黏度-溫度曲線

合成渣試驗結果表明，當TiO2在較低的含量范圍內(<10%)，渣中TiO2含量增加并不會使爐渣熔化性溫度升高、流動性變差.

3.3TiO2對現場渣熔化性溫度的影響

以沙鋼高爐渣成分為基準，當爐渣中TiO2含量由0增加至15%時，爐渣黏度-溫度曲線如圖3所示.

圖3　高爐渣黏度-溫度曲線

由圖3可見：配加TiO2后，熔融狀態下爐渣黏度很小，只有 0.5 Pa·s左右，在熔化性溫度附近，爐渣黏度隨著溫度的降低而急劇升高，爐渣從能夠自由流動到完全失去流動性的溫度范圍只有20 ℃左右.與合成渣試驗結果相似，當高爐渣中TiO2含量由0%增至10%時，爐渣黏度-溫度曲線整體前移，熔化性溫度逐漸下降，由 1 347 ℃ 下降至 1 307 ℃.故少量的加入TiO2非但沒有使高爐渣流動性變差，反而能夠改善爐渣的流動性，有利于穩定出渣出鐵與高爐的穩定操作.但是，當爐渣中TiO2含量由10%增加到15%時.爐渣熔化性溫度急劇上升，由 1 307 ℃ 上升到 1 370 ℃，熔渣的流動性變差，不利于高爐的穩定操作.

3.4分析與討論

從合成高爐渣和現場高爐渣黏度-溫度關系曲線可知，渣中一定的TiO2對爐渣熔化性溫度影響不大.但是，當渣中TiO2含量大于10%時，爐渣熔化性溫度逐漸提高，爐渣流動性逐漸變差.

由CaO-SiO2-Al2O3-TiO2相圖(圖4)可知[10]：在研究的條件下(R=(w(CaO)/w(SiO2))=1.15)，當TiO2含量大于10%時，該區域礦物的熔點有逐漸升高的趨勢，所以熔化性溫度呈現逐漸升高的現象.這與試驗結果相吻合.同時，配加相同比例TiO2，合成渣熔化性溫度要高于現場爐渣的熔化性溫度，這主要是由于現場高爐渣中含有MnO、FeO等其他降低爐渣熔點的物質，改善了爐渣的流動性[9].

由于高爐出渣過程中，爐渣溫度一般都大于 1 350 ℃，可以確定：以現場高爐渣為基準，當高爐渣中TiO2含量不高于10%時，熔化性溫度較基準爐渣逐漸下降；這說明一定的TiO2存在對爐渣流動性影響不大.但當高爐渣中TiO2含量高于10%時，爐渣熔化性溫度逐漸升高，爐渣的流動性變差，這是值得關注的地方.結合表2計算結果可知，在不改變現有冶煉工藝前提下，為滿足爐渣流動性的要求，燒結礦中印尼釩鈦礦配比不應超過25%.

4　結　論

(1)經計算可知，當燒結礦中印尼釩鈦礦配比高于50%時，為高鈦渣冶煉；配比在25～50%時，為中鈦渣冶煉；配比低于25%時屬于低鈦渣冶煉.

(2)在合成渣及現場高爐渣兩種情況下，當渣中TiO2含量由0增加至10%時，爐渣的熔化性溫度逐漸下降，爐渣的流動性稍有改善；但當渣中TiO2含量繼續增至15%時，爐渣的熔化性溫度呈上升趨勢，爐渣流動性逐漸變差.

(3)不改變現有冶煉制度的前提下，從爐渣流動性方面分析，燒結礦中印尼釩鈦磁鐵礦配比不宜超過25%.

[1]周傳典.高爐煉鐵生產技術手冊[M].北京：冶金工業出版社,2002： 50-60.

(Zhou Chuandian.Technical manuals of blast furnace ironmaking production[M].Beijing: Metallurgical Industry Press,2002: 50-60.)

[2]Shen F M,Jiang X,Wu G S,etal.Proper MgO addition in blast furnace operation [J].ISIJ International,2006,46(1): 65-70.

[3]Shen F M,Wu G S,Jiang X.A new process of proper MgO addition in blast furnace operation [C]//Proceedings of Commemorative International Symposium on Iron Making Process and Environment.Sendai: Tohoku University,2005: 28.

[4]姜鑫,吳剛生,李光森,等.改善含MgO鐵礦石軟熔性能的研究[J].東北大學學報(自然科學版),2007,28(3)：365-368．

(Jiang Xin,Wu Gangsheng,Li Guangsen,etal.Study on improving the softening-melting properties of MgO-bearing iron ores [J].Journal of Northeastern University(Natural Science),2007,28(3): 365-368.)

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[6]Shen Fengman,Gao Qiangjian,Wei Guo,etal.Densification process of MgO bearing pellets [J].Steel Research International,2015,86(6): 644-650.

[7]Matsumura M,Hoshi M,Kawaguchi T.Improve of sinter softening property and reducibility by controlling chemical compositions [J].ISIJ International,2005,45(4): 598-607.

[8]Lee Y,Yi S.Viscosities of CaO-MgO-SiO2-Al2O3binding phase systems in a melter-gasifier [J].Fuel and Energy,1997,38(6): 431-439.

[9]杜鶴桂．高爐冶煉釩鈦磁鐵礦原理[M]．北京： 科學出版社,1996: 5-10．

(Du hegui.Principle of the smelting vanadium titanium magnetite in blast furnace process[M].Beijing: Science Publishing Company,1996: 5-10.)

[10]Eisenhüttenleute V D.Slag atlas 1st edition [M].Düsseldorf: Verlag Stahleisen GmbH,1995: 128.

Effect of Indonesia vanadium ilmeno-magnetite on fluidity of blast furnace slag in Jiangsu Shasteel

Gao Qiangjian,Wei Guo,Jiang Xin,Zheng Haiyan,Shen Fengman

A cheaper Indonesia vanadium ilmeno-magnetite is going to be used in the blast furnace(BF)process in Jiangsu Shasteel.Under conditions of the raw materials,variation of the chemical composition,viscosity,melting temperature and fluidity of BF slag were investigated.The results shown that: with addition of TiO2from 0% to 10%,the melting temperature of BF slag is decreasing from 1 347 ℃ to 1 307 ℃,and the fluidity of the slag is improved.When content of TiO2is increased from 10% to 15%,fluidity of the slag is deteriorated,and the melting temperature goes up to 1 370 ℃.Therefore,the authors suggest that proportion of the Indonesia vanadium ilmeno-magnetite in sinter is better no more than 25%.

Indonesia vanadium ilmeno-magnetite; blast furnace slag; sinter; melting temperature; viscosity

10.14186/j.cnki.1671-6620.2016.02.002

TF 521

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1671-6620(2016)02-0088-04