不同類型含鈦高爐渣主要冶金性能及物相

馮聰，儲滿生，唐玨，湯雅婷，柳政根

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不同類型含鈦高爐渣主要冶金性能及物相

馮聰，儲滿生，唐玨，湯雅婷，柳政根

(東北大學 冶金學院，遼寧 沈陽，110819)

根據渣中TiO2及Al2O3質量分數不同對高爐渣進行劃分，以釩鈦磁鐵礦現場高爐渣為基準，采用純化學試劑配制渣樣，在中性氣氛下對比研究低、中、高鈦型釩鈦礦高爐渣及低、中、高鋁型釩鈦礦高爐渣主要冶金性能。同時，運用XRD物相分析及Factsage 6.4熱力學軟件對各渣系主要組成物相及其變化進行分析。研究結果表明：低、中、高鈦渣熔化性溫度逐漸增大，初始黏度和高溫黏度降低，渣系熱穩定性和化學穩定性先變好后變差，渣中黃長石相驟減，輝石、鈣鈦礦相數量增多。低、中、高鋁渣熔化性溫度、初始黏度和高溫黏度升高，渣系熱穩定性和化學穩定性變差，渣中鎂鋁尖晶石等高熔點物相數量增多。

含鈦高爐渣；TiO2；Al2O3；冶金性能；物相

釩鈦磁鐵礦是一種以鐵、釩、鈦元素為主，并伴有其他有價金屬的多元共生鐵礦，具有較高綜合利用價值[1?2]。目前，釩鈦磁鐵礦主要以高爐流程冶煉利用，其爐渣主要組元為CaO，SiO2，MgO，Al2O3及TiO2[3?4]。由于地域礦物形態多變及實際高爐生產過程不同配礦需求，各鋼鐵企業釩鈦磁鐵礦高爐冶煉渣系成分的質量分數有所不同，性質也有所差異。通常，根據渣中TiO2質量分數不同，將釩鈦磁鐵礦高爐渣分為低鈦渣((TiO2)＜10%)、中鈦渣((TiO2)=10%~20%)及高鈦渣((TiO2)＞20%)[5]。而根據Al2O3質量分數不同，又可將其分為低鋁渣((Al2O3)<14%)、中鋁渣((Al2O3)=14%~16%)及高鋁渣((Al2O3)>16%)[6]。渣中主要成分的質量分數不同，使各高爐冶煉渣系冶金性能存在較為顯著的區別。基于此，本文作者以釩鈦磁鐵礦現場高爐渣為基準，采用純化學試劑配制渣樣，通過考察相應渣系熔化性溫度、黏度、穩定性及物相組成等，在中性氣氛下設計并對低、中、高鈦型釩鈦礦高爐渣及低、中、高鋁型釩鈦礦高爐渣進行對比研究，以期為實際高爐煉鐵生產提供一定的理論指導。

1 實驗原料與方法

本文以國內某鋼鐵企業釩鈦磁鐵礦現場高爐渣為基準，采用純化學試劑配制渣樣，在中性氣氛下對比研究了低、中、高鈦型高爐渣及低、中、高鋁型高爐渣主要冶金性能及物相組成。現場高爐渣化學成分(質量分數)為：CaO，35.06%；SiO2，32.74%；MgO，11.32%；Al2O3，13.84%；TiO2，6.93%；V2O5，0.11%。實驗具體配料方案如表1所示。

表1 實驗渣樣配制方案

為提高實驗準確性，將焙燒干燥處理后的純化學試劑按一定比例混勻置于內襯鉬片的石墨坩堝，在氬氣氣氛下于高溫電阻爐內1 500 ℃條件下熔化，形成均相渣，冷卻研細供實驗使用。實驗運用RTW?10熔體物性測定儀測試渣樣黏度，爐渣黏度測量采用鉬質測頭。使用石墨坩堝(內徑×高度為40 mm×70 mm；外徑×高度為50 mm×80 mm)盛渣，渣質量為140 g。為避免爐渣滲碳及噴濺，石墨坩堝內襯有鉬片，其上放置和坩堝外徑尺寸相同的石墨套筒(內徑×長度為40 mm×250 mm；外徑×長度為50 mm×250 mm)。實驗過程采用氬氣為保護氣，流量為1.5 L/min。當爐渣溫度達到1 500 ℃，恒溫30 min，而后降溫測黏度，降溫速度為?3 ℃/min，得到渣系黏度?溫度(?)曲線，將?曲線與橫坐標成135°的斜線相切點的溫度定義為渣系熔化性溫度m，渣系m對應黏度為爐渣初始黏度0，渣系1 500 ℃對應黏度為爐渣高溫黏度h[7]。

2 實驗結果及分析

2.1 低、中、高鈦型釩鈦礦高爐渣對比研究

2.1.1 熔化性溫度及黏度

低、中、高鈦型釩鈦礦高爐渣?曲線及m，0和h變化規律如圖1所示。由圖1可知：各渣系?曲線具有明顯的拐點，爐渣呈“短渣”特性[7]。隨渣中TiO2質量分數增加，各類型釩鈦礦高爐渣m升高，增長較大，而0和h降低。根據熔渣離子理論，Ti4+半徑比Ca2+，Si4+，Mg2+及Al3+半徑大，一定程度上可降低渣中黏滯單元硅氧復合陰離子SiO?的聚合程度，分解其網狀結構[8]。因而，爐渣含有一定范圍的TiO2能降低爐渣黏度。但TiO2質量分數增加時，渣中鈣鈦礦(CaTiO3，熔點為1 970 ℃)等高熔點物質急劇增多，使爐渣在高溫條件下的結晶析出能力變強[9]，從而導致爐渣m增大。