釩鈦磁精粉比例對球團礦性能影響研究

龔藝杰

（重慶鋼鐵股份有限公司，重慶 401220）

重慶鋼鐵股份有限公司（以下簡稱“重鋼”）地處西南地區，其缺乏優質的鐵礦資源，卻擁有豐富的釩鈦磁鐵礦資源。當前，煉鐵原料價格較高，鋼鐵行業競爭激烈，高效經濟地利用自己的釩鈦磁鐵礦資源，對重鋼改善原料采購現狀、降低煉鐵原料成本具有重要的意義[1]。太和鐵礦是重鋼的重要礦石資源基地，其630萬t/a采選擴建工程的實施將改變高爐生產的配礦結構，如何高效經濟地利用釩鈦磁鐵礦資源成為目前亟待解決的技術問題。

早在2012年上半年，重鋼就提出利用鏈篦機-回轉窯生產高釩鈦球團礦，并與院校合作開展了預成球和焙燒試驗的前期研究。預研究主要模擬鏈篦機-回轉窯現行工況條件，為后期的系統性研究、下一步進行釩鈦球團工業化生產提供了重要數據。本文利用重鋼原料和現有設備開展試驗，研究了不同釩鈦精礦比例對造球、焙燒以及球團礦物理性能和冶金性能的影響，旨在確定適宜的配比[2]。

1 球團試驗的原料成分分析

釩鈦精礦由太和鐵礦提供，遼寧精礦、膨潤土均取自生產現場。企業實際球團生產以遼寧精礦為主，配入釩鈦精礦后，球團礦配礦的造球試驗方案如表1所示。

表1 造球試驗方案

2 球團焙燒試驗

干燥、預熱、焙燒的時間根據鏈箅機-回轉窯工藝進行模擬，即鼓風干燥段113 s；抽風干燥段282 s；預熱1段225 s；預熱2段450 s。焙燒時間為25 ～ 35 min[3]。

根據試驗數據，隨著釩鈦精粉配入的比例增加，成品球的抗壓強度呈下降趨勢。根據球團固結機理，釩鈦精粉比例增加造成鐵品位降低，必然使鐵氧化物晶鍵削弱，在同等條件下，成品球團抗壓強度降低是必然的。通過擬合分析，每配入10%的釩鈦粉，成品球抗壓強度下降分別為61 N/P、85 N/P和54 N/P，表明釩鈦礦精粉球團的成品球強度是一個需要關注的問題。

如圖1所示，編號1-1在焙燒溫度1 150℃時抗壓強度最高，與實際生產較為吻合，配入釩鈦精后，焙燒溫度為1 200℃時抗壓強度最高，且有兩個樣品的抗壓強度接近編號1-1在焙燒溫度1 150℃的抗壓強度。所以，筆者認為釩鈦球團礦的焙燒溫度在1 200℃較為適宜。

圖1 釩鈦精粉比例對成品球抗壓強度的影響

3 投籠試驗

按不同方案，將一定個數的生球裝入特制不銹鋼籠中，從輥式篩分布料機投入鏈箅機-回轉窯中。工況條件是：機速為1.93 m/min，料層厚度210 mm，鼓干一段溫度202℃，抽干一段溫度399℃，預熱1段和2段溫度分別為593℃和1 010℃。窯中溫度1 208℃，窯尾和窯頭分別為758℃和615℃。環冷機機速1.06 m/min，料層厚度600 mm[4-5]。投籠試驗的結果如表2所示。

表2 投籠試樣結果

投籠試驗的結果表明，在穩定配入膨潤土2.0%的情況下，回轉窯1 200℃溫度焙燒，配入不同比例的釩鈦精礦粉獲得的成品球團強度變化不大，均大于2 000 N/個，但略呈降低趨勢。擬合結果表明，在鏈篦機-回轉窯條件下，每配入10%的釩鈦精粉實際造成抗壓強度的降低效應被削弱，大約為降低16 N/P。

4 成品球團的冶金性能檢驗

對投籠成品球團礦進行了相關的冶金性能分析，本研究得到如下結論。

4.1 球團礦冶金性能分析

釩鈦球投籠試驗樣品1-1、2-1-2、2-1-3、2-1-5進行了相關的冶金性能檢驗。1-1號試樣是100%的遼寧精粉配2.0%的膨潤土進行造球，以下依次用太和釩鈦精替換遼寧精粉，同條件下進行造球和焙燒試驗?？梢钥闯觯S著釩鈦精用量的增加，球團品位逐漸降低，同時還原性能有所惡化，但還原膨脹指數得到改善。

4.2 球團礦掃描電鏡和能譜分析

為了了解球團氧化并形成晶鍵的情況和液相在氧化球團中的形成情況，本研究選擇試樣1-1進行了掃描電鏡觀察和能譜分析，如圖2、圖3所示。

配入65%的釩鈦精粉造成了Ti峰和V峰顯著增強，同時Si峰也增強明顯。因此，球團在固結相形成上也一定和這些特征相對應。隨著釩鈦精粉的配入，礦物顆粒之間的晶鍵發育相似，即整體良好并基本穩定，但是液相量出現較為明顯的增多趨勢，電鏡片中逐漸增加的枝狀結晶體應該是一個佐證。

圖2 1-1試樣掃描電鏡圖片

圖3 1-1試樣微區能譜分析

4.3 球團礦礦相分析

對投籠試驗樣品進行了光學顯微鏡礦相分析，目的是了解球團礦中的組成情況。結果發現，配入釩鈦精粉后，殘留的鈦鐵礦明顯增多，這說明釩鈦精粉中的鈦磁鐵礦在球團氧化焙燒過程中是難以氧化的，需要采取進一步的措施來進行強化，這種現象與RI檢測結果相一致。

4.4 X射線衍射分析

為了了解球團礦種礦物的相結構，筆者進行了X射線衍射分析。所用設備為DX2700 X-射線衍射儀，分析軟件為JADE5.0。

表3 試樣的相組成分析

由表3可以看出，隨著釩鈦精粉配入比例的增加，球團的相結構變得復雜，這是由于釩鈦精粉的品位較低，配入比例增加導致雜質增多，造成鐵氧化物的氧化困難并促使一些渣相形成。

5 結論

試驗研究表明，釩鈦磁鐵精礦粉的球團礦生產有以下特征值得關注。在控制好水分的前提下，隨著釩鈦精粉用量的增加，生球落下強度與抗壓強度基本不受影響，能夠滿足造球工藝環節的要求。本次試驗25%～65%釩鈦精礦，膨潤土配比2%，干燥、預熱溫度在200～1 010℃、焙燒溫度為1 200℃時，球團礦強度全部大于2 000 N/個，強度滿足高爐冶煉要求，但釩鈦球團礦焙燒溫度比遼寧精高50℃左右，預示著實際生產中煤氣消耗要增加。冶金性能及礦相分析結果表明，隨著釩鈦精礦比例提高，液相量明顯增加，還原膨脹指數、還原度呈現下降趨勢。當釩鈦精礦配入超過45%時，生球爆裂嚴重，還原度指數低于65%的質量標準要求，在后續的高釩鈦生產中必須加以關注。試驗條件下，隨著釩鈦精用量的增加，球團品位逐漸降低，同時還原性能有所惡化，但還原膨脹指數得到改善。本試驗研究對于重鋼今后利用西南地區釩鈦精礦資源進行釩鈦球生產乃至進一步的釩鈦冶煉工藝生產，都有一定的參考意義。