印尼釩鈦礦對沙鋼高爐渣流動性的影響

高強(qiáng)健，魏　國，姜　鑫，鄭海燕，沈峰滿

(東北大學(xué)冶金學(xué)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(qiáng)健，魏國，姜鑫，鄭海燕，沈峰滿

(東北大學(xué)冶金學(xué)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(chǎn)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(jié)礦入爐后爐渣成分、黏度以及熔化性溫度的影響.結(jié)果表明：當(dāng)渣中TiO2含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))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(dāng)渣中TiO2含量繼續(xù)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(xiàn)有的冶煉制度下，如若配加印尼釩鈦磁鐵礦，其在燒結(jié)中的添加量不宜超過25%.

印尼釩鈦磁鐵礦；高爐渣；燒結(jié)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(chǎn)能嚴(yán)重過剩，鋼鐵企業(yè)競爭日趨激烈[1-3].降低生產(chǎn)成本，提高競爭優(yōu)勢，是各鋼企不遺余力追求的目標(biāo).鐵礦石供給的多元化、穩(wěn)定化、廉價化是企業(yè)維持穩(wěn)定生產(chǎn)，降低生產(chǎn)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(yuǎn)，礦物組成穩(wěn)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(zhì)元素含量較低，均能滿足高爐冶煉要求[7,8]，其化學(xué)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(tuán)擬用該礦進(jìn)行高爐冶煉.但冶煉該礦，爐渣的化學(xué)成分及爐渣的流動性等將會發(fā)生變化.為使高爐穩(wěn)定生產(chǎn)，在新的配礦條件下，有必要對爐渣成分變化進(jìn)行計算，并對高爐渣黏度和熔化性溫度等進(jìn)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(jié)配礦中的合適比例，為企業(yè)的順利生產(chǎn)提供技術(shù)支持.

表1　印尼釩鈦礦化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

1　釩鈦礦添加量對爐渣成分影響

一般認(rèn)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(xué)成分和物理化學(xué)性質(zhì)也會發(fā)生相應(yīng)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(jù)沙鋼高爐生產(chǎn)參數(shù)，計算出燒結(jié)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(jié)構(gòu)(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為：70%燒結(jié)礦+15%球團(tuán)+15%塊礦；計算結(jié)果如表2所示.

表2　燒結(jié)礦中印尼釩鈦礦配比(質(zhì)量分?jǐn)?shù))對高爐渣成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的影響

2　試驗(yàn)方案

研究擬對化學(xué)試劑合成渣和配加TiO2現(xiàn)場高爐渣的流動性進(jìn)行測試，爐渣中分別配以0%、1%、3%、5%、10%、15%的TiO2進(jìn)行試驗(yàn).

表3　現(xiàn)場高爐渣主要成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

黏度測定通過RTW-06型熔體物性測定儀完成.試驗(yàn)設(shè)備示意圖如圖1所示.試驗(yàn)條件如下，石墨坩堝高度：80 mm，熔化后爐渣高度：40 mm；試驗(yàn)溫度：1 450 ℃；試驗(yàn)氣氛：試驗(yàn)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(dāng)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(yīng)的溫度點(diǎn)為熔化性溫度.

3　試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1重現(xiàn)性試驗(yàn)

為確保試驗(yàn)結(jié)果的穩(wěn)定性，進(jìn)行了重現(xiàn)性試驗(yàn).結(jié)果表明：試驗(yàn)重現(xiàn)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(guān)系如圖2所示，由圖2可見：合成高爐渣中TiO2含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以下同)由0增至10%時，爐渣的熔化性溫度穩(wěn)定逐漸降低，由 1 380 ℃ 降至 1 340 ℃，爐流動性得到改善.但當(dāng)TiO2含量繼續(xù)增至15%時，爐渣熔化性溫度迅速增大，可達(dá) 1 395 ℃，在 1 450 ℃ 高溫區(qū)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(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)TiO2在較低的含量范圍內(nèi)(<10%)，渣中TiO2含量增加并不會使?fàn)t渣熔化性溫度升高、流動性變差.

3.3TiO2對現(xiàn)場渣熔化性溫度的影響

以沙鋼高爐渣成分為基準(zhǔn)，當(dāng)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(tài)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(yàn)結(jié)果相似，當(dāng)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(wěn)定出渣出鐵與高爐的穩(wěn)定操作.但是，當(dāng)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(wěn)定操作.

3.4分析與討論

從合成高爐渣和現(xiàn)場高爐渣黏度-溫度關(guān)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(dāng)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(dāng)TiO2含量大于10%時，該區(qū)域礦物的熔點(diǎn)有逐漸升高的趨勢，所以熔化性溫度呈現(xiàn)逐漸升高的現(xiàn)象.這與試驗(yàn)結(jié)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(xiàn)場爐渣的熔化性溫度，這主要是由于現(xiàn)場高爐渣中含有MnO、FeO等其他降低爐渣熔點(diǎn)的物質(zhì)，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(xiàn)場高爐渣為基準(zhǔn)，當(dāng)高爐渣中TiO2含量不高于10%時，熔化性溫度較基準(zhǔn)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(dāng)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(guān)注的地方.結(jié)合表2計算結(jié)果可知，在不改變現(xiàn)有冶煉工藝前提下，為滿足爐渣流動性的要求，燒結(jié)礦中印尼釩鈦礦配比不應(yīng)超過25%.

4　結(jié)　論

(1)經(jīng)計算可知，當(dāng)燒結(jié)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(xiàn)場高爐渣兩種情況下，當(dāng)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(dāng)渣中TiO2含量繼續(xù)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(xiàn)有冶煉制度的前提下，從爐渣流動性方面分析，燒結(jié)礦中印尼釩鈦磁鐵礦配比不宜超過25%.

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

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[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

A

1671-6620(2016)02-0088-04