1、攀枝花學院課程設計（論文）高爐冶煉釩鈦磁鐵礦的工藝設計學生姓名： 鄧雪霜 學生學號： 201011103019 院 （系）： 資源與環境學院 年級專業： 2010級冶金1班 指導教師： 陳綠英 教授 二一三年十二月 摘要 高爐冶煉高鈦型釩鈦磁鐵礦的主要困難是由鈦渣的特殊性質引起的,它們具有脫硫能力低、熔化性溫度高以及高溫還原變稠等特點,采用質量良好的原料,嚴格控制生鐵含硅,選擇適宜的爐渣堿度是解決高爐冶煉高鈦型釩鈦磁鐵礦的主要措施。關鍵詞 釩鈦磁鐵礦，TiO2，高爐渣，溶化性溫度緒論 我國西南攀枝花地區蘊藏著大量的高鈦型釩鈦磁鐵礦。礦石中含(%):Fe31一35,TiO2:11一12,V2O5

2、0.28一0.34。這種礦因品位太低不能直接入爐冶煉練,需經選礦處理,選得的鐵精礦(%):Fe51一52,TiO2:13一14。高爐采用這種精礦冶煉時,渣中TiO2含量將高達25%一30%,高爐冶煉遇到許多困難,如爐缸嚴重堆積,爐渣粘稠,渣鐵不分等等。為解決高爐冶煉高鈦型釩鈦磁鐵礦，進行了大量的試驗研究。結果表明,高爐冶煉的主要困難是由含鈦爐渣的特殊性質造成的。如能清楚地了解這種爐渣的特性并采取適宜的措施,釩鈦礦冶煉可以順利進行。與普通高爐渣相比,含鈦爐渣具有三個特點，即脫硫能力低、熔化性溫度高和高溫還原變稠。這些性質,尤其后者是引起高爐冶煉困難的根源。1、 高鈦型高爐渣的性質(一)含鈦爐渣的

3、脫硫性能一般說來,一定冶煉條件下,爐渣脫硫能力與渣中CaO含量,即堿度(CaO/Si02)及溫度成正比。與普通高爐四元渣系相比,在相同的堿度下含鈦爐渣中的CaO重量百分比要低15%左右,這必然降低鈦渣的脫硫能力。平衡條件下高爐型含鈦爐渣的脫硫能力示于圖11。由圖可看出,含鈦爐渣的脫硫能力遠比普通渣(TiO2=0)差。若維持1.1這一常用堿度,普通渣的L可達36,而含20、25、30的鈦渣的L。只能達到13、12、10,可見含鈦渣的脫硫能力甚低,且隨著TiO2量的增加,爐渣脫硫能力減弱。 圖1 LS與堿度與TiO2的關系還可看出,堿度對鈦渣脫硫能力的影響遠較普通渣弱。在釩鈦礦冶煉中,即使選用較高

4、的堿度,也難于改變鈦渣脫硫能力低的弱點。硫的分配系數 LS（(S)/S)與爐渣堿度及TiO2含量的關系如表l所示。不難看出,對含TiO2%:20、25、50、35的鈦渣來說,堿度維持1.14、1.26、1.40、1.57,只與普通礦冶煉時的0.86相當,此時 LS值也只能達到14。這表明,高鈦型爐渣即使維持很高的堿度,其脫硫能力也遠不能達到普通渣的水平。另外,隨堿度的增高,爐渣的熔化性溫度升而熔化性溫度過高會給操作帶來困難,所以不能靠大幅度提高堿度來維持爐渣的脫硫能力。表1 LS、CaO/SiO2及TiO2關系研究表明,TiO2對爐渣脫硫能力的影響有二重性。一方面,它在堿度大于0.63的渣中呈

5、酸性,對脫硫不利;另一方面,由于TiO2在爐內還原生成鈦的低價氧化物在渣中顯堿性對脫硫有利。在含MgO8%,A12O318%及高爐適用的堿度范圍內,TiO2的酸性相當于Si02的0.83倍,而TiO2的堿性相當于CaO的0.88倍1,從脫硫的角度看,適度還原的TiO2可在一定程度上彌補CaO量低的缺陷。(二)含鈦爐渣的熔化性溫度熔化性溫度高是高鈦型爐渣的另一特點。所謂熔化性溫度是指爐渣在爐內能自由流動的溫度,對結晶性能強的“短渣”取降溫過程中的粘度-溫度曲線與橫坐標成45。角切線相切點所對應的溫度。表2是攀枝花礦常用的TiO2和堿度范圍內爐渣的熔化性溫度,渣中MgO和A12O3含量分別固定為9

6、%和14%。爐渣成分是根據高爐冶煉攀枝花礦適用范圍確定的。在高于1.0常用的堿度范圍內,熔化性溫度與爐渣堿度有明顯的對應關系,即隨堿度的提高熔化性溫度升高。從有利于高爐操作來看,爐渣堿度不宜高,但為改善脫硫又必需維持一定的堿度,因此爐渣脫硫能力與熔化性溫度之間存在著相直制約的關系,過高過低都會引起爐缸工作失調或生鐵出格。表2 爐渣TiO2%和堿度對溶化性溫度的影響 由表2還可看出,堿度在1.0以下時,熔化性溫度隨TiO2量增加而增加,高于1.0,TiO2對熔化性溫度即無明顯影響。表3是幾個實際生產渣的測定數據,與普通高爐渣相比,鈦渣的熔化性溫度高出80一100。這一特點要求爐缸必需具有充沛的熱

7、量。表3 現場渣溶化性溫度含鈦爐渣不僅熔化性溫度高,而且是結晶性能很強的“短渣”。圖2是一組含Ti0227%的粘度一溫度曲線二由圖看出,堿度大于1.0的堿性渣結晶性能強,小于1.0的酸性渣也是如此。在熔化性溫度附近,稍有溫降爐渣粘度即急劇增加,很快失去流動性。從巖相看,普通高爐渣的主要物相是黃長石、輝石、假硅灰石等,其熔點全都低于1600。而當TiO2參加造渣后,物相組成全郁改觀,主要由鈣鈦礦、巴依石、鈦輝石、尖晶石、TiC、TiN等組成,除認輝石熔點較低外,其余全都是高熔點礦物,而且結晶能力都很強。 溫度， 圖2 含鈦爐渣粘度-溫度曲線 鈦渣熔化性溫度高,結晶性能強,必然給高爐冶煉帶來很多困

8、難。如遇原料成分波動,堿度偏高或是某種原因導致爐缸溫度降低,很容易引起流動性變差,出現高溫結晶相,使爐缸工作失調。另外,在出鐵過程中,不可避免地要有溫降,熔點高、結晶性能強的鈦渣,很容易粘附在溝壁上,造成嚴重的掛溝現象,使本來已顯得十分繁重的爐前清理工作變得更加繁重。MgO是爐渣可調成分之一,由于攀枝花礦MgO含量較高,所以變動余地不多。表4是含TiO223%的爐渣將MgO含量由9%提高到11%所側得的熔化性溫度。表4 不同MgO含量的溶化性溫度可見MgO含量由9%提高到11%,熔化性溫度稍有降低,但無實質性影響。(三)含鈦爐渣的高溫還原變稠 TiO2在高爐條件下是個不穩定的化合物。它可逐漸被

9、還原成低價鈦并生成TIC,TIN第4第高爐冶煉帆錢磁鐵擴的理論與實殘等新相。隨著TiO2的還原進程和新相的出現,爐渣的物理性質也發生變化,粘度由小變大,甚至達到不能流動的程度。含鈦爐渣的還原變稠是影響釩鈦礦冶煉最為重要的性質。圖3是實驗室恒溫條件下測得的粘度一溫度曲線。實驗在石墨柑禍中進行,1500恒溫、坩堝下部放置滲碳鐵,渣中MgO為9%,A12O314%,CaO/Si02=1.10。 時間，min 圖3 粘度-溫度曲線由圖可以看出,隨著恒溫時間的延續。,粘度逐漸增大,含TiO2量愈高,增加的幅度愈大。可見TiO2的濃度是影響變稠的重要因素。 時間,min 圖4 不同溫度下得粘度-時間曲線

10、TiO2=35% CaO/SiO2=0.75 。1550 。1525 1550溫度對含鈦爐渣變稠的影響十分顯著,圖4為含TiO2一35%,堿度0.75的爐渣在1500,1525,1550下恒溫測得的粘度一時間曲線2。1500時變稠至10P需300min,在1525和1550時變稠至同樣粘度所需時間分別為160min和60min,可見溫度對變稠速度的影響,由這些數據還可看出,溫度愈高,提高溫度對變稠的速度影響愈大。 含鈦爐渣的變稠是由于渣中TiO2在高溫條件下生成TiC、TiN等高熔點化合物,這些化合物以固體狀態浮于液體渣中,使爐渣粘度增大。另外,對還原的粘渣中含有大量互相不能聚合的金屬鐵珠。這

11、些金屬鐵珠外面都包裹有相當數量的TiC、TiN,它們呈環狀、半環狀或星散分布于鐵珠周圍。這些包圍在鐵珠表面的“固體殼”一方面增加了鐵珠與熔渣間的摩擦力,減輕了鐵珠的有效重量,影響鐵珠的沉降,使渣中鐵損增加,同時也是使爐渣粘度增加的原因之一。 爐渣變稠和渣鐵不分是影響釩鈦礦正常冶煉最重要的因素,這個問題不解決,釩鈦礦冶煉就無法進行。這些困難的根源是TiO2被還原,而在高爐內渣焦、渣鐵共存的條件下,TiO2的還原又是不可避免的,但如能控制TiO2的還原,使其降到不發生危害的程度,則釩鈦礦冶煉就將能順利解決。二、高爐冶煉釩鈦磁鐵礦的實踐我國高爐成功地使用釩鈦磁鐵礦進行冶煉已有多年歷史。在冶煉中除了遵

12、循高爐生產的一般規律外,還必須針對釩鈦礦的特點采取相應的措施。(一)良好的原料條件釩鈦礦冶煉與普通礦冶煉一樣,要求原料具有良好的冶金性能,如冷、熱強度要好,粉末要少等,除此之外,良好的還原性對釩鈦礦冶煉更具有特殊意義。因為含鈦礦渣熔點高,要求爐缸有充沛的熱量,良好的還原性可避免大量FeO進入爐缸發展直接還原而使爐缸熱量不足,析出高溫結晶相而影響爐缸正常工作。 時間，min 圖5 還原率時間曲線 .釩鈦燒結礦 。鞍鋼燒結礦 釩鈦磁鐵精礦經過燒結可以得到FeO含量低(<10%)還原性能良好的燒結礦。圖5是釩鈦燒結礦、鞍鋼普通燒結礦的還原曲線2,實驗溫度為850,還原劑為CO。由圖可見,釩鈦燒

13、結礦的還原性優于普通燒結礦,這為釩鈦礦冶煉創造了良好的物質條件。另外,由于含鈦爐渣的脫硫能力差,為保證生鐵合格,要盡量減少硫負荷。在燒結過程中可脫除90%左右的硫,燒結礦含硫為0.02一0.03%。高爐內的硫90%來自焦炭,使用低硫焦,降低焦炭中的含硫量極為重要。釩鈦礦冶煉所用焦炭含硫0.5一0.6%,為全國一流水平,硫負荷為4Kg/噸鐵左右,這撫保證了在高爐內可以得到合格生鐵。（二）嚴格控制生鐵硅、鈦含量在釩鈦礦冶煉Si、Ti含量不但是爐溫的表征，而且是TiO2被還原的判據。爐溫是影響爐渣變稠速率最重要的因素，即便在含（TiO2）量很低的情況下，提高爐溫，如Si=0.8_1.0%，就會引起爐

14、缸失調，冶煉不能正常進行。在高鈦渣冶煉時更為明顯。因此在釩鈦礦冶煉中，在保證生鐵含硫合格的條件下,應盡量壓低Si、Ti含量。適宜的Si、Ti含量應視渣中TiO2高低而有所差別。渣中TiO2含量為25%時,適宜的Si、Ti含量為0.15%左右,但這不意味渣鐵溫度很低,此時下渣溫度為1450左右,鐵溫為1400左右,相當于普通高爐水平。由于Si、Ti含量與爐渣性質密切有關,Si、Ti的波動不僅影響高爐順行及生鐵質量,而且引起爐渣變稠,渣鐵不分以致完全放不出渣鐵的產重后果。所以嚴格穩定Si、Ti在釩鈦礦冶煉中具有特殊意義,為此必需產格穩定原料成分,及時調節，精心操作。（三）選擇適宜的爐渣堿度釩鈦礦冶

15、煉中,堿度可引起爐渣性質的雙重變化,提高堿度能改善生鐵脫硫,但要引起熔化性溫度的升高。適宜的爐渣堿度要兼顧兩者,過低難于得到合格生鐵,過高將出現風口掛渣,爐缸堆積,風量萎縮等困難。堿度的選擇主要服從于脫硫的需要,并且以生鐵合格為限,繼續提高堿度雖能稍許改善生鐵質量,但要招致爐渣熔點升高,在爐內引起爐渣性質不穩,在爐外則加重爐前清理工作,因此在釩鈦礦冶煉中不易得到優質低硫生鐵。適宜的爐渣堿度與硫負荷,高爐容積及操作水平有關,在我國攀鋼條件下,一般控制在1.1左右。現在,在鐵水爐外脫硫技術日趨完善的情況下,為改善爐渣的熔化性,亦可考慮適當降低堿度,將部分脫硫任務移到爐外進行。(四)操作特點高爐取樣研究表明,風口平面以上到爐腹帶高溫區是TiO2還原和TiC、Ti