高炉冶炼钒钛矿讲座(刘传胜)

高炉冶炼钒钛矿技术讲座

第一讲攀钢高炉冶炼钒钛磁铁矿分析

付卫国

攀钢高炉冶炼的是高钛型钒钛磁铁矿。这种矿石含钛高，高炉冶炼时炉渣中TiO2含量达25~30%，用常规方法冶炼会出现炉渣粘稠，渣铁不分，炉缸堆积等现象。使正常生产难于进行。自1958年开始，经过全国炼铁界和各大研究院、所，以及高等院校的多年紧密合作研究，陆续在小高炉上进行了试验。1965年~1967年，在承德、西昌和北京等地进行了几次大规模工业试验，解决了用普通高炉冶炼高钛型钒钛磁铁矿的基本工艺问题，并取得了技术上的突破。

1970年7月1日，容积为1000m3的1高炉终于在攀钢投入生产。1971年和1973年容积为1200m3的2、3高炉也相既投入生产。在经过20年的生产后，1BF于1990年初进行了改造性扩容大修，有效容积扩大为1200m3，炉顶采用并罐式无料钟炉顶底炉；1989年容积为1350m3的4高炉在攀钢新建投产，采用皮带上料、并罐式无钟炉顶，设两个出铁场，配备4座新日铁外燃式热风炉。我国首创的高钛型钒钛磁铁矿高炉冶炼技术，经过攀钢高炉冶炼工作者几代人的不懈努力和三十年来高炉生产的实践，不断得到改进、发展和完善。

1 不同渣中TiO2的炉渣应用

高炉冶炼钒钛磁铁矿的炉渣与冶炼普通矿的炉渣其理化性能有较大差别。普通高炉渣基本属于CaO-SiO2-Al2O3三元系，而含钛炉渣中含有TiO2，属于CaO-SiO2-Al2O3- TiO2四元系，其主要矿物为钙钛矿、钛辉石、巴依石、尖晶石等，普通炉渣中常见的黄长石随着TiO2的增加而迅速减少，当渣中TiO2超过18%时黄长石消失。所以对冶炼钒钛磁铁矿的含钛炉渣而言，随着渣中TiO2含量的不同，炉渣的应用情况也不同。

1.1 TiO2<10%的低钛渣

普通矿冶炼的高炉渣通常用作水泥混合料，而含钛炉渣随着TiO2的增加，其生产水泥的强度将受到影响。渣中平均每增加1%的TiO2，质量系数下降1.69%，R28d值降低1.19%。1994年国家制定高炉矿渣用作水泥混合料的标准（GB203-94）见表20。

由表1可见，含钛高炉渣中TiO2<10%均可作为水泥的混合料，与现普通高炉渣的功效基本相同。

表1 粒化高炉矿渣的质量系数和化学成分要求：

注：质量系数为：（CaO+MgO+Al2O3）/(SiO2+MnO+TiO2)的比值。

1.2 TiO2>10%的中、高钛渣

渣中TiO210～20%属于中钛渣，我国承德钢铁厂的高炉渣就属此种渣，渣中TiO2的含量在15～18%；渣中TiO2>20%属于高钛渣，攀钢的高炉渣就属于高钛渣，渣中TiO2的含量在22～26%。承德的高炉渣除少部分卖给其他钢铁公司用作护炉料外，大部分未开发利用。攀钢高炉渣由于含有较高的TiO2而未能利用。国内从20世纪60年代起开始对含钛高炉渣的利用进行研究，如，用高炉渣采用矿热法冶炼硅钛合金; 制作微晶铸石和微晶铸石管; 含钛高炉渣制作水泥的研究; 含钛高炉渣研制陶瓷墙、地砖、釉面砖、制作彩色陶瓷板研究、高炉渣制作TiCl4研究等等。这些研究虽然在技术上均取得了一定的突破和进展，但由于成本较高以及高炉渣的

用量较小，未能形成大规模利用高炉渣的局面。现攀钢高炉渣仅有部分被破碎分级后用于代替天然石材作普通混凝土骨料，制作路面砖等，取得了一定的经济效益和社会效益。

2 钒钛磁铁精矿的特点及烧结工艺

与普通磁铁精矿相比，钒钛磁铁精矿具有以下特点：

（1）粒度粗，且颗粒表面平整、边缘光滑，大小差异小，成球性差。

（2）精矿品位低。由于钒钛磁铁矿本身成矿的理论含铁量低，加之钛铁矿中的脉石矿物难以选别所致，是高炉冶炼渣量大的主要原因。

（3）磁铁精矿SiO2含量低，TiO2含量高，烧结时液相量不足，烧结矿难以得到很好地粘结；TiO2含量高，不仅降低了烧结料的铁分，且烧结温度高，同时，因CaO.TiO2的形成不利于烧结矿的固结，致使钒钛烧结矿脆性大、强度差、返矿率高。

（4）Al2O3含量高，这对烧结矿强度和冶金性能均有不利影响。

钒钛磁铁精矿烧结既有“低硅”难烧的特点，又因含TiO2（12%～13%）高形成与普通低硅烧结不同的特点，在操作上为混合料适宜水分和含碳量都较低，点火温度高，料层薄。实际操作可归纳为：大风、低水、低碳、较薄料层。

3 钒钛烧结矿的特点

钒钛烧结矿与普通烧结矿相比，具有“三低”、“三高”的特点，即烧结矿TFe、FeO、SiO2含量低，TiO2、MgO、Al2O3含量高。

钒钛烧结矿的主要物相组成有：钛赤铁矿、钛磁铁矿、铁酸钙、钛榴石、钙钛矿、钛辉石、玻璃相等。

钒钛烧结矿的转鼓强度一般较普通烧结矿低，但具有较好的出贮存性能，其贮存自然粉化率比普通烧结矿低，还原性能较普通烧结矿好，低温还原粉化（RDI-3.15）较普通烧结矿严重，而实际生产中尚未因烧结矿的低温还原粉化率高而引起高炉上部块状带透气性恶化而成为限制性环节；另外，由于钒钛烧结矿高熔点矿物多，

矿物熔点差别大，因而其熔滴区间宽，滴落过程中渣铁分离差，渣中带铁多。

4 高炉配加钒钛烧结矿冶炼及操作特点

4.1中高钛渣的高炉冶炼特点

1）当渣中TiO2大于10%以后，随着渣中TiO2增加，高炉冶炼难度增加，炉温控制范围窄，对原燃料性能（成分、粒度等）波动的适应性降低，因此，对原燃料的质量要求较高，稳定性要好，同时对操作人员的要求也较高。

2）TiO2含量较高，炉渣的脱硫能力降低，要求原燃料中的S含量低，且应增加炉外脱硫系统。

3）炉渣TiO2含量高，渣中带铁较多，渣铁分离不好，铁损高，目前攀钢渣中TiO222%左右，总铁损达7～8%,渣中带铁4%左右。

4）由于渣中带铁高，采用水冲渣易打炮，影响高炉生产，炉渣不能很好的利用，且需要建较大的渣场来进行堆放。

4．2 渣中TiO2<10%的低钛渣冶炼特点

（1）炉温控制范围较宽，低钛渣不会出现炉渣变稠，其稳定性较好。生铁[Si]的允许波动范围为0.4～1.0%，生铁[Ti]的允许波动范围为0.2～0.7%。

（2）炉渣流动性比普通炉渣低，脱硫能力与普通渣比也要低一些，但比中高钛渣要高，通过调剂可以保证生铁有较高的合格率和优质率。

（3）要求风口的鼓风动能比普通矿高炉冶炼更高，才能保证高炉冶炼顺行。

（4）高炉上下部操作调剂与普通矿冶炼基本相同，但煤气CO2要求中心要比边缘低2～3%。

（5）钒钛铁水及炉渣的粘度比普通矿冶炼要高一些，其铁损比普通矿要高一些，对铁罐的使用寿命有一定影响，但同中高钛渣冶炼相比要低些，影响较小。

由于钒钛烧结矿化学成分稳定，有利用高炉冶炼配料和工艺操作的稳定，冶炼中熔剂消耗少，并含有钒等多种有益元素，可改善钢铁的性能。同时所含TiO2能起到保护高炉炉缸、炉底，延长高炉寿命，起到护炉作用。