钒钛粉烧结性能研究

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摘要：随着钢铁冶金市场原料资源竞争激烈，国内和传统意义上的炼铁原料供应远远不能满足钢铁发展的需要。原料价格的飞涨，必须考虑降低生产成本的问题。烧结原料的物理、化学性质和烧结工艺参数直接影响烧结矿的产量与质量，黑龙江建龙的钒钛矿粉与普通的烧结矿粉比，最主要的优点是使用了含钒钛磁铁矿。钒钛磁铁矿的成球性能比较差，混合料的透气性不好，导致垂直燃烧速度慢，黏结相不充分，烧结矿的强度差和500 ℃时低温还原粉化严重，使烧结返矿率增加，产量和烧结利用系数大大降低。

关键词：烧结；钒钛粉；同化

中图分类号：TF37 文献标识码：A

1 本文对黑建龙新开发使用的几种矿粉（俄罗斯钒钛粉、国内铁精粉、硼铁粉、毛塔粉）进行了同化性、液相流动性、粘结相强度、连晶固结强度等烧结基础特性研究，以此了解这几种矿粉的高温行为和作用，同时明确其与普通铁矿粉的差别，从而为矿粉的优化配比提供有力的技术依据。

2 试验材料的化学成分

本试验所涉及4种矿粉的化学成分如表1所示。

表1 原料化学成分 %

3 试验结果及分析

3.1 同化性的比较

铁矿粉的同化性是通过测定铁矿粉与CaO接触面发生反应（产生熔化特征）的温度来评价。实验采用微型烧结法。将CaO和矿粉磨成细粉状,在一定压力下分别压制成小饼试样,然后将矿粉小饼置于CaO小饼之上,放入微型烧结装置,在空气气氛下,按照烧结温度曲线进行焙烧。以矿粉小饼的开始熔化为其同化特征，测定不同铁矿粉达到这一同化特征的温度，由此评价不同矿粉的同化性能。

实验测得这几种矿的同化温度比较见表2，4种料的同化性排序为：普通精粉>钒钛粉>毛塔粉>硼铁粉。同化性能也就是铁矿粉与氧化钙的反应能力，如果同化性弱则意味着不能形成低熔点的液相，也就不利于铁矿粉的液相粘结，就会导致烧结矿强度下降；同时由于铁酸钙的形成能力太低，也会影响烧结矿还原性的改善。但是同化性太强的话也不好，会在烧结过程中产生大量的液相，导致起固结骨架作用的核矿石减少合料层透气性恶化，从而影响烧结矿的产量。

表2 铁精粉的最低同化温度

普通矿的同化温度均在1 220 ℃，4种铁精粉的同化温度比普通矿粉的同化温度至少高50 ℃，表明这4种精矿粉与氧化钙的反应能力较弱，即黑龙江建龙烧结用的3种精矿粉同化性能均较差。

3.2 液相流动性的比较

铁矿粉的液相流动性采用“基于流动面积的粘度测定法”。将试样压成小饼，在高温下焙烧，随温度的升高，试样开始形成低熔点化合物，当烧结温度达到该化合物的熔点时试样开始瘫软，液相开始生成，随着温度的继续升高，过热度增大，液相逐渐成流动状态，实验结束后，取出冷却的试样小饼，根据流动后的面积来确定其流动性。本文用“流动性指数”来确定铁矿石的液相流动性能。流动性指数=（试样流动后的面积-试样原始的面积）/试样原始的面积。

实验采用微型烧结法，加热炉采用二钼化硅加热炉，考虑低温烧结原则，实验温度定在1 280 ℃，根据高碱度烧结矿的对粘附粉的碱度要求及考虑物料偏析，实验碱度控制在4.0。

实验测得这4种矿的流动性见表3，在相同的实验条件下，普通精粉的流动性比其他三种矿的流动性大很多。普通铁精粉的流动性非常大，这也符合其同化性最强熔点最低的特点，因为熔化温度低的矿粉在相同条件下液相过热度就大，这就有利于降低液相得黏度，从而增加液相流动性。同化性温度低主要由于其含硅量比较大，与氧化钙的反应能力强，易于生成液相，对流动性也会有较大影响。但过多的使用普通铁精粉会导致粘结相过度流动，会使烧结矿出现多孔薄壁结构，从而影响烧结矿的固结强度，所以使用比例不易过多。含钒精粉的流动性中等，普通精粉的流动性次之。这也符合同化性和熔化温度的关系。这还与其化学成分有关，钒钛铁精粉的硅含量较低，形成的液相量少，且其中的钛和氧化钙生成钙钛矿，不利于液相的流动。海砂的流动性很小，几乎为零。

表3 铁精粉的流动性指数

综上所述：4种矿粉中，普通铁精粉的液相流动性是最好的，为了提高流动性可以增加其配入量，但为了防止出现流动性过大的情况，其配入量也不宜过大。相比而言含钒精粉的流动性小些，为中等。从流动性的角度考虑其配入量可以适当增加，而毛塔精粉和硼铁粉的流动性很差，为了使用这些矿粉可以把这4种矿粉与普通铁精粉搭配着使用，以达到合适的流动性。

3.3 连晶固结强度的比较

在实际的烧结过程中某些区域因为偏析CaO FeO含量很少，不足以产生铁酸钙液相或其他硅酸盐液相，因此，这部分区域铁矿粉之间有可能通过发展连晶来获得固结强度。

具体做法：本试验采用微型烧结法进行烧结，用测定烧结后小饼抗压的方法来比较矿粉连晶性能的大小。烧结时间对矿粉的连晶性能也时有很大影响的。所以，本试验设计小饼在高温区的停留时间分别为3 min和5 min，用以对比时间对连晶固结强度的影响（表4）。

表4 连晶固结强度

在相同的实验条件下，通过连晶作用的矿粉的固结强度，普通精粉＞硼铁粉＞钒钛粉＞硼铁粉。普通精粉由于是典型的磁铁矿，所以连晶固结强度较好。其他三种钒钛粉的固结强度相差不大，4种矿粉随着烧结时间的增加，固结强度都有不同幅度的增加。

3.4 粘结相强度的比较

粘结相强度性能是指铁矿石在烧结过程中形成的液相对其周围的矿石进行固结的能力。它对烧结矿的强度有着至关重要的影响。因为对非均质烧结矿而言，烧结过程中的矿石在固结主要由粘结相来完成。

具体做法：本试验采用微型烧结法进行烧结，实验温度定在1 280 ℃，通过测定粘附粉试样烧结后的抗压强度(压溃时所对应的最小压力)来评价各种铁矿石的粘结相自身强度。首先，在相同二元碱度条件下，测定和比较4种矿粉的粘结相强度：其次，对每种矿粉按不同的碱度配成粘附粉，测定其粘结相的自身强度（表5）。

表5 粘结相强度

从表5可以看出，黑龙江建龙的这4种矿粉的粘结相强度随碱度的变化情况分成两类，一类是随碱度的升高，强度不断增大，如毛塔粉和含钒铁精粉；主要是这两种矿粉的赤铁矿的含量相对较高，随着碱度的升高，液相量增多，铁酸钙增多，使得粘结相得强度不断增大。一类是随碱度的升高，粘结相强度先增大后降低，如普通铁精粉和硼铁粉。主要原因是当碱度过高，促使硅酸二钙和铁酸二钙的生成，从而导致粘结相得强度有所降低。在相同2.0碱度下，粘结相强度含普通铁精粉>钒铁精粉>毛塔粉>硼铁粉。矿粉的同化性，若同化性弱，则在正常的烧结温度和时间下，产生的液相量少，这对于烧结矿的粘结是不利的。如果矿粉的液相流动性小，则液相的粘结范围小，粘结相得强度低，反之，若流动性过大，则对其周围的物料粘结层厚度会变薄，粘结相得强度也会变低，因此合适的液相流动性才能保证较高的粘结相强度。

4 结论

通过对黑龙江建龙烧结4种矿粉的基础性能检测，可以得出如下结论：（1）普通铁精粉的基础性能比其他三种钒钛粉要好很多,这也是钒钛粉烧结出现强度差,粉化高的一个很重要原因。（2）含钒铁精粉与毛塔粉的基础性能基本相似，其基础性能相对一般，含铁品味较低，同化温度较低，流动性较差，烧结过程不适合提高配比，但亚铁含量较高。

（3）硼铁粉的基础性能差，同化性差，流动性差，粘结相强度低，应尽量减少其配比。

参考文献

[1]李云涛.烧结优化配矿系统的研究[D]中南大学,2004.

[2]闫亚坤.承钢钒钛矿和普通矿分烧分炼最大经济效益的研究[D]河北理工大学,2005.

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