酸性釩鈦燒結(jié)礦物理性能試驗(yàn)研究

林文康，吳麗娜，周林波

(攀鋼集團(tuán)西昌鋼釩有限公司，四川 西昌 615032)

攀鋼燒結(jié)以自產(chǎn)高鈦型釩鈦磁鐵精礦作為主要含鐵原料,生產(chǎn)堿性釩鈦燒結(jié)礦。釩鈦磁鐵精礦成球性差，其TFe和SiO2含量低，TiO2和 A12O3含量高；燒結(jié)時(shí)礦石軟化溫度高，生成的液相量少，燒結(jié)礦中存在大量的鈣鈦礦(CaO·TiO2)，鈣鈦礦本身沒有膠結(jié)作用,它的生成減少了硅酸鹽渣相連接,也削弱了鈦磁(赤)鐵礦連晶作用，對堿性釩鈦燒結(jié)礦冷強(qiáng)度帶來不利影響。堿性釩鈦燒結(jié)礦因化學(xué)成分和礦物組成的特殊性，具有不風(fēng)化、耐貯存、還原性較好、還原軟化溫度高、軟化區(qū)間窄等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有產(chǎn)、質(zhì)量指標(biāo)差，成品率和轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度低，低溫還原粉化率較高等缺點(diǎn)[1-3]。

公司自產(chǎn)釩鈦燒結(jié)礦保供不足，對外委托加工酸性釩鈦燒結(jié)礦。在生產(chǎn)組織中，酸性釩鈦燒結(jié)礦的生產(chǎn)節(jié)奏遠(yuǎn)快于高爐使用節(jié)奏，因此，酸性釩鈦燒結(jié)礦在料場有7～10天貯存時(shí)間。為了解酸性釩鈦燒結(jié)礦的貯存性能、倒運(yùn)及落下性能，根據(jù)其貯存性能確定酸性釩鈦燒結(jié)礦合理的生產(chǎn)組織模式，特開展了酸性釩鈦燒結(jié)礦物理性能試驗(yàn)研究。

1 試驗(yàn)方案

借鑒以往攀鋼開展的堿性釩鈦燒結(jié)礦貯存試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)：不宜采用露天貯存，而應(yīng)采用注槽貯存的形式，貯存時(shí)間不超過30天[4]。本次貯存試驗(yàn)采用室內(nèi)存放方案，貯存時(shí)間1-16天。供試驗(yàn)用的試樣取自當(dāng)天生產(chǎn)的酸性釩鈦燒結(jié)礦，按照取樣規(guī)范進(jìn)行混合、縮分，隨機(jī)組成16組試樣，分為A、B、C、D四組。四組酸性釩鈦燒結(jié)礦試樣，試樣組數(shù)、個(gè)數(shù)、貯存天數(shù)和試驗(yàn)分析內(nèi)容見表1，分析酸性釩鈦燒結(jié)礦各項(xiàng)指標(biāo)隨貯存時(shí)間的變化情況。

表1 酸性釩鈦燒結(jié)礦貯存試驗(yàn)方案

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

梅鋼和湘鋼燒結(jié)礦存放試驗(yàn)表明：隨著存放天數(shù)的增加，總的粉碎率不斷增加，存放1～3 天時(shí)，燒結(jié)礦的粉碎現(xiàn)象較嚴(yán)重，隨著存放天數(shù)的增加，逐天的平均粉碎率不斷減少；存放粉碎率升高主要是由硅酸二鈣含量高和游離氧化鈣引起的[5-6]。

2.1 轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度和平均粒度試驗(yàn)

對A組試樣先按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行粒度檢測，然后逐樣檢測酸性釩鈦燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度，經(jīng)計(jì)算該組試樣轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度和平均粒度95%標(biāo)準(zhǔn)差的置信區(qū)間分別是(0.789,2.696)、(0.736,2.514)。A組試樣轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度和平均粒度見圖1，95%標(biāo)準(zhǔn)差的置信區(qū)間見表2。對B組試樣按照試驗(yàn)方案開展貯存試驗(yàn)，在1-15天貯存時(shí)間內(nèi)，酸性釩鈦燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度和平均粒度隨貯存時(shí)間的變化趨勢見圖2，標(biāo)準(zhǔn)差見表2。試驗(yàn)結(jié)果表明：隨貯存時(shí)間的延長，酸性釩鈦燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度和平均粒度標(biāo)準(zhǔn)偏差分別是1.061%、1.957 mm，分別在A組試樣轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度和平均粒度95%標(biāo)準(zhǔn)差的置信區(qū)間以內(nèi)，說明試驗(yàn)誤差是可控的；圖2變化趨勢與圖1一樣，都是隨機(jī)波動(dòng)，沒有呈現(xiàn)顯著的規(guī)律變化。

圖1 A組試樣的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度和平均粒度

圖2 B組試樣的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度和平均粒度隨貯存天數(shù)的變化趨勢

表2 A組、B組試樣的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度和平均粒度

貯存試驗(yàn)表明，酸性釩鈦燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度沒有出現(xiàn)明顯下降，平均粒度沒有因粉化碎裂而細(xì)化，在試驗(yàn)期內(nèi)具有較好的貯存性能。

2.2 轉(zhuǎn)運(yùn)、落下試驗(yàn)

對C組試樣，15天內(nèi)每天進(jìn)行1次轉(zhuǎn)運(yùn)、落下和分級(jí)篩分試驗(yàn)。酸性釩鈦燒結(jié)礦平均粒度隨貯存時(shí)間延長，轉(zhuǎn)運(yùn)、落下和分級(jí)篩分試驗(yàn)次數(shù)增加而減小；對平均粒度與試驗(yàn)次數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，回歸方程:平均粒度 = 24.93-0.6865×N+0.04701×N2-0.001214×N3(注：N為落下次數(shù))，相關(guān)性分析趨勢圖如圖3所示。

圖3 C組試樣平均粒度與試驗(yàn)次數(shù)的相關(guān)性分析

由圖3可知，隨著轉(zhuǎn)運(yùn)、落下和粒度篩分試驗(yàn)次數(shù)增加，酸性釩鈦燒結(jié)礦的平均粒度呈下降趨勢。在第1-9次試驗(yàn)時(shí)，酸性釩鈦燒結(jié)礦因摔打破碎導(dǎo)致平均粒度下降較顯著，且下降幅度較大；第10-15次試驗(yàn)時(shí)，酸性釩鈦燒結(jié)礦仍因摔打破碎導(dǎo)致平均粒度下降，但下降幅度越來越小；酸性釩鈦燒結(jié)礦平均粒度與轉(zhuǎn)運(yùn)、落下試驗(yàn)次數(shù)存在較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

試驗(yàn)表明，酸性釩鈦燒結(jié)礦抗摔打性能差，在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中容易粉碎細(xì)化。為了減少轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)粉碎細(xì)化量，現(xiàn)場生產(chǎn)組織時(shí)，在每天相同的運(yùn)輸量條件下，盡可能縮短運(yùn)礦時(shí)間和降低轉(zhuǎn)運(yùn)落差，一方面在轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)盡可能增大單位時(shí)間運(yùn)輸量，降低運(yùn)輸過程的摔打粉碎率；另一方面合理控制高爐礦槽料位，增加貯存酸性釩鈦燒結(jié)礦礦槽個(gè)數(shù)，避免因礦槽料位低導(dǎo)致燒結(jié)礦轉(zhuǎn)運(yùn)落差升高。

2.3 礦相分析

為研究酸性釩鈦燒結(jié)礦貯存后物相組成的變化，通過色差法分析，對D組試樣進(jìn)行物相檢測，檢測結(jié)果如表3所示，酸性燒結(jié)礦中主要物相在顯微鏡下的結(jié)構(gòu)特征見圖4。

由表3可以看出，酸性釩鈦燒結(jié)礦的礦物主要有鈦赤鐵礦、鈦磁鐵礦、玻璃質(zhì)和鉀長石，少量鈣鈦礦和鈦榴石，其中鈦赤鐵礦和鈦磁鐵礦兩項(xiàng)占礦物組成80%以上。貯存6天與2天的酸性釩鈦燒結(jié)礦礦相比較，鈦赤鐵礦相降低，鈦磁鐵礦相增多，鉀長石、玻璃質(zhì)、鈣鈦礦和鈦榴石相幾乎沒有變化，主要原因是鈦赤鐵礦被空氣中的氧氣氧化所致；貯存16天與6天的酸性釩鈦燒結(jié)礦各物相檢測無明顯變化。

表3 不同貯存天數(shù)的酸性釩鈦燒結(jié)礦物相組成及體積含量

圖4 酸性燒結(jié)礦中主要物相在顯微鏡下的結(jié)構(gòu)特征

由圖4可知，鈦赤鐵礦呈它形-自形晶，粒狀、粒狀集合體或呈較規(guī)則四邊形狀，與硅酸鹽粘結(jié)相玻璃相形成粒狀結(jié)構(gòu)、斑狀結(jié)構(gòu)或分布于磁鐵礦邊緣形成包邊結(jié)構(gòu)或連晶結(jié)構(gòu)，晶體內(nèi)部孔隙內(nèi)見水滴狀，鈦磁鐵礦及玻璃相，部分顆粒被玻璃相交代殘余形成骸晶狀鈦赤鐵礦；鈦磁鐵礦呈它形-半自形晶，粒狀或粒狀集合體，被玻璃相膠結(jié)，構(gòu)成斑狀結(jié)構(gòu)或交代鈦赤鐵礦形成包邊結(jié)構(gòu)；鈣鈦礦呈樹枝狀、十字狀或無定形狀，散布于玻璃相中或分布于鈦磁鐵礦邊緣與其相互交代共生；玻璃相呈無定形狀填充于礦物顆粒間。

2.4 冶金性能分析

分別對貯存1天與15天的酸性釩鈦燒結(jié)礦進(jìn)行了軟熔滴落和還原試驗(yàn)檢測，檢測結(jié)果分別見表4、表5。

表4 貯存1天與15天酸性釩鈦燒結(jié)礦的熔滴性能指標(biāo)

表5 貯存1天與15天酸性釩鈦燒結(jié)礦的還原性指標(biāo)

試驗(yàn)結(jié)果表明，酸性釩鈦燒結(jié)礦的低溫還原粉化率(<3.15 mm)僅10%左右，遠(yuǎn)低于堿性釩鈦燒結(jié)礦60%以上的低溫還原粉化率(<3.15 mm)指標(biāo)[3]，還原性較堿性燒結(jié)礦差；且隨貯存時(shí)間延長，軟熔區(qū)間、料柱最高壓差和滴落帶厚度、低溫還原粉化指標(biāo)都變化不大。原因分析：貯存16天與2天的酸性釩鈦燒結(jié)礦礦相比較，鈦赤鐵礦相降低，鈦磁鐵礦相增多，可能是僅表面的鈦赤鐵礦被氧化成鈦磁鐵礦；冶金性能分析要求試樣粒度在10-12.5 mm，礦樣經(jīng)過破碎，表層因貯存被氧化的礦樣占冶金性能分析的礦樣比例小。

3 結(jié)論

酸性釩鈦燒結(jié)礦物理性能試驗(yàn)結(jié)果表明：在室內(nèi)貯存1-15天試驗(yàn)期內(nèi)，具有較好的貯存性能，滿足高爐冶煉要求，但抗摔打性能差。

1)酸性釩鈦燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度沒有出現(xiàn)明顯下降，平均粒度沒有因粉化碎裂而細(xì)化。

2)酸性釩鈦燒結(jié)礦抗摔打性能差，在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中容易粉碎細(xì)化。因此現(xiàn)場生產(chǎn)組織時(shí)，在每天相同的運(yùn)輸量條件下，盡可能縮短運(yùn)礦時(shí)間和降低轉(zhuǎn)運(yùn)落差。

3)隨貯存時(shí)間延長，從礦相分析，鈦赤鐵礦被氧化減少，鈦磁鐵礦增多；冶金性能指標(biāo)變化不明顯。