含铬型钒钛磁铁矿在烧结--炼铁流程中的基础性研究

摘要

含铬型钒钛磁铁矿是一种矿物组成复杂的共（伴）生矿，因含有铁、钒、钛、铬等资源而具有较高的综合利用价值，目前高炉一转炉流程是其进行大规模工业化利用的主要选择。对其合理、高效的利用不仅对保障我国钢铁行业的可持续发展具有重要的意义，同时可以改变我国“缺铬”的现状，对我国的国家安全保障也具有非凡的意义。 本文针对含铬型钒钛磁铁矿在烧结一炼铁流程中利用的问题进行了系统的基础性研究。结合生产实际，从原料常规特性、高温特性、混合料制粒、含铬型钒钛烧结矿制备及优化、合理含铬型钒钛烧结矿炉料结构以及Cr2O3对含钛高炉渣高温粘度的影响等环节对含铬型钒钛磁铁矿在烧结一炼铁流程中应用的可行性、合理性及高效性进行了试验研究以及机理分析，为含铬型钒钛磁铁矿在烧结一炼铁系统的高效利用提供理论依据和技术支持。 本文首先对5种含铬型钒钛铁矿粉进行了化学成分、粒度分布以及颗粒形貌的测定与观察，结果表明:5种含铬型钒钛磁铁粉均属于铁精粉，含铁品位高，SiO2含量低，制粒困难。 针对不同铁矿粉的高温物理化学性能差异较大，单一铁矿粉难以达到高温物理化学性能均优异的要求，在不同铁矿粉之间依据铁矿粉高温物理化学性能的优劣实现互补配矿,优化混合铁矿粉的高温物理化学性能。试验结果表明:承德地区的4种含铬型钒钛铁矿粉同化性较好，粘结相自身强度和连晶强度高，而液相流动性的不足是造成该类含铬型钒钛烧结矿有效粘结相较少、孔洞较多、强度较低的主要原因;ARICOM公司的含铬型钒钛磁铁矿粉同化性较弱，需选择同化性较好的铁矿粉与其配矿。基于铁矿粉的高温物理化学性能的优化互补，可实现将廉价劣质铁矿粉变“劣”为“优”的目的。 针对含铬型钒钛磁铁矿混合料制粒效果差的问题，采用工艺优化在一定程度上提高了混合料的制粒效果，满足生产的需求。制粒工艺优化后，含铬型钒钛混合料料层透气性改善，烧结指标和烧结矿矿物组成结构改善，尤其是铁酸钙的含量增加，制粒工艺优化为含铬型钒钛混合料发展高料层低温烧结奠定了一定的基础。 对以ARICOM公司的含铬型钒钛磁铁矿制备的烧结矿的固结机理研究表明:其主要依靠大约14％(体积比)的铁酸钙液相固结和大概15％的（体积比）硅酸盐液相固结，另外磁铁矿连晶固结也是一种非常重要的粘结固结方式。与普通烧结矿相比，铁酸钙含量过低以及钙钛矿含量较高，是导致含铬型钒钛烧结矿质量较差的原因。以ARICOM公司的含铬型钒钛磁铁矿制备优质烧结矿需要优化粘结相的种类以及数量，同时要考虑固相固结。 基于优化含铬型钒钛烧结矿产、质量的目的出发，通过烧结杯实验、熔化性试验以及矿相学分析等分别研究了MgO、燃料水平、硼氧化物和碱度在含铬型钒钛烧结矿中的作用及机理并通过综合指数法给予了评价。试验结果表明:最佳的MgO含量是,2.63wt％，燃料水平是4.0wt％，配加5.0Wt％的含硼铁精矿适宜，最佳的烧结矿碱度是2.55。 针对产质量均较好的（超）高碱度含铬型钒钛烧结矿在高炉冶炼中为了维持综合炉料R=1.10，所遇到的酸性球团矿产能不足的问题，开发了新的炉料结构“（超）高碱度烧结矿+酸性球团矿+酸性烧结矿”，并从熔滴性能角度进行了试验研究及考察，结果表明与现有炉料“高碱度含铬型钒钛烧结矿+酸性球团矿”比，在一定程度上存在优势，使得产质量均较好的（超）高碱度含铬型钒钛烧结矿在高炉冶炼中应用成为可能。 从流变学的角度研究了Cr2O3对含钛熔渣高温粘度的影响，结果表明Cr2O3和V2O5含量对熔渣的高温粘度作用都不大，添加Cr2O3对熔渣熔化性温度的影响不如添加V2Os的作用明显;添加Cr2O3和V2O5的熔渣，在降温的过程中会出现一定的剪切稠化的现象，温度发生变化时，剪切稠化现象消失。因此，从该视角看，高炉冶炼含铬型钒钛磁铁矿是可行的。 综上所述，本文对含铬型钒钛磁铁矿在烧结一炼铁流程中的几个关键环节进行了基础性研究，为其在烧结一炼铁流程中的高效利用奠定了技术支持并为现场生产提供了一定的技术参数。目前该研究成果已经在企业实际生产中得到一定程度的应用，效果良好。

目录

声明

摘要

1．1引言

1．2课题来源

1．3课题的目的及意义

1．4课题的研究内容

第2章文献综述

2．1铁矿资源现状及钒钛矿资源分布

2．1．1铁矿石需求及利用现状

2．1．2钒钛磁铁矿资源现状

2．1．3钒钛磁铁矿利用现状

2．2铁矿粉烧结技术概述

2．2．1现代铁矿粉烧结技术理论

2．2．2优化烧结矿产质量的方法

2．3高炉炉料结构的发展概述

2．3．1高炉合理炉料结构的重要意义

2．3．2国外高炉炉料结构的发展及现状

2．3．3国内高炉炉料结构的发展与现状

2．3．4攀钢冶炼钒钛矿炉料结构的发展

2．4含钛高炉渣的研究概述

2．4．1含钛高炉渣的性质

2．4．2含钛高炉渣的矿物组成

2．4．3化学成分对炉渣黏度的影响

2．4．4含钛冶金熔渣非牛顿特性的研究

第3章原料常规特性分析

3．1化学成分

3．2铁矿粉粒度分布测定

3．3颗粒形貌

3．4本章小结

第4章铁矿粉的高温物化特性及其应用

4．1试验原料、设备及原理

4．1．1试验原料及设备

4．1．2微型烧结法简介、原理及试验参数设定

4．2铁矿粉高温物化性能试验研究及分析

4．2．1同化性实验研究及分析

4．2．2液相流动性实验研究及分析

4．2．3粘结相强度实验研究

4．2．4连晶特性实验研究

4．2．5小结

4．3基于铁矿粉高温物化性能的配矿试验研究及其应用

4．3．1基于铁矿粉高温物理化学性能的配矿试验研究

4．3．2 DMF粉在含铬型钒钛混合料烧结中的应用

4．4本章小结

第5章含铬型钒钛铁矿混合料制粒工艺优化

5．1承德含铬型钒钛铁矿混合料制粒工艺优化

5．1．1试验原料及方法

5．1．2制粒效果考察指标

5．1．3结果分析与讨论

5．1．4小结

5．2俄罗斯含铬型钒钛铁矿混合料制粒工艺优化及固结机理

5．2．1试验原料及方法

5．2．2制粒效果考察指标

5．2．3结果分析与讨论

5．2．4小结

5．3两种混合料制粒效果的比较

5．4本章小结

第6章含铬型钒钛烧结矿产、质量优化及矿相学研究

6．1 MgO在含铬型钒钛混合料烧结中的作用及机理

6．1．1试验原料及方法

6．1．2结果分析与讨论

6．1．3本节小结

6．2燃料水平对含铬型钒钛烧结矿产质量及矿物组织的影响

6．2．1试验原料及方法

6．2．2结果分析与讨论

6．2．3本节小结

6．3硼氧化物在含铬型钒钛烧结矿中的作用

6．3．1 B2O3对含铬型钒钛烧结混合料熔化特性的影响

6．3．2含硼铁精矿配加在含铬型钒钛混合料中的试验研究

6．3．3硼氧化物的作用机理

6．3．4本节小结

6．4碱度对含铬型钒钛烧结矿产质量及其矿物组织的影响

6．4．1试验原料及方法

6．4．2结果分析与讨论

6．4．3本节小结

6．5本章小结

第7章高炉冶炼含铬型钒钛磁铁矿炉料结构的研究

7．1含铬型酸性钒钛烧结矿制备

7．1．1试验原料及方法

7．1．2试验结果及分析

7．1．3本节小结

7．2现场球团矿性能检测

7．3炉料熔滴试验

7．3．1试验原料、设备、方案

7．3．2试验结果及分析

7．3．3本节小结

7．4本章小结

第8章Cr2O3对含钛熔渣流变特性的影响

8．1实验原料、设备及方法

8．1．1实验原料

8．1．2含钛熔渣流变性测试设备及实验流程

8．1．3本构方程建立与误差分析

8．2实验结果与分析讨论

8．2．1 Cr2O3对含钛熔渣流变特性及本构方程的影响

8．2．2 V2O5对含钛熔渣流变特性及本构方程的影响

8．3本章小结

第9章结论

参考文献

致谢

攻读博士学位期间的研究成果

作者简介