一种矿焦混装的钒钛磁铁矿高炉冶炼方法

摘要

本发明提供了一种矿焦混装的钒钛磁铁矿高炉冶炼方法，所述方法包括：将粒度范围为8～20mm的小块焦加入到钒钛烧结矿和钒钛球团矿中，均匀混合形成矿石层；再将焦炭和矿石层交替布料入高炉，控制焦比240～340kg/t，焦丁比50-150kg/t，煤比140～160kg/t，鼓风温度为1150～1250℃，富氧率为1.0%～3.0%，铁水温度不超过1450℃，炉渣二元碱度R为1.14～1.18。采用此方法能显著降低高炉冶炼钒钛磁铁矿的焦炭消耗，提高高炉利用系数，并能有效提高炉钒的收得率。

说明书

技术领域

本发明属于炼铁技术领域，具体涉及一种矿焦混装的钒钛磁铁矿高炉冶 炼方法。

背景技术

钒钛磁铁矿是一种以含有铁、钒、钛元素为主，并含有钴、镍、镓、铬、 钪等有用元素的多元共生铁矿。由于其铁、钛紧密共生，绝大部分钒以类质 同象赋存于钛磁铁矿中，故通常称为钒钛磁铁矿。钒钛磁铁矿主要生成于基 性或超基性岩体中，其中含有90多种矿物，主要是钛、铁、铬的氧化物和各 种硅酸盐矿物，还有少量的硫、砷化合物，磷酸盐矿物等。常见的有价矿石 矿物主要为钛磁铁矿和钛铁矿，此外还有少量的磁铁矿、赤铁矿和硫化物等。 钛磁铁矿是一种含有钛铁矿、钛铁晶石、镁铝尖晶石等固溶体分离物的磁铁 矿，经区域变化可结晶为钛铁矿和磁铁矿。钒钛磁铁矿中一般TiO₂品位在 1%～15%，V₂O₅品位在0.1%～2%。

钒钛磁铁矿在世界各地分布较广，储量较大。世界上许多国家，如中国、 南非、俄罗斯、芬兰、挪威、智利等国，都有钒钛磁铁矿分布，世界上已探 明的钒资源的基础储量是1.660×107t，远景储量为6.0×107t。我国钒钛磁铁 矿床分布广泛，储量丰富，储量和开采量居全国铁矿的第三位，已探明储量 98.3亿吨，远景储量达300亿吨以上，主要分布在四川攀枝花地区、河北承 德地区、陕西汉中地区、湖北郧阳、襄阳地区、广东兴宁及山西代县等地区。

我国高炉冶炼钒钛磁铁矿已有几十年的历史，经过无数炼铁工作者的努 力，高炉冶炼钒钛磁铁矿技术有了很大进步，现有技术主要是矿石与焦炭在 高炉内交替层状分布。国内提出过通过矿焦混装提高钒收得率的钒钛磁铁矿 高炉冶炼方法专利，专利号：ZL201110138473.4，方法是将焦炭、烧结矿、 球团矿混合后加入高炉形成矿石层，矿石层和焦炭层层装，烧结矿重量占矿 石总重量的55%～65%，球团矿重量占矿石总重量的35%～45%；本发明与之 最大的不同是采用廉价的小块焦（冶金焦炭生产中的残次品，价格通常比焦 炭便宜约1000元/吨）而非昂贵的焦炭，小块焦为焦丁、碎焦等，其粒度范 围为8～20mm，而且其用量占到了焦炭和小块焦总质量的20%～35%。通常高 炉冶炼中小块焦的比例不超过10%，本发明将大量8-20mm的小块焦与钒钛 烧结矿、球团矿充分混匀，加速了钒钛磁铁矿的还原，进入滴落初铁中的钒 含量明显增加，钒的收得率明显提高。

钒是重要的稀有元素，被称为“现代工业的味精”，全球约85%的钒用 于钢铁、军工、航空、航天、化工等。我国钒钛磁铁矿资源储量丰富，不仅 产出了大量的生铁，还提供了大量的金属钒（占世界金属钒年产量的88%）， 因此钒钛磁铁矿综合利用价值很高。但是钒钛磁铁矿的冶炼难度大，通常高 炉钒钛磁铁矿冶炼中钒的收得率只能达到68～70%，本发明显著改善钒钛磁铁 矿高炉冶炼的透气性和软熔滴落性能，节约焦炭资源、降低生产成本，同时 有效地提高了钒收得率（约能达到80%），减少资源浪费，对于提高我国高炉 冶炼钒钛磁铁矿的技术水平具有重要意义，具有重大的推广应用价值。

发明内容

本项发明的目的就是针对现有高炉冶炼钒钛磁铁矿焦比高、生产成本高、 钒收得率低、高炉冶炼透气性差等问题，发明了一种矿焦混装的钒钛磁铁矿 高炉冶炼方法。

为了实现上述发明目的，本发明所实现的方法具体包括以下步骤：

（1）将粒度范围为8～20mm的小块焦加入到钒钛烧结矿和钒钛球团矿 中，均匀混合形成矿石层；将焦炭和矿石层交替布料入高炉，形成矿石层和 焦炭层的交替层装结构；吨铁小块焦用量为50-150㎏，约占小块焦和焦炭总 质量的20%～35%，这里所说的钒钛烧结矿其低温还原粉化指数RDI_+3.15不小 于65%，全铁含量不低于50%，MgO含量不低于2.0%；钒钛球团矿抗压强 度不低于2000N/个，全铁含量不低于55%，MgO含量不低于2.0%，还原膨 胀率不大于15%，所用焦炭品质不低于国家Ⅱ级冶金焦标准；

（2）矿石层中钒钛烧结矿占含铁炉料总质量的60%～80%，其粒度为 10～20mm，碱度范围为1.9～2.5，钒钛氧化球团占含铁炉料的20%～40%，其 粒度为10～20mm；

（3）小块焦为冶金焦炭生产中的残次品，如焦丁、碎焦，可以是焦丁和 碎焦其中的一种或两种，所用焦炭品质不低于国家Ⅱ级冶金焦标准；

（4）高炉冶炼的主要技术指标为焦比240～340kg/t，焦丁比50-150kg/t， 煤比140～160kg/t，鼓风温度为1150～1250℃，富氧率为1.0%～3.0%；

（5）高炉冶炼时，控制铁水温度不超过1450℃，铁水中[Si]、[Si]+[Ti] 的含量合理范围为0.10%～0.20%，0.30%～0.45%；合理的渣系范围为CaO 34%～38%，SiO₂30%～34%，MgO10%～13%，Al₂O₃13%～17%，TiO₂5%～15%， 炉渣二元碱度R为1.14～1.18。

所述方法中所使用的钒钛烧结矿的低温还原粉化指数RDI_+3.15不小于 65%，全铁含量不低于50%，MgO含量不低于2.0%；所述方法中所使用的钒 钛球团矿的抗压强度不低于2000N/个，全铁含量不低于55%，MgO含量不低 于2.0%，还原膨胀率不大于15%。

所述方法中所使用的小块焦为冶金焦炭生产中的残次品如焦丁、碎焦， 可以是其中的一种或两种，所用焦炭品质不低于国家Ⅱ级冶金焦标准。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点会在描 述中更为清楚，但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何 限制。

实施例1

高炉冶炼所用烧结矿和球团矿的主要化学成分按照质量百分组成如 表1所列，其中烧结矿的碱度为1.84，球团矿和烧结矿的粒度均为 10～12.5m，焦丁的粒度为8～10mm。

表1试验所用烧结矿和球团矿的主要化学成分（质量百分数%）

名称 TFe SiO₂CaO Al₂O₃MgO V₂O₅TiO₂Cr₂O₃FeO 烧结矿 52.53 5.94 10.97 2.05 2.71 0.366 1.63 0.178 7.61 球团矿 58.48 6.18 2.05 1.31 2.08 0.310 2.28 0.140 0.50

在实验室测定高炉综合炉料的软熔滴落性能，在仅使用焦丁20kg/tHM （约占焦丁和焦炭总质量5%），烧结矿占含铁炉料比例为66%，球团矿占含 铁炉料比例为34%时，实验室测定综合炉料软化开始温度T₄为1107.7℃，软 化终了温度T₄₀为1256.8℃，软化区间T₄₀-T₄为149.1℃，压差陡升温度T_S 为1226.0℃，滴落温度T_D为1448.8℃，软熔带区间T_D-T_S为222.8℃，熔滴 性能特征值S为2221954。其中，软熔带区间越小，熔滴性能特征值S越小， 越有利于高炉透气性的改善，有利于钒的还原，有利于高炉顺行操作，节能 降耗。

在炉容为1350m³的高炉进行冶炼时，主要技术指标为：焦炭380kg/tHM， 喷煤140kg/tHM，焦丁比20kg/tHM，鼓风温度1150℃，富氧率为1.2%，入 炉风量3100m³/min，高炉利用系数为2.50t/(m³·d)，控制铁水温度约为 1470℃，铁水中[Si]、[Si]+[Ti]的含量分别为0.30%，0.6%；炉渣主要成分为 CaO35%，SiO₂31.8%，MgO10.2%，Al₂O₃13.8%，TiO₂6.4%，其他成分2.8%， 炉渣二元碱度R为1.10。此操作条件下，铁水中钒的含量约为0.20%，钒 的收得率约为70%。

实施例2

使用实施例1中的烧结矿、球团矿、焦丁，将焦丁的使用比例提高 到80kg/tHM，焦丁约占焦丁和焦炭质量比例的20%，将焦丁与烧结矿、球团 矿混匀装入高炉，进行钒钛磁铁矿高炉冶炼。

烧结矿占含铁炉料比例为66%，球团矿占含铁炉料比例为34%时，实验 室测定综合炉料软化开始温度T₄为1115.8℃，软化终了温度T₄₀为1268.6℃， 软化区间T₄₀-T₄为152.8℃，压差陡升温度T_S为1245.3℃，滴落温度T_D为 1423.1℃，软熔带区间T_D-T_S为177.8℃，熔滴性能特征值S为1643782。

在炉容为1350m³的高炉进行冶炼时，主要技术指标为：焦炭320kg/tHM， 喷煤140kg/tHM，焦丁比80kg/tHM，鼓风温度1170℃，富氧率为1.8%，入 炉风量3200m³/min，高炉利用系数为2.58t/(m³·d)，控制铁水温度约为 1450℃，铁水中[Si]、[Si]+[Ti]的含量分别为0.20%，0.45%；炉渣主要成分为 CaO36.2%，SiO₂31.48%，MgO11.0%，Al₂O₃13.6%，TiO₂6.6%，其他成分 1.12%，炉渣二元碱度R为1.15。此操作条件下，铁水中钒的含量约为0.24%， 钒的收得率约为74%。

实施例3

使用实施例1中的烧结矿、球团矿、焦丁，将焦丁的使用比例提高 到120kg/tHM，焦丁约占焦丁和焦炭质量比例的30%，将焦丁与烧结矿、球 团矿混匀装入高炉，进行钒钛磁铁矿高炉冶炼。

烧结矿占含铁炉料比例为66%，球团矿占含铁炉料比例为34%时，实验 室测定综合炉料软化开始温度T₄为1096.7℃，软化终了温度T₄₀为1259.3℃， 软化区间T₄₀-T₄为162.6℃，压差陡升温度T_S为1254.2℃，滴落温度T_D为 1417.4℃，软熔带区间T_D-T_S为163.2℃，熔滴性能特征值S为1241365。

在炉容为1350m³的高炉进行冶炼时，主要技术指标为：焦炭280kg/tHM， 喷煤140kg/tHM，焦丁比120/tHM，鼓风温度1180℃，富氧率为1.8%，入炉 风量3300m³/min，高炉利用系数为2.65t/(m³·d)，控制铁水温度约为1420℃， 铁水中[Si]、[Si]+[Ti]的含量分别为0.15%，0.35%；炉渣主要成分为CaO37%， SiO₂32.17%，MgO11.2%，Al₂O₃13.4%，TiO₂6.7%，其他成分0.53%，炉渣 二元碱度R为1.15。此操作条件下，铁水中钒的含量约为0.26%，钒的收 得率约为77%。

综上所述，表2给出了不同矿焦混装比条件下综合炉料的软熔滴落 性能对比，表3给出了不同矿焦混装比条件下钒钛磁铁矿高炉冶炼的一 些技术参数对比。从表2和表3中可以看出，随着焦丁混装比例以及焦 丁使用量的增加，综合炉料的软化区间T₄₀-T₄逐渐加宽，熔化开始温度 T_S上升，软熔带区间T_D-T_S逐渐变窄，熔滴性能特征值S逐渐变小。较宽的 软化区间有利于钒钛矿的中铁氧化物和钒氧化物的还原，较高的熔化开 始温度和较窄的软熔带区间有利于高炉透气性的提高（熔滴性能特征值S 减小）。从高炉冶炼的实际效果看，本发明提出的方法核心是提高混装 比例和控制铁水炉渣温度成分相结合，显著降低了高炉冶炼钒钛磁铁矿 的焦炭消耗，提高了高炉利用系数，并显著提高炉钒的收得率。因此， 本发明具有重大的应用价值和广阔的应用前景。

表2不同矿焦比条件下综合炉料软熔滴落性能对比

表3不同矿焦比操作条件下高炉冶炼钒钛磁铁矿的主要指标对比