钒钛铁精矿球团制备及其应用概述

2018-03-14   作者：佚名   网友评论 0 条

 

　　竖炉由于其投资成本低，能耗高，生产效率低，可适用于中小高炉。带式焙烧机受燃料限制，具有区域性生产，且产品质量一般，适用于中型高炉。链箅机-回转窑球工艺由于其具有低能耗，原料适应性强，燃料适应性范围广，产能大，产品质量优，对环境友好等特征，综合考虑它将是以后球团制备工艺的主流，需要大力发展。回转窑在氧化焙烧过程中，温度升高，小颗粒易形成软熔物，球团矿液相增加，加上大量粉末易吸附到液相和大颗粒上形成结圈，结圈将严重影响球团矿质量与产量，增加设备作业负旦。目前，解决结圈问题关键在于优化预热制度、焙烧制度，合理配料等环节[10-11]，只有解决好其易结圈等问题，才能更好服务于高炉。

　　在钒钛铁精矿酸性氧化球团制备过程中，合理的工艺参数主要影响其成球性能与冶金性能两方面，工艺参数的选择主要从原料配料与焙烧曲线两方面考虑。焙烧曲线的研究多数是大同小异，就不必叙述，特别是原料组份不同，其球团制备工艺参数也不一样，原料组份参数主要包括了矿物组成、添加剂和粘结剂等，我国学者利用不同原料配料对酸性氧化球团制备进行了研究。李乃尧[12]等对钒钛铁精矿添加不同质量分数的MgO，得出当MgO含量从1.25%升至2.34%，抗压强度略有下降，体膨胀率下降13.17%，熔融温度区间下降40%，提高了其溶滴性能。吕亚男[13]等发现向钒钛铁精矿加入1.26%氧化镁和9%氧化铝时，对其熔融产物影响显著，在1500℃下还原10min，可得含96.9%的铁和0.52%的钒的生铁，及含66.13%的TiO2的渣。冯根生[14]等利用钒钛磁铁矿制备超高含钛氧化球团中发现，应尽量使用钙基膨润土粘结剂，当用低钛矿与高钛矿配比为4：6作原料，加入1.67%焦粉和3%膨润土制备出TiO2含量大于25%时，平均抗压强度达到2125N/个，可用于中小高炉。张永康[15]利用高压辊磨提高物料比表面积为331cm2/g，-0.074mm含量提高12.3%，优化球团粒径，整个焙烧工序节能10.22kgce/t，成球率提高。唐珏[16]等在添加高铬型钒钛矿配量对氧化球团性能影响中发现，在原料中配加40%高铬型钒钛矿时，其氧化球团抗压强度2475N/个，体膨胀率为19.2%，满足高炉生产要求，对高铬型钒钛矿综合利用提供了依据。陈世强[17]等通过向酸性氧化球团添加硼镁复合添加剂，还原体膨胀率下降了7%，还原性得到提高，对氧化球团焙烧温度大幅降低，抗压强度大幅提升。

　　不同的原料配比对后续酸性氧化球团制备工艺参数影响极大，利用钒钛铁精矿制备酸性氧化球团还需解决几个关键问题，一是节能降耗，在保证球团达到进入高炉要求情况下，从多角度去考虑球团的氧化焙烧工艺，如配料、温度曲线等，这样企业才更有市场综合竞争力。二是尽量选择经济可行的添加剂、粘结剂，尽量提高TFe品位。三是严控酸性氧化球团还原时体膨胀率升高，其直接影响高炉炉况顺畅，一旦体膨胀率高于20%时，将带来灾难性后果。在酸性氧化球团制备过程中，不仅要考虑球团性能，还要综合衡量其经济可行性、环保等问题。

　　2.2  钒钛铁精矿内配碳球团的制备

　　内配碳球团的制备需要经过配料、造湿球等过程，具体制备流程见图2。

         图2  内配碳球团制备流程

　　制备内配碳球团的关键技术是球团成型工艺，其主要采用压力成型的方式成球[18]，该球团具有低温强度高，还原性好，原料适应性强等特点，能满足固定床上使用。

　　在钒钛铁精矿内配碳球团压力成型工艺中发现，影响球团质量的工艺参数包括矿物粒度、配碳比、水分、压力、粘结剂种类等，金属化率也是衡量球团冶金性能的重要指标，其中金属化球团的抗压强度主要与金属铁相和球团内孔隙的大小有关[19]，而金属铁相和球团内孔隙的决定影响因素是原料配料。李俊翰[20]等对钒钛铁精矿内配碳球团的强度性能进行研究，得出强度性能优化参数为: 铁精矿粒度-74μm 粒级占70%、配入0.5%粘结剂、压强10MPa、水分含量8%。此条件下抗压强度为78.74N/个，下落次数为31.6 次/个。周兰花[21]等配入一定比例的Na2CO3进行还原研究，发现对碳气化反应有促进催化作用,在还原温度1260℃、还原时间30min的条件下，还原度达到94.56%，得到金属化率91.67%。朱德庆[22]等向内配碳球团加入不同添加剂，添加剂Na2SO4、 Na2CO3 、DA-2、DA-1均为分析纯化学试剂，添加剂对球团还原性影响显著，依次为DA-2> DA-1> Na2SO4> Na2CO3>无添加剂，其球团金属化率与TiO2、V2O5的回收率都得到大幅提高。曹明明[23]等分别向钒钛铁精矿内配碳球团加入膨润土、糖浆及玉米面3种粘结剂，发现膨润土用量过多，大幅度影响铁品位、糖浆作粘结剂时脱模困难，且球团质量难以达到工艺要求，玉米面作粘结剂时各方面都能达到工艺要求，所制备的湿球团抗压强度为55.1N/个，落下次数为4.8次/个。侯静[24]等发现水分因素对钒钛铁精矿内配碳球团爆裂性影响最大，大于7%时生球爆裂温度迅速降低，以成型压力为8MPa、5%的水分、配入0.6%的膨润土、原料粒度更多在80～120目之间的条件下，生球爆裂温度可达到900℃以上。

　　攀西地区钒钛铁精矿内配碳球团制备工艺参数还需从以下几方面综合考虑，一是提高球团强度性能，满足后序煤基直接还原需求。二是提高球团冶金性能，包括球团矿的还原性、低温还原粉化率、还原体膨胀率及软熔性能几个方面，目前，国内对于这方面研究较欠缺。三是提高铁、钛、钒的综合回收率，内配碳球团在加入粘结剂、添加剂时尽量不要带入杂质，影响炉渣TiO2的品位。

　　综上，酸性氧化球团用于高温还原，内配碳球团用于低温还原。它们的制备方式不同，其各方面性能也不一样，具体见表2。

 

　　内配碳球团可以使用有机结结剂，带入杂质较少，其冶金性能好、能耗低、对设备影响小、可连续作业、有利于铁、钒、钛的综合回收利用，由于其自然堆角小，便于布料。酸性氧化球团冶炼时低温与高温强度都很高，高温还原性好，但高炉渣中的TiO2难以回收利用，还原过程难于控制，对设备影响大。

　　3  钒钛铁精矿球团应用

　　钒钛铁精矿球团根据其后续冶炼工艺不同，就决定了其各自的应用领域，钒钛铁精矿酸性氧化球团主要应用于高炉冶炼、高炉的护炉料、气基竖炉还原，而钒钛铁精矿内配碳球团主要应用于煤基直接还原。

　　3.1 钒钛铁精矿酸性氧化球团的用途

　　（1）作为高炉冶炼的铁原料

　　高炉冶炼的炉料结构基本上都是高碱度烧结矿配加一定比例的酸性氧化球团矿，酸性球团矿配比在20%～30%，由于钒钛铁精矿在高炉冶炼的特殊性，钒钛铁精矿更适用于生产球团矿，其制备酸性氧化球团是高炉冶炼中最佳利用途径[25]。酸性氧化球团具有低温还原粉化率低，中温还原性良好，体膨胀率低，一般情况下体膨胀率都在10%以内，高温冶金性能良好，软化温度高，高炉配加酸性氧化球团矿后不会改变炉料软化区间位置低的优势，而且可以改善软化区间的透气性。同时，酸性氧化球团矿减少了粉尘污染，提高了TFe品位，降低了杂质，从而节约能耗，氧化焙烧易脱硫。

　　（2）用于高炉的护炉料

　　酸性氧化球团还作为高炉的护炉料，我国许多钢企出现了高炉炉缸烧出的恶性事故，炉缸的长寿与安全得到冶金工作者的高度重视，维护高炉长寿的决定因素主要是高炉操作与加钛护炉料[26]，而酸性氧化球团TiO2品位约12%,能满足护炉料的需求，护炉料是在炉缸内形成高熔点含钛化合物沉积层（TiC、TiN），防止渣铁进一步侵蚀炉缸、炉底与耐火材料[27]。酸性氧化球团主要由Fe2O3和铁板钛矿（Fe2TiO5）组成[28]，在还原气氛下，随着炉内温度不断升高，复杂Ti的化合物转化为含TiO2的炉渣，TiO2被逐步还原生成Ti，最后与C、N结合生成TiC、TiN,大部分溶于铁水，当含钛量高于铁水的饱和溶解度时，TiC、TiN以固体结晶被析出沉积在炉墙上，当沉积量达到一定厚度时，就能达到护炉的效果，沉积得越多，护炉效果就越好。

　　（3）用于气基竖炉还原原料

……