TiO2对烧结生产和高炉冶炼的影响

王强  冯二莲

乌海市包钢万腾钢铁有限责任公司

摘要本文分析TiO2对烧结利用系数、转鼓强度以及冶金性能的影响，采取提高SiO2/TiO2比值、提高料层厚度和配碳量、配加氧化锰、氧化硼、萤石等措施，改善烧结矿质量和利于高炉稳定顺行。

关键词TiO2烧结矿  质量  转鼓强度  冶金性能     

1 前言

随着钒钛磁铁精矿粉用于烧结，需要了解掌握高钛矿粉对烧结生产的影响，找出烧结矿矿物组成随TiO2含量变化的规律，以及高钛烧结矿对高炉冶炼的影响，为综合利用高钛矿石资源和提高烧结矿质量提供理论依据。

2 钛烧结矿的质量问题

2.1 钛烧结矿利用系数和转鼓强度低

钛磁精粉烧结，利用系数和转鼓强度低源于TiO2对矿物组成和显微结构的影响。钛磁精粉成球性和可烧性差于普通磁精粉，且形成的钙钛矿CaO·TiO2黏结相黏度大，料层阻力大，垂烧速度慢，利用系数低；TiO2极易与CaO反应生成熔点高、硬度大而脆的钙钛矿和钛榴石物质，使混合料熔化温度上升，液相量减少，混合料烧结性能差；渣相熔化温度上升，流动性变差，影响液相扩散与同化；钙钛矿阻碍磁铁矿氧化，使磁铁矿增加赤铁矿减少，且TiO2消耗大量CaO减少游离CaO，降低铁酸钙；钙钛矿结构致密还原性差，减少烧结矿孔隙结构，不利于其它反应的进行以及液相形成和流动，这是TiO2影响利用系数和转鼓强度的主因。某试验研究表明碱度2.45的烧结矿中，铁酸盐液相较多，钙钛矿液相减少；随着TiO2含量升高，转鼓强度和成品率呈降低趋势，TiO2含量低于9%时降低较快，9%～10%时降低幅度趋于平缓。

烧结过程实质是铁矿粉与CaO、SiO2、MgO、Al2O3等组分同化的过程，铁矿粉同化性是低熔点矿物生成液相的基础，同化性好则生成液相能力强，利于增加液相黏结相提高固结强度，同时铁酸钙生成能力强。研究表明钛磁精粉同化性差于普通磁精粉，且生成钙钛矿不利于液相流动；钛磁精粉连晶强度低于普通磁精粉，所以钛磁精粉烧结不利于提高转鼓强度和还原度。

2.2 钛烧结矿还原度差

随着TiO2含量升高，还原度呈降低趋势，TiO2含量超9%时还原度降幅有所减缓。还原度主要取决于矿物组成和显微结构，随着TiO2提高，钛磁铁矿增加，同时高熔点脉石类矿物（如钙钛矿）也增加，易还原的钛赤铁矿和铁酸盐减少。

2.3 钛烧结矿低温还原粉化率RDI-3.15mm高

随着TiO2的增加，RDI-3.15mm指标呈升高趋势，TiO2超9%粉化率升高幅度有所减缓。钛烧结矿RDI-3.15mm高的原因如下

1）钛烧结矿中菱形赤铁矿还原过程中晶型转变体积膨胀碎裂，且固溶TiO2、Al2O3、MgO的多组元固溶体膨胀系数不同，还原时应力大小、方向不同，使烧结矿还原粉化。

2）钙钛矿分散于渣相和铁矿物之间，减弱硅酸盐的黏结作用以及钛赤铁矿和钛磁铁矿的连晶作用。

3）固溶于硅酸盐相（包括玻璃相、钛榴石）中的TiO2、Al2O3显著破坏其断裂韧性，还原过程中受应力作用进一步扩大裂纹，TiO2含量越高这种破坏作用更强。

2.4 钛烧结矿软熔性能变差

随着TiO2的升高，开始软化温度T10和软化终了温度T40有所升高，软化带下移但软化区间变宽；开始熔化温度Ts和开始滴落温度Td上升，熔滴带下移但熔滴区间变宽。软熔带越宽，则上升煤气流阻力越大，越不利于高炉强化冶炼和顺行。

高炉生产中，较高软化温度、较窄软化区间、较高熔滴温度、较窄熔滴区间（软熔带下移且变窄）是相对理想的软熔带状态。

2.5 钛烧结矿炉渣特性

高炉炉渣成分来源于原燃料所带入的脉石成分，冶炼普通烧结矿形成（CaO+MgO）/（SiO2+Al2O3）四元渣系，而冶炼钛烧结矿则为（CaO+MgO）/（SiO2+Al2O3+TiO2）五元渣系，五元渣系炉渣相对于四元渣系最大的特点在于炉渣熔化温度升高，形成泡沫渣，炉渣变稠，炉渣脱硫能力低。

钛烧结矿还原过程易形成泡沫渣且渣液黏稠，渣铁难分离，滴落困难，对高炉冶炼的影响比普通矿明显。

3 改善钛烧结矿质量的措施

3.1 提高烧结矿SiO2/TiO2比值

增加富矿粉比例，提高烧结矿SiO2/TiO2比值，不仅改善混合料原始透气性，而且减小烧结过程阻力，增加液相量，提高成品率；降低MgO、Al2O3、TiO2等高熔点矿物，增加低熔点渣相，降低开始软化和开始熔化温度，开始熔化温度降低幅度更大，软化和熔滴区间变窄，改善烧结矿软化和熔滴性能；降低烧结矿中和滴落渣中TiO2含量，增加硅酸盐黏结相，减少钛的还原和TiC、TiN的生成，降低开始滴落温度，滴落顺畅且间隔时间短。

3.2 提高料层厚度

通过强化制粒提高料层厚度，增加烧结过程氧化性气氛，增加铁酸盐相减少玻璃质，改善还原度和低温还原粉化率。

3.3 提高配碳量

随着TiO2含量的提高，混合料熔点升高，需要较高烧结温度，适当增加配碳量可使燃烧带维持较高温度，利于增加液相量延长矿化时间，提高利用系数和转鼓强度。

    提高配碳量还原度有所降低，但低温还原粉化率改善，虽钙钛矿增加，但矿物晶体发育良好结晶完善，熔融致密层多，更有利于提高转鼓强度。

3.4 配加氧化硼、铁锰矿、萤石

配加0.5%～1%的B2O3则提高烧结利用系数和转鼓强度，硼化物强化烧结机理是B3+半径小，带电荷多，活化能力很强，降低液相熔点和黏度，改善料层透气性，增强氧化性气氛，利于液相中Ca2+向Fe2O3表面扩散，增加低熔点铁酸钙和含硼硅酸盐含量。

烧结过程中，铁锰矿、萤石有助于低熔点矿物的形成，降低液相黏度，提高液相流动性，加快烧结速度和传质传热。

3.5 高炉配加萤石、氧化锰、氧化硼消泡减稠，促进渣铁分离，提高脱硫能力。

配加萤石、氧化锰、氧化硼有助于提高炉料的软化温度，使软熔区间变窄。

萤石中的氟降低渣相熔点，降低开始熔化温度，改善炉渣流动性，抑制TiC、TiN的生成，渣液变稀，渣铁好分离，滴落物增多；萤石可使高炉下部软熔带氧势增加，减少钛的过还原。

高钛渣中有较多TiN和TiO2，TiN熔点高达3140℃，在渣中以固体形式存在，增加渣黏度，加入MnO后减少TiN和TiO2，减小炉渣黏度，改善炉渣流动性，减小料柱最高压差，滴落顺畅，熔滴区间变窄。

氧化硼可减少烧结矿还原软熔后期钙钛矿的生成，降低滴落温度。

4 结语

4.1 随着TiO2含量升高，混合料熔化温度升高，液相流动性变差，液相量减少，烧结利用系数和转鼓强度下降，还原度降低，低温还原粉化率RDI-3.15mm升高。

4.2 随着TiO2含量升高，矿物组成中钛赤铁矿和铁酸钙含量减少，钛磁铁矿和钙钛矿含量增加，矿物形态和结构变差，是烧结矿质量下降的主因。

4.3 高碱度下TiO2对烧结矿产质量仍有较大影响，在碱度2.45下铁酸盐液相较多，钙钛矿液相减少，而碱度超过2.3易形成高熔点（2130℃）硅酸二钙2CaO·SiO2，熔滴区间变宽，渣铁难分离。

4.4 尽量降低烧结矿TiO2含量，采取提高烧结矿SiO2/TiO2比值，提高料层厚度和配碳量，配加氧化硼、铁锰矿、萤石等措施，改善钛烧结矿质量。

4.5 高炉配加氧化锰、萤石、氧化硼改善炉料软熔性能，减小炉渣黏度，改善炉渣流动性，消泡减稠促进渣铁分离，提高脱硫能力。