HIsmelt工艺冶炼钒钛磁铁矿工业试验

2021-10-21 作者：佚名网友评论 0 条

为了验证HIsmelt工艺100%冶炼钒钛磁铁矿的可行性，在墨龙HIsmelt工厂开展了首承钒钛矿冶炼工业试验。

曹朝真^1,2,张函冠³,王金霞⁴,张笑然³,

陈庆恒³,王林顺⁴,李成峰³,张冠琪⁴

1.北京首钢国际工程技术有限公司2.北京市冶金三维仿真设计工程技术研究中心

3. 承德信通首承科技有限责任公司4. 山东墨龙石油机械股份有限公司

钒钛磁铁矿是一种典型的多金属伴生矿，具有极高的综合利用价值，但由于其贫、细、散、杂的特殊性，给其冶炼带来了一定困难，目前，对于钒钛磁铁矿的冶炼主要以高炉流程为主。在高炉冶炼钒钛矿生产过程中，在高炉内的高还原势和高温条件下，钛的氧化物会被部分还原并生成高熔点的TiN和TiC,这些高熔点的物质会引起炉渣变稠，严重时造成出渣和渣铁分离困难；此外，由于还原反应生成更多气体以及钒钛渣的发泡特性，造成高炉冶炼钒钛矿易出现泡沫渣，使高炉下部透气性恶化，从而影响正常生产[1-3]。

与高炉工艺不同，HIsmelt工艺炉内没有固体料柱，同时由于采用较高的二次燃烧率，使得SRV炉内熔渣的氧势与高炉相比显著提高，这一根本性的技术特征使得HIsmelt工艺在冶炼钒钛矿时，渣中的TiO2不会被过度还原形成高熔点物质，从而使得炉渣能够保持较好的流动性，有利于冶炼过程的稳定进行。国内首座年产80万吨铁水的墨龙HIsmelt工厂已于2016年建成投产[4]，通过4年多的工业生产实践和工艺改进，各项技术经济指标和运行稳定性显著提高[5]，为开展HIsmelt工业试验奠定了基础。以首承钒钛矿为原料，在墨龙HIsmelt熔融还原炉上进行了首次100%钒钛磁铁矿冶炼工业试验，研究了SRV炉冶炼钒钛磁铁矿适宜的工艺参数和冶炼规律，为HIsmelt工艺冶炼钒钛矿进行了工业化探索。

1试验原料

本次试验以首承钒钛磁铁矿氧化球团为原料，经破碎后获得6mm以下粉料，用作SRV炉喷吹含铁原料，含铁粉料的粒度原则应满足-0.1mm<10%和+4mm<10%。试验配矿用铁矿粉采用PB粉，喷吹煤和熔剂均采用墨龙现场原料。首承钒钛磁铁矿和PB粉主要化学成分见表1。

由表1可以看到，首承钒钛球粉TiO2含量相对较低为2.33%，属于低钛型钒钛磁铁矿，S和P含量较低，Cr含量偏高。

2试验方法

试验分阶段进行，钒钛磁铁矿的初始配入量为40%，炉内物料置换完全后，按照60%、80%、100%依次增加钒钛矿配比。试验初始阶段，炉渣二元碱度控制在1.1-1.25，Mg/Al=0.5-0.6，试验过程中，根据渣铁成份、泡沫渣、炉内燃烧、炉体热负荷、煤气成份及温度波动等情况，判断是否进入下一阶段。试验期间取渣样、铁样和煤气灰样进行快速分析，并做好记录。试验选取临近日期且SRV炉平稳运行的生产数据作为基准期数据。

3试验结果及分析

3.1试验过程及结果

本次试验过程共分为四个阶段，具体过程见表2。

1-1阶段试验从3月2日8:00开始至3月3日8:00结束，冶炼过程中，固定钒钛矿配比为40%，喷煤量为69.5t/h，R2=1.2，渣中MgO=9-10%，热风量为15万Nm3/h，初始喷矿量为130t/h，通过调节喷矿量来调节炉况。试验过程中，炉况整体情况稳定，冶炼正常。渣中FeO%偏高约为10%，渣中TiO2%最高达到3.8%，渣中V2O5%最高为0.38%；试验过程中为维持合理的二次燃烧率，喷矿量由130t/h逐步降低至115t/h，受喷矿量减少影响，炉渣温度稳步由1410℃升高至1440℃，煤气热值有所升高。铁水温度基本控制在1380-1400℃，铁水C%由4.0%左右升至4.1%；出渣情况良好，渣量大，流动性好。

2-1阶段试验从3月3日8:00开始至3月3日21:00结束，在1-1阶段试验的基础上，钒钛矿配比提高至60%，其他条件不变。试验过程中，根据炉内情况喷矿量迅速由130t/h降为115t/h，渣中FeO%维持在10%左右，渣中TiO2%最高至5.55%，渣中V2O5%升高至0.45%，炉渣温度进一步由1440℃升高至1460℃，铁水温度有所降低，控制在1370-1380℃，铁水C%由4.1%最高升至4.18%；铁水中Cr%、V%逐步升高，60%钒钛矿物料入炉3小时开始，炉渣出现泡沫渣迹象。

2-2阶段试验从3月5日6:00开始至3月5日18:00结束，鉴于2-1阶段试验后期出现泡沫渣现象，在恢复炉况后，重新开始钒钛矿配比60%试验，初始喷矿量为130t/h，其他条件不变。本阶段试验过程与2-1阶段情况相似，渣中FeO前期逐步升高，降矿后，明显降低至8.6%，渣中TiO2%最高至5.57%，渣中V2O5%升高至0.4%，钒钛矿入炉一段时间后，煤气热值逐步提升，二次燃烧率开始逐步降低，为维持合理炉况，喷矿量由130t/h逐步降低至115t/h，试验过程中，渣量大，并始终具有较好的流动性，出现较明显泡沫渣。

3-1阶段试验从3月8日6:00开始至3月9日11:00结束，为了降低泡沫渣的影响，本阶段试验初始喷矿量固定为100t/h，钒钛矿配比固定为100%，同时喷煤量和热风量均相应下调。100%钒钛矿物料入炉后，渣中FeO%逐步升至10.2%，后降低至7-8%并保持平稳，提高喷矿量后有所提高，渣中TiO2%最高至7.75%，渣中V2O5%升高至0.55%，Ti和V在渣和铁水间的分配系数分别为492和5.3；出渣过程基本正常，未出现明显泡沫渣，逐步提高喷矿量至115t/h后，炉况波动有所加剧，有少量泡沫渣，但在可控范围内。

3.2试验结果分析

3.2.1炉渣FeO含量升高原因分析

本次工业试验结果表明，全钒钛矿冶炼时渣中FeO含量约为7-9%，与普通矿冶炼相比约升高2-3个百分点。由于试验过程中使用的喷吹煤及其它原料与冶炼普通矿时相同，而且试验时吨铁喷煤量较普通矿冶炼时有所提高，因此造成渣中FeO含量升高的原因应与钒钛矿本身的特性有关。

对两种矿粉的粒度分布进行了对比。由图1可以看出，钒钛矿粉呈深灰色，半球颗粒中掺杂部分细粉，与PB粉相比，目测其大颗粒和超细粉占比偏多。为此对上述两种矿粉的粒度进行炉检测，结果见图2。

Fig. 2 Comparison of particle size distribution between V-Ti magnetite and PB concentrate

由图2可以看出，粒径≥0.85mm的矿粉颗粒占比中，钒钛矿粉要明显高于PB粉，而粒径在0.85mm以下的矿粉颗粒占比则相反，可见，整体上钒钛矿粉的平均粒径要大于PB粉。矿粉粒度增大会延长矿粉在炉内的还原时间，导致渣中FeO含量有所升高。除此之外，矿粉的还原性差异也会对渣中FeO含量带来显著影响。

Fig. 3 Comparison of reduction rate between V-Ti magnetite and PB concentrate

图3为钒钛矿粉和PB粉煤粉还原实验结果对比图。从实验结果可知，在900℃以下，钒钛矿粉的还原速率略高于PB粉，二者差别不大；随着反应温度的升高，钒钛矿粉的还原速度呈缓慢降低的趋势，在900℃至1200℃区间内，还原速率基本保持不变，PB粉的还原速率在1000℃以上迅速升高，且远大于钒钛矿粉。对比认为，钒钛矿粉还原性差是造成渣中FeO含量的主要原因之一。

3.2.2炉渣特性分析

表4为全钒钛矿冶炼时水渣的主要化学成份，渣中TiO2含量为7.08，属于低钛渣。

图4为全钒钛矿冶炼时SRV炉干渣的XRD图谱，从图中可以看出，炉渣干渣物相成份主要以Ca2(Mg0.75Al0.25)(Si1.75Al0.25O7)、MgAl2O4、CaTiO3、Fe3O4等为主，其中TiO2主要以钙钛矿形式存在。传统的高炉水渣是重要的矿渣水泥原料，渣中TiO2含量增加会对炉渣活性带来不利影响，为了检测全钒钛矿冶炼时，含钛水渣的活性，对不同含钛水渣配比的水泥活性进行了检测。从表5检测结果可以看出，随着水渣配比升高，水泥7天活性指数显著降低，水渣配比为50%时，水泥7天活性指数为47，按照不同标号水泥对活性指数的要求，含钛SRV水渣在实际使用时其配加量相较于普通高炉渣会有所降低。

3.2.3钒、钛在渣铁间分配规律