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1、钒钛磁铁矿高炉冶炼的强化马家源 孙希文 盛世雄摘 要：以高钛型钒钛磁铁矿为主要原料的攀钢高炉，在解决了泡沫渣、 粘渣、铁水粘罐、铁损高、脱硫能力低等重要技术难题后，通过优化高 炉操作与炉料结构，开发一系列强化冶炼的新技术，取得了大型高炉在 采用难冶炼的特殊矿、入炉品位低的情况下达到高利用系数的经验，获 得了巨大的经济效益，并建立了高炉冶炼钒钛磁铁矿的系统理论。 关键词：钒钛磁铁矿 高炉 强化冶炼INTENSIFIED SMELTING OF VANADIUM AND TITANIUMMAGNETITE IN BLASTFURNACEMA JiayuanSUN XiwenSHENG Shixio
2、ng(Panzhihua Iron and Steel (Group)Co.)ABSTRACT：Having been solved several critical problems,such as slag foaming,viscous slag,hot metal pit adhesion,high metal loss and low desulphurization rate,Pangang has developed a new package of operation intensification technology by optimization of blast fur
3、nace operation and burden structures with good economic results.A systematical theory of vanadium and titanium magnetite smelting in blast furnace has been established.KEY WORDS：vanadium titanium magnetite,blast furnace,intensifiedsme lti ng1 概述用普通大型高炉冶炼钒钛磁铁矿，尤其是冶炼时炉渣中TiO222 %的 高钛型钒钛磁铁矿，过去国内外都认为是不可能
4、的。由于技术上的原因， 用常规方法冶炼将会出现炉渣粘稠，渣铁不分，炉缸堆积等现象，使正 常生产难以进展。我国#地区蕴藏着丰富的钒钛磁铁矿，是我国三大铁矿之一。与铁 矿共生的钒、钛资源在全国和世界都占有重要地位。经过60年代中期的大规模工业性科学试验，解决了根本工艺问题， 首创了高炉冶炼钒钛矿技术，为#资源的开发利用奠定了根底。并因此 曾获国家发明奖。但由于一些重要的技术难题未能解决，如泡沫渣、铁 水粘罐、铁损高以与品位低、渣量大等问题长期困扰生产，冶炼工艺与 操作技术也尚不完全成熟，使攀钢高炉指标低下。自1970年投产后，历 经10年，高炉利用系数才达到不高的设计指标(1.40 t/mzd),
5、此后长期徘徊在1.51.6 t/(m3.d)的较低水平，且消耗高，焦比在620 kg/t以 上，经济效益差，连年亏损。进入90年代中期，攀钢以钒钛磁铁矿高炉强化冶炼为中心，开展了 系统的科技攻关，进展了系列的科学试验和理论研究，成功地开发了钒 钛磁铁矿高炉强化冶炼的新技术，取得重大的突破性进展。使各项指标 大幅度提高，在入炉品位低的原料条件下，高炉利用系数达到国内外先进水平，自1998年下半年以来，利用系数（未经折算的实际值）一直保持在2.0 t/（皿兄）以上，1999年一季度平均利用系数为2.143 t/（ma.d）， 入炉焦比降到484 kg/t，吨铁喷煤9& 54 kg，取得巨大经济效益
6、（表1）。2 主要技术难题的突破泡沫渣、铁水粘罐、粘渣、铁损高、脱硫能力低是钒钛矿高炉冶炼 试验中的重要技术难题，也是攀钢高炉投产后长期困扰生产的主要问题。 2.1 泡沫渣问题冶炼钒钛矿的高炉渣流入渣罐后，产生大量气体，使炉渣成泡沫状 沸腾上涨，溢出罐外。而涨落之后，罐内只有小半罐渣，渣罐容积不能 充分利用，而高炉那么因出不净渣铁，导致炉内压差升高，被迫减风， 无法提高冶炼强度。通过理论研究1和生产试验，弄清了泡沫渣形成机理并找到了消除 措施。表1攀钢炼铁厂19901998年度主要技术经济指标Table 1 Main technical-economic index from 1990 to
7、1998 forIronmaking Plant of Pangang年份总产量/t利用系数/t-m-3.d-i折算利用系数/t .m-3.d-i入炉焦 比/ t-m-3.d-i冶炼强 度/ t-m-3.d-i入炉矿石品位/%煤比/kg. t-i19902 2761.4061.5556520.9545.583.8016419912 6909371.5291.6716150.9745.367.0119922 8024181.5471.6946221.0145.5410.0119932 9171011.6151.7706151.0245.4110.8119942 8751421.6551.8156
8、081.0445.4014.1519953 0636381.6961.8626001.0445.4717.0519963 2777221.8091.9875851.0845.7927.6519973 3449371.9292.1125531.0846.0355.8419983 5604181.9722.1675241.0646.5774.941999（ 一季度）872 5322.1432.3474931.05547.039&54从热力学分析，渣中TiO2被TiC以与饱和碳和非晶态碳复原，产生 大量CO气体，是导致沸腾现象的原因(图1)。图1有关TiC反响的匸I与t的关系Fig.1 Rela t
9、ion bet ween Gcziand trelated to TiC reactionTiC+5(Ti0J = 3(TiQ)+C0f2232TiC+5(FeO) = (Ti0)+5Fe+2COf232(TiO2)+C=(Ti2O3)+COf(FeO)+C=Fe+COf从动力学分析，当渣中产生的CO气泡的生成速率和气泡的稳定性达 到一定程度时，泡沫渣就产生沸腾现象。vt15.56u-03016CTi(C,N)R 457+0.092u式中vt气泡产生速度；cTi（C,N）Ti（C,N ）在渣中的浓度；u参数，取值18 ； G形核的活化能； Gf气、渣二相体积自由能变化； G复原成CO的化学反响
10、自由能变化。h根据对主要参数的分析，可得出泡沫渣形成的区间（图2）。到一图2泡沫渣形成的条件（全钒钛高钛渣）Fig.2 Formation condition of slag foaming通过调整炉渣成分，控制渣中TiO2在23%24 %，改变了钛渣结构， 使渣中TiO2活度降低，并提高炉内高温区的氧势，从而抑制了 TiO2的过 复原，有效地消除了泡沫渣沸腾现象。2.2铁水粘罐问题铁水粘罐是钒钛矿冶炼的特有现象。普通矿冶炼时铁水罐虽然也有 粘结的情况，但其粘结物的熔化温度低于出铁温度，下次出铁时可被熔 化，罐衬越刷越薄，一般可用300400次。而钒钛铁水的粘罐物中那么 因含有V、Ti的氧化物
11、，熔点很高，高于出铁温度，在下次出铁时不能 被熔化，越结越厚，铁水罐只能用几十次。严重影响了高炉正常生产。在研究弄清了粘罐的机理后，发明了吹氧化罐和氧燃枪化罐技术熔 化粘罐物，又采取冷扣罐、喷涂和使用腊石砖砌罐帽，炉前采用焖砂口 操作杜绝高炉渣过渣进罐，铁水罐加蛭石保温等措施，彻度解决了铁水 粘罐问题。2.3消除粘渣和降低铁损随着高炉内复原过程的进展 炉渣中一局部TiO2被复原生成钛的碳、 氮化合物的熔点为3 140 C90 C TiN熔点为2 950 C50 C， 远高于炉内最高温度，它们通常以几微米但具有极大比外表积的固相质 点弥散在炉渣中和包裹在铁珠周围，使铁珠难以聚合，渣中带铁增多，
12、粘度增大数十倍，造成粘渣和高铁损。由于形成“高温亲液胶体和“类 网状结构，其粘度已不能用牛顿力学计算。实验说明，在1480 C变稠的炉渣粘度 =2.817ei05.34伞，其中 卩为渣中Ti（C，N）体积分数 浓度（0W 0W1）。高炉采用低硅、钛操作，控制炉热水平，以抑制TiO2过复原。又采 用特殊措施，使变稠的炉渣消稠，并活跃炉缸。强化炉前操作，缩短渣 铁在炉内停留时间以与采用合理炉料结构，控制TiO2在适宜X围，从而 有效地消除了粘渣，降低了铁损。2.4 钛渣脱硫能力的改善由于TiO2在炉渣中呈弱酸性，所以高钛渣的脱硫能力远低于普通高炉渣，L仅为5-s4，而一般炉渣L为2030。s实验室
13、研究说明，钛渣的碱度R可表达为五元碱度可表达为系数 a=0.7，B=0.15，Y=0.6。通过科技攻关，采取优选适宜的炉温、炉渣碱度，并在冶炼操作中 减少其标准偏差；改善钛渣性能，增加流动性；强化冶炼，活跃炉缸以 与改善入炉原燃料质量，提高风温，降低硫负荷，从而改善了钛渣脱硫 能力，显著地提高了生铁质量，使铁水平均含硫由0.075 %降至0.054 %。3优化炉料结构，提高钒钛烧结矿的强度为改善原料质量，将烧结矿碱度由1.2提高到1.75，避开了钒钛烧 结矿低强度区间，减少了粉末，又使高炉配料中不再加石灰石，促使焦 比降低。为了实施精料方针，改变大渣量对强化冶炼造成的困难，近年来， 将提高入炉
14、矿石品位作为优化炉料结构的重点之一。通过适度提高钒钛 铁精矿品位，增加烧结中富矿粉用量以与提高熔剂的有效CaO等措施， 使入炉矿石品位由1995年的45.47 %提高至1998年的46.57 %，1999 年1季度又提高至47.01 %。不仅入炉铁量增加，而且由于渣量减少， 改善了炉内压差分布，降低了铁损和焦比，使攀钢高炉获得了提高1 % 品位，增加产量3 %以上的效益。高钛型钒钛磁铁精矿的特点是TiO2、Al2O3高，SiO2低，成球性差， 液相量少，是一种特别难烧的矿石。针对上述特点，成功地开发了一系 列技术措施，如高负压厚料层操作、配加生石灰和钢渣、富氧点火、添 加复合粘结剂、采用ISF
15、偏析布料技术、燃料二次分加、烧结矿喷洒卤 化物等，使钒钛烧结矿的冷、热强度明显提高，质量改善，产量增加。4 高炉操作的优化与冶炼的强化在解决了钒钛矿冶炼的技术难题、生产步入正常的根底上，围绕高 炉冶炼，不断优化工艺操作参数和操作制度，创造了一套完善的工艺技 术。包括钒钛矿冶炼合理的热制度与造渣制度2，上部调剂的高压操作、 无钟炉顶的多环布料与中心加焦技术，中部调剂控制适宜的热流强度， 下部调剂以120150 kJ/s的高鼓风动能以与防止钛渣变稠的特有措施 来达到活跃炉缸，强化冶炼的目的。喷吹煤粉对于冶炼高钛型钒钛矿的攀钢高炉，长期以来一直是技术 领域里的一个禁区。1967年在首钢老2号高炉进展钒钛矿冶炼模拟试验 时，曾两次试喷煤粉均告失败。由于一局部未完全燃烧的煤粉进入炉缸， 与高温熔渣接触，形成渣焦反响，碳与TiO2作用的结果，生成高熔点的 钛的碳氮化合
