不同类型含钛高炉渣主要冶金性能及物相

冯聪，储满生，唐珏，汤雅婷，柳政根



不同类型含钛高炉渣主要冶金性能及物相

冯聪，储满生，唐珏，汤雅婷，柳政根

(东北大学 冶金学院，辽宁 沈阳，110819)

根据渣中TiO2及Al2O3质量分数不同对高炉渣进行划分，以钒钛磁铁矿现场高炉渣为基准，采用纯化学试剂配制渣样，在中性气氛下对比研究低、中、高钛型钒钛矿高炉渣及低、中、高铝型钒钛矿高炉渣主要冶金性能。同时，运用XRD物相分析及Factsage 6.4热力学软件对各渣系主要组成物相及其变化进行分析。研究结果表明：低、中、高钛渣熔化性温度逐渐增大，初始黏度和高温黏度降低，渣系热稳定性和化学稳定性先变好后变差，渣中黄长石相骤减，辉石、钙钛矿相数量增多。低、中、高铝渣熔化性温度、初始黏度和高温黏度升高，渣系热稳定性和化学稳定性变差，渣中镁铝尖晶石等高熔点物相数量增多。

含钛高炉渣；TiO2；Al2O3；冶金性能；物相

钒钛磁铁矿是一种以铁、钒、钛元素为主，并伴有其他有价金属的多元共生铁矿，具有较高综合利用价值[1−2]。目前，钒钛磁铁矿主要以高炉流程冶炼利用，其炉渣主要组元为CaO，SiO2，MgO，Al2O3及TiO2[3−4]。由于地域矿物形态多变及实际高炉生产过程不同配矿需求，各钢铁企业钒钛磁铁矿高炉冶炼渣系成分的质量分数有所不同，性质也有所差异。通常，根据渣中TiO2质量分数不同，将钒钛磁铁矿高炉渣分为低钛渣((TiO2)＜10%)、中钛渣((TiO2)=10%~20%)及高钛渣((TiO2)＞20%)[5]。而根据Al2O3质量分数不同，又可将其分为低铝渣((Al2O3)<14%)、中铝渣((Al2O3)=14%~16%)及高铝渣((Al2O3)>16%)[6]。渣中主要成分的质量分数不同，使各高炉冶炼渣系冶金性能存在较为显著的区别。基于此，本文作者以钒钛磁铁矿现场高炉渣为基准，采用纯化学试剂配制渣样，通过考察相应渣系熔化性温度、黏度、稳定性及物相组成等，在中性气氛下设计并对低、中、高钛型钒钛矿高炉渣及低、中、高铝型钒钛矿高炉渣进行对比研究，以期为实际高炉炼铁生产提供一定的理论指导。

1 实验原料与方法

本文以国内某钢铁企业钒钛磁铁矿现场高炉渣为基准，采用纯化学试剂配制渣样，在中性气氛下对比研究了低、中、高钛型高炉渣及低、中、高铝型高炉渣主要冶金性能及物相组成。现场高炉渣化学成分(质量分数)为：CaO，35.06%；SiO2，32.74%；MgO，11.32%；Al2O3，13.84%；TiO2，6.93%；V2O5，0.11%。实验具体配料方案如表1所示。

表1 实验渣样配制方案

为提高实验准确性，将焙烧干燥处理后的纯化学试剂按一定比例混匀置于内衬钼片的石墨坩埚，在氩气气氛下于高温电阻炉内1 500 ℃条件下熔化，形成均相渣，冷却研细供实验使用。实验运用RTW−10熔体物性测定仪测试渣样黏度，炉渣黏度测量采用钼质测头。使用石墨坩埚(内径×高度为40 mm×70 mm；外径×高度为50 mm×80 mm)盛渣，渣质量为140 g。为避免炉渣渗碳及喷溅，石墨坩埚内衬有钼片，其上放置和坩埚外径尺寸相同的石墨套筒(内径×长度为40 mm×250 mm；外径×长度为50 mm×250 mm)。实验过程采用氩气为保护气，流量为1.5 L/min。当炉渣温度达到1 500 ℃，恒温30 min，而后降温测黏度，降温速度为−3 ℃/min，得到渣系黏度−温度(−)曲线，将−曲线与横坐标成135°的斜线相切点的温度定义为渣系熔化性温度m，渣系m对应黏度为炉渣初始黏度0，渣系1 500 ℃对应黏度为炉渣高温黏度h[7]。

2 实验结果及分析

2.1 低、中、高钛型钒钛矿高炉渣对比研究

2.1.1 熔化性温度及黏度

低、中、高钛型钒钛矿高炉渣−曲线及m，0和h变化规律如图1所示。由图1可知：各渣系−曲线具有明显的拐点，炉渣呈“短渣”特性[7]。随渣中TiO2质量分数增加，各类型钒钛矿高炉渣m升高，增长较大，而0和h降低。根据熔渣离子理论，Ti4+半径比Ca2+，Si4+，Mg2+及Al3+半径大，一定程度上可降低渣中黏滞单元硅氧复合阴离子SiO−的聚合程度，分解其网状结构[8]。因而，炉渣含有一定范围的TiO2能降低炉渣黏度。但TiO2质量分数增加时，渣中钙钛矿(CaTiO3，熔点为1 970 ℃)等高熔点物质急剧增多，使炉渣在高温条件下的结晶析出能力变强[9]，从而导致炉渣m增大。