2024年2月20日发(作者：)
高炉冶炼钒钛矿技术讲座
第一讲 攀钢高炉冶炼钒钛磁铁矿分析
付卫国
攀钢高炉冶炼的是高钛型钒钛磁铁矿。这种矿石含钛高，高炉冶炼时炉渣中TiO2含量达25~30%，用常规方法冶炼会出现炉渣粘稠，渣铁不分，炉缸堆积等现象。使正常生产难于进行。自1958年开始，经过全国炼铁界和各大研究院、所，以及高等院校的多年紧密合作研究，陆续在小高炉上进行了试验。1965年~1967年，在承德、西昌和北京等地进行了几次大规模工业试验，解决了用普通高炉冶炼高钛型钒钛磁铁矿的基本工艺问题，并取得了技术上的突破。
1970年7月1日，容积为1000m3的1高炉终于在攀钢投入生产。1971年和1973年容积为1200m3的2、3高炉也相既投入生产。在经过20年的生产后，1BF于1990年初进行了改造性扩容大修，有效容积扩大为1200m3，炉顶采用并罐式无料钟炉顶底炉； 1989年容积为1350m3的4高炉在攀钢新建投产，采用皮带上料、并罐式无钟炉顶，设两个出铁场，配备4座新日铁外燃式热风炉。我国首创的高钛型钒钛磁铁矿高炉冶炼技术，经过攀钢高炉冶炼工作者几代人的不懈努力和三十年来高炉生产的实践，不断得到改进、发展和完善。
1 不同渣中TiO2的炉渣应用
高炉冶炼钒钛磁铁矿的炉渣与冶炼普通矿的炉渣其理化性能有较大差别。普通高炉渣基本属于CaO-SiO2-Al2O3三元系，而含钛炉渣中含有TiO2，属于CaO-SiO2-Al2O3- TiO2四元系，其主要矿物为钙钛矿、钛辉石、巴依石、尖晶石等，普通炉渣中常见的黄长石随着TiO2的增加而迅速减少，当渣中TiO2超过18%时黄长石消失。所以对冶炼钒钛磁铁矿的含钛炉渣而言，随着渣中TiO2含量的不同，炉渣的应用情况也不同。
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1.1 TiO2<10%的低钛渣
普通矿冶炼的高炉渣通常用作水泥混合料，而含钛炉渣随着TiO2的增加，其生产水泥的强度将受到影响。渣中平均每增加1%的TiO2，质量系数下降1.69%，R28d值降低1.19%。1994年国家制定高炉矿渣用作水泥混合料的标准（GB203-94）见表20。
由表1可见，含钛高炉渣中TiO2<10%均可作为水泥的混合料，与现普通高炉渣的功效基本相同。
表1 粒化高炉矿渣的质量系数和化学成分要求：
技术指标
质量系数，不小于
二氧化钛(TiO2)含量%，不大于
氧化亚锰(MnO)含量%，不大于
氟化物含量(以F计)%，不大于
硫化物含量(以S计)%，不大于
合格品
1.2
10.0
4.0
2.0
3.0
优等品
1.6
2.0
2.0
2.0
2.0
注：质量系数为：（CaO+MgO+Al2O3）/(SiO2+MnO+TiO2)的比值。
1.2 TiO2>10%的中、高钛渣
渣中TiO210～20%属于中钛渣，我国承德钢铁厂的高炉渣就属此种渣，渣中TiO2的含量在15～18%；渣中TiO2>20%属于高钛渣，攀钢的高炉渣就属于高钛渣，渣中TiO2的含量在22～26%。承德的高炉渣除少部分卖给其他钢铁公司用作护炉料外，大部分未开发利用。攀钢高炉渣由于含有较高的TiO2而未能利用。国内从20世纪60年代起开始对含钛高炉渣的利用进行研究，如，用高炉渣采用矿热法冶炼硅钛合金; 制作微晶铸石和微晶铸石管; 含钛高炉渣制作水泥的研究; 含钛高炉渣研制陶瓷墙、地砖、釉面砖、制作彩色陶瓷板研究、高炉渣制作TiCl4研究等等。 这些研究虽然在技术上均取得了一定的突破和进展，但由于成本较高以及高炉渣的
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用量较小，未能形成大规模利用高炉渣的局面。现攀钢高炉渣仅有部分被破碎分级后用于代替天然石材作普通混凝土骨料，制作路面砖等，取得了一定的经济效益和社会效益。
2 钒钛磁铁精矿的特点及烧结工艺
与普通磁铁精矿相比，钒钛磁铁精矿具有以下特点：
（1） 粒度粗，且颗粒表面平整、边缘光滑，大小差异小，成球性差。
（2）精矿品位低。由于钒钛磁铁矿本身成矿的理论含铁量低，加之钛铁矿中的脉石矿物难以选别所致，是高炉冶炼渣量大的主要原因。
（3）磁铁精矿SiO2含量低，TiO2含量高，烧结时液相量不足，烧结矿难以得到很好地粘结；TiO2含量高，不仅降低了烧结料的铁分，且烧结温度高，同时，因2的形成不利于烧结矿的固结，致使钒钛烧结矿脆性大、强度差、返矿率高。
（4）Al2O3含量高，这对烧结矿强度和冶金性能均有不利影响。
钒钛磁铁精矿烧结既有“低硅”难烧的特点，又因含TiO2（12%～13%）高形成与普通低硅烧结不同的特点，在操作上为混合料适宜水分和含碳量都较低，点火温度高，料层薄。实际操作可归纳为：大风、低水、低碳、较薄料层。
3 钒钛烧结矿的特点
钒钛烧结矿与普通烧结矿相比，具有“三低”、“三高”的特点，即烧结矿TFe、FeO、SiO2含量低，TiO2、MgO、Al2O3含量高。
钒钛烧结矿的主要物相组成有：钛赤铁矿、钛磁铁矿、铁酸钙、钛榴石、钙钛矿、钛辉石、玻璃相等。
钒钛烧结矿的转鼓强度一般较普通烧结矿低，但具有较好的出贮存性能，其贮存自然粉化率比普通烧结矿低，还原性能较普通烧结矿好，低温还原粉化（RDI-3.15）较普通烧结矿严重，而实际生产中尚未因烧结矿的低温还原粉化率高而引起高炉上部块状带透气性恶化而成为限制性环节；另外，由于钒钛烧结矿高熔点矿物多，
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矿物熔点差别大，因而其熔滴区间宽，滴落过程中渣铁分离差，渣中带铁多。
4 高炉配加钒钛烧结矿冶炼及操作特点
4.1中高钛渣的高炉冶炼特点
1）当渣中TiO2大于10%以后，随着渣中TiO2增加，高炉冶炼难度增加，炉温控制范围窄，对原燃料性能（成分、粒度等）波动的适应性降低，因此，对原燃料的质量要求较高，稳定性要好，同时对操作人员的要求也较高。
2）TiO2含量较高，炉渣的脱硫能力降低，要求原燃料中的S含量低，且应增加炉外脱硫系统。
3）炉渣TiO2含量高，渣中带铁较多，渣铁分离不好，铁损高，目前攀钢渣中TiO222%左右，总铁损达7～8%,渣中带铁4%左右。
4）由于渣中带铁高，采用水冲渣易打炮，影响高炉生产，炉渣不能很好的利用，且需要建较大的渣场来进行堆放。
4．2 渣中TiO2<10%的低钛渣冶炼特点
（1）炉温控制范围较宽，低钛渣不会出现炉渣变稠，其稳定性较好。生铁[Si]的允许波动范围为0.4～1.0%，生铁[Ti]的允许波动范围为0.2～0.7%。
（2）炉渣流动性比普通炉渣低，脱硫能力与普通渣比也要低一些，但比中高钛渣要高，通过调剂可以保证生铁有较高的合格率和优质率。
（3）要求风口的鼓风动能比普通矿高炉冶炼更高，才能保证高炉冶炼顺行。
（4）高炉上下部操作调剂与普通矿冶炼基本相同，但煤气CO2要求中心要比边缘低2～3%。
（5）钒钛铁水及炉渣的粘度比普通矿冶炼要高一些，其铁损比普通矿要高一些，对铁罐的使用寿命有一定影响，但同中高钛渣冶炼相比要低些，影响较小。
由于钒钛烧结矿化学成分稳定，有利用高炉冶炼配料和工艺操作的稳定，冶炼中熔剂消耗少，并含有钒等多种有益元素，可改善钢铁的性能。同时所含TiO2能起到保护高炉炉缸、炉底，延长高炉寿命，起到护炉作用。
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烧结配加20～22%（占含铁物料的比例）左右的钒钛铁精矿，由以上分析可见，高炉冶炼后炉渣中的TiO2<10%，属于低钛渣冶炼。
鉴于中高钛渣的高炉冶炼难度较大，炉渣不能很好的利用以及低钛渣的冶炼特点，综合考虑，德钢公司的生产冶炼条件，建议德钢高炉配加钒钛矿冶炼时炉渣TiO2<10%。
5 冶炼钒钛磁铁矿的技术要求
1）抓精料入炉，改善炉料结构
冶炼钒钛磁铁矿通常采用的炉料结构为“高碱度烧结矿配加部分天然块矿”，较合理的炉料结构为“高碱度烧结矿配加部分酸性球团矿和天然块矿”。钒钛烧结矿由于含有较多的TiO2，粘结相少，强度低，粉末多，严重影响高炉的透气性，要求入炉原料应减少粉末，以保证高炉有良好的透气性，所以减少原料的入炉粉末对强化钒钛矿高炉的冶炼尤为重要。
2）使用大风量、高风温以强化高炉冶炼
钒钛烧结矿相对普通矿其原料品位低，渣量大，低温还原粉化率高，软熔温度高，高炉软熔带位置低，料柱透气性差，压差高，所以维持合适的鼓风动能对高炉冶炼的顺行以及强化至关重要，高炉冶炼采用大风量、高风温操作是确保炉缸活跃，改善炉缸工作状态，提高冶炼强度。一般情况下，冶炼钒钛矿的风量比冶炼普通矿大20%左右，这样才能实现钒钛矿高炉冶炼稳产、高产。
3）采用喷煤、富氧等技术，有效提高高炉的各项技术经济指标
高炉富氧鼓风是增产、节焦，提高冶炼强度的有力措施，这也被众多普通矿冶炼高炉所证实。在钒钛矿冶炼中，随着风中氧含量的增加，高炉的冶炼强度及产量均有显著增加，并且可较明显地改善炉渣流动性，提高高炉下部的物理热，降低化学热。有利于降低铁损，提高钒收率。对活跃炉缸，强化高炉冶炼起到了积极的作用。钒钛矿冶炼采用喷煤技术可以抑制炉缸风口区TiO2的还原及高熔点物质Ti(CN)的生成，降低炉渣粘度、改善炉渣流动性；并且可增加鼓风动能，发
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展中心气流，从而有效提高高炉的各项技术经济指标。
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第二讲
钒钛矿冶炼的炉前操作
刘传胜
一、 炉前与炉内的关系
1、钒钛矿冶炼的特殊性
①、 软熔带窄、低(见付工讲座)。
②、 易产生过还原（热不得、凉不得、憋不得）。
③、 要求保持较大的鼓风动能。
④、 铁损高，渣粘，流动性差，炉前工作量大。
⑤、 渣、铁口处理难度大。
2、对炉前的要求。
①、 炉内指导炉前，炉前绝对服从炉内。
②、 控制适宜的放渣、出铁时间。
③、 每次按时、按量出净渣铁。
④、 工作主动、工作超前、意识超前。
⑤、 炉前事故少，对炉内的影响小。
二、 炉前工作要点
1、随时掌握炉况变化趋势来指导炉前操作。
2、协调好渣、铁口工作，减少波动。
3、炉前以“抢”字当头，保炉内守全风。
4、克服“等”、“看”、“拖”，提倡“勤”、“早”、“帮”。
三、 铁口工作
衡量铁口工作的标准：铁口深度合格率，出铁正点率，渣、铁量差，吹炉率，铁口事故以及影响炉内风量情况来综合进行考评。
1、出铁前准备工作必须到位。所有设备灵活好用，出铁所需用具准备齐全；
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铁口泥套完整；泥炮炮泥装满；开口机钻杆、钻头上好；沙坝叠好达到要求并烤干；铁罐配到位，下渣出渣工作准备好；各闸、棱、沟叠好烤干；余铁凼渣盖、进出口确保畅通等条件具备。
2、铁口处理及维护。以钻头大小及处理的方式来控制铁口眼的大小，达到控制出铁时间的目的；铁口眼的处理形状避免开成较严重的外喇叭型或者内喇叭型（前者容易导致铁口假吹及乱喷，后者容易导致铁口孔道及泥套崩坏和出铁过程卡焦）；铁口泥套的维护主要防止做假泥套，要求抠到位并压紧烤干。（要求不断摸索、相互总结、各班操作统一、达到共同提高的目的）。
3、炉况趋势与铁口的相应处理。炉温低铁口眼开小一点，炉温高铁口眼稍开大一点。
4、钻头的选择与泥量的控制。炉温低用小钻头，炉温高用较大一点的钻头；泥量在炉温高、渣铁不净时加一点，反之则减一点。
5、浅、潮铁口的处理。浅铁口处理必须小心谨慎，留厚用小氧气烧开或用圆钢捅开；潮铁口处理应边钻边烘烤，小眼烧开。
6、铁口深度与出铁时间的控制。铁口深度尽量保持稳定，以开铁口眼的大小控制出铁时间。
7、铁口的预处理。堵口退炮后用小铲人工掏300~500mm，用天然气点燃，出铁前20~30分钟开始处理铁口，采用边钻边烘烤，留厚用小氧气烧开或用圆钢捅开。
8、铁口的人工处理。用小铲人工掏300~500mm，用压缩空气吹开或氧气烧开。
四、 渣口工作
衡量渣口工作的标准：每次放渣量多少，从堵铁口到下次出铁期间炉内守风量情况，渣口各套的损坏情况多少，渣口事故导致炉内减风（或休风）时间的多少与长短，等等影响生产的综合因素来考评。
1、坚持三勤原则“勤放”、“勤堵”、“勤捅”。出渣时应注意观察渣流及渣口情
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况，渣流小时要勤透渣口；渣中带铁多，应及时堵上片刻后再放渣，避免烧坏渣口；当渣流小或卡焦时应及时用氧管捅开。
2、上渣以保炉内全风，减少铁口压力为前提。放渣工应努力放好上渣，减少渣在炉内停留时间，并及时把熔化的渣排除炉外，保持炉内足够的空间，减少炉内憋压；同时降低渣从铁口排除量，减小铁口压力。
3、渣口的维护。渣口泥套必须完整无缺，做新泥套时一定要抠净残渣铁，泥套与渣口接触严密，略低于渣口孔下沿，使用前应烤干；拔堵渣机前应先用铁锤敲打松动再拔除；用氧气烧开的渣口放渣过程中应勤透，堵口前适当喷射后再堵。
4、放渣原则及放渣时机的掌握。渣口准备工作做好后（放渣工具准备齐全，堵渣机灵活好用，渣口正常，各套固定衬子紧固，），放渣工应根据炉内下料情况及时打开渣口，若前一次铁未出净，应提前打开渣口放渣，当出铁前炉内积铁较多，渣中带铁较重时，应谨慎放渣或禁止放渣。发现渣口拉坏应立即堵渣口。
5、坏渣口的操作及更换。当放渣过程中发现渣口坏后，应立即堵口，如堵不上应及时用耧耙人工进行堵口，然后进行外部打水；坏渣口应及时抠出从外面扎围子灌水侵泡，以把渣口完全浸泡在水面下为准；若渣口坏在底部，可压小渣口小套冷却水量（2/3左右），以在渣口后部形成较厚的凝渣皮，但不能漏水太多，以免造成炉缸热制度不稳定；更换小套时，小套拉下后烧残渣铁过程中，应先烧周围，后烧中心（中心最活，易烧漏）；新小套中间眼换前必须用炮泥填满夯实，避免换完后跑渣或漏煤气。
6、克服“等”、“怕”、“难”现象，要求“大胆”、“心细”、“头、脚、手勤”。
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