随着钢铁工业的迅速发展，我国铁矿石资源日趋紧张，承德钒钛磁铁矿资源正在被加速开发利用.承德地区已探明钒钛磁铁矿资源总量达78.25亿t，储量仅次于攀西地区，位居国内第二位，属中钛型钒钛磁铁矿.矿石中除了含有铁、钒、钛以外还含有铬，可以进行综合利用，这将提高我国铁、钒、钛、铬资源的供应保障能力，在很大程度上弥补我国钒、钛、铬资源的不足.承德地区的含铬型钒钛磁铁精矿含铁量高、亲水性差、不易成球、烧结产量低、成品率不高，且低温还原粉化严重.此外由于SiO₂含量低，成品烧结矿中存在钙钛矿，烧结中有效液相量不足、强度差，因此急需配加液相性能优异的矿石实现优化配矿，同时出于提高企业竞争力的需求，实行优化配矿降低原料成本也是降低生产成本最高效的措施之一^{[1, 2, 3]}.因此价格低廉、液相流动性优异的矿石成为含铬型钒钛烧结矿实现优化配矿的首选.本文首先对低价DMF粉的物化性质进行分析，同时在对2种含铬型钒钛铁精粉烧结基础特性掌握的基础上，重点对DMF粉的液相特性进行了研究，在此基础上进行了配加DMF粉的烧结杯实验，并对配加DMF粉的含铬型钒钛烧结矿的冶金性能进行了测试分析，以期为适量DMF粉应用在含铬型钒钛混合料烧结中的可行性作出评估.

大华马来粉外观呈鲜黄色，金属矿物以赤铁矿为主，有少量磁铁矿及褐铁矿，脉石矿物主要为石英.矿粉的化学成分、粒度组成分见表 1和表 2.

从表 1可以看出DMF矿粉中SiO₂和Al₂O₃的质量分数很高，铁的质量分数只有48.87 % ，且P的质量分数较高.与目前国内普遍使用的优质澳粉及巴粉有较大差别，品质较低.从表 2可以得出DMF粉的平均粒度达到3.78mm，粒度组成较粗，将有助于提高制粒成球困难、亲水性差的钒钛矿混合料的制粒效果^[4].

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 实验用铁矿粉的化学成分(质量分数) Table 1 Chemical compositions of iron ore % 矿 TFe SiO2 CaO MgO Al2O3 TiO2 V2O5 P Cr2O3 DMF 48.87 19.28 0.16 0.30 7.76 0.27 - 0.233 - 大阪通运 63.08 4.41 1.73 1.52 1.44 1.98 0.42 0.0340 0.03 恒伟矿业 63.81 3.84 0.77 0.74 1.95 3.15 0.59 0.0364 0.11

表1 实验用铁矿粉的化学成分(质量分数) Table 1 Chemical compositions of iron ore

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 DMF的粒度组成 Table 2 Size distribution of DMF ore 粒径/mm >10 5~10 3~5 2~3 1-2 0.5~1 <0.5 质量分数/ % 12.23 20.10 14.36 5.46 16.38 6.49 24.98

表2 DMF的粒度组成 Table 2 Size distribution of DMF ore

1) 铁矿粉的烧结基础特性测定.铁矿粉的同化性、液相流动性、黏结相强度和连晶强度对烧结矿质量有重要影响^{[5, 6, 7, 8]},尤其液相性能是铁矿粉烧结固结的基础.采用微型烧结法对2种含铬钒钛矿粉进行了测定，具体实验过程同文献^[6] .

2) 铁矿粉熔化特性的测定.将DMF粉、生石灰细磨到0.074mm以下，用生石灰将DMF粉和生石灰混料碱度(R)调成1.90，将混合料混匀之后制成ϕ3mm×3mm的圆柱体.对DMF粉(R=1.90)的混合料进行溶化特性的测定，如图 1所示^[9].根据试样的形态，采集不同温度下的照片，考察其熔化过程中安全液相的生成速度.

根据国家标准GB/T219—1996,定义混合料的特征熔化温度: 收缩30 % 时的温度为有效液相的开始形成温度(t_s)，反映烧结过程中混合料开始生成有效液相的温度.收缩 60 % 时的温度为有效液相形成终止的温度(t _f)，反映烧结过程中混合料有效液相生成的难易程度.温度区间(t= t _f- t_s)反映烧结过程中有效液相量的生成范围.试样第一次急剧收缩与第二次急剧收缩之间的试样高度差值(G= -(G₂-G₁))为有效安全液相量，第一次急剧收缩时的时间为τ₁,第二次急剧收缩时的时间为τ₂，第一次与第二次急剧收缩之间的时间为τ=τ₂-τ₁，安全液相量的生成速度v=G/τ.

本实验采用统一的升温速度，室温~1000℃，10℃/min；1000~ 1200℃，8℃/ min； 1200~ 1400℃，5℃/ min.实验过程用Ar作保护气，流量为15L/min.定义τ_m为混合料在上述升温制度下，从收缩30 % 到60 % 所经历的时间.烧结过程中，混合料具有较低的特征熔化温度(t_s，t _f ) 和较宽的溶化区间t，有助于液相的形成控制，较小的v将有助于液相充分流动黏结，提高烧结矿的质量.

图 1(Figure 1)

Fig. 1

图1 熔点熔速测定仪示意图 Fig. 1 Schematic of sessile drop measuring set up

3) 烧结杯实验.在烧结基础特性及溶化特性测定的基础上，进行烧结杯实验，总体方案如表 3所示.二元碱度R=1.90在各组实验中保持不变，烧结混合料水分在(7.5±0.3) % 之间，外配碳量3.2 % .实验中含铬钒钛粉由大阪通运和恒伟矿业以4.6:3.4的质量比混合而成，各种矿粉均匀分散、齐整可比.方案1作为基准方案，在2~4号方案中，分别配用5 % ，10 % ，15 % 的DMF粉代替大阪钒钛和恒伟矿业混合成的含铬钒钛粉.配料后，将混合料充分混匀并在圆筒混合机中制粒5min，然后布料、点火、烧结.烧结实验在直径×高为320mm×700mm 的烧结杯中进行，在温度1000℃、负压为6kPa 的条件下点火2min，在烧结过程中负压为10kPa，当烧结废气温度达到最高时即为烧结终点.将烧结矿冷却后，进行落下、筛分、转鼓强度测试，还原粉化性能及软熔滴落性能在东北大学开发的RSZ-03型矿石冶金性能综合测定仪上测试.

表3

Table 3

表3(Table 3)

表3 烧结杯实验方案(质量分数) Table 3 Ore-matching schemes of sintering pot tests % 方案 DMF 大阪钒钛 恒伟矿业 天宝粉 冷返 槽返 瓦斯灰 弃渣 白云石 石灰石粉 1 0 32.1 23.7 7 18 10 1 1.5 1.7 5 2 5 29.2 21.6 7 18 10 1 1.5 1.7 5 3 10 26.3 19.5 7 18 10 1 1.5 1.7 5 4 15 23.5 17.3 7 18 10 1 1.5 1.7 5

表3 烧结杯实验方案(质量分数) Table 3 Ore-matching schemes of sintering pot tests

含铬型钒钛铁矿粉的烧结基础特性测定结果如表 4所示.

由表 4可知，2种含铬钒钛粉的同化性较高，黏结相、连晶强度大，但是液相流动性差，将造成烧结矿液相量不足，故所配用的铁矿粉液相流动性要较高.根据此结果对DMF粉的液相流动性进行了研究，实验结果表明DMF粉液相流动性较好(t=1280℃下，R=3.0时液相流动性指数为1.15,R=4.0时，液相流动性指数为2.85)，液相量充足，但是其从液相开始到液相完全流动之间的过程还需进一步研究.众所周知，铁矿粉的液相生成过程有两种形式：一种是随着温度的升高而急剧生成；另一种是在一个较宽的温度范围内缓慢生成.后者的液相生成特征更适合弥补含铬型钒钛磁铁矿液相量的不足.研究DMF粉熔化特性，对指导含铬型钒钛烧结矿的优化配矿和提高其冶金性能有重要作用^[10].

表4

Table 4

表4(Table 4)

表4 含铬钒钛铁矿粉的烧结基础特性 Table 4 Basic sintering characteristics of V-Ti-Cr iron ore fine 编号 最低同化温度/℃ 流动性指数(R=4.0) 黏结相强度/N(R=1.9) 连晶强度/N(t=1280℃) 大阪通运 1250 0.12 3547 8074 恒伟矿业 1270 0.09 3365 4554

表4 含铬钒钛铁矿粉的烧结基础特性 Table 4 Basic sintering characteristics of V-Ti-Cr iron ore fine

DMF粉的熔化特性测定结果如表 5所示.在R=1.90时,由表 5可知，DMF粉t_s，t_f较低，t宽，熔化时间τ_m长，安全液相生成速度v较小，从液相生成的角度，DMF配用在含铬型钒钛烧结矿中可较好地弥补含铬型钒钛磁铁矿液相量的不足.

烧结杯实验结果如表 6及图 2～图 4所示.

表5

Table 5

表5(Table 5)

表5 DMF粉熔化特性 Table 5 Melting characteristics of DMF ore ts/℃ tf/℃ t/℃ τm/min G/mm τ/min v/(mm · min-1) 1240 1285 45 9 0.9 7.2 0.125

表5 DMF粉熔化特性 Table 5 Melting characteristics of DMF ore

表6

Table 6

表6(Table 6)

表6 烧结矿的粒度分布(质量分数) Table 6 Particle size distribution of sinters % 方案 烧结矿粒度 /mm >40 40~25 25~16 16~10 10~5 ＜5 1 13.71 19.46 14.92 10.84 19.37 20.70 2 18.08 18.60 13.75 11.77 19.23 18.57 3 18.74 17.83 10.61 11.49 24.04 17.29 4 11.44 21.35 17.12 13.37 21.56 15.16

表6 烧结矿的粒度分布(质量分数) Table 6 Particle size distribution of sinters

图 2(Figure 2)

Fig. 2

图2 DMF对含铬型钒钛烧结矿垂直烧结速度、 成品率和转鼓强度的影响 Fig. 2 Effects of DMF on vertical sintering speed, yield and tumbler strength of V-Ti-Cr sinter

由图 2可知，随着DMF粉质量分数的增加，含铬型钒钛烧结矿烧结速度由17.22mm/min提高到20.90mm/min，成品率由79.30 % 提高到84.84 % ，转鼓指数由58.49 % 增加到61.65 % .其中DMF的质量分数由5 % 增加到10 % 时，转鼓指数提高了3.16 % ，增幅最大，含铬型钒钛烧结矿冶金性能得到了改善.

由图 3可知，随着DMF粉的增加，RDI_+3.15由41.72 % 提高到55.48 % ，低温还原粉化性提高;RDI_+6.3由26.21 % 提高到28.60 % 后下降到23.09 % ；RDI_-0.5由14.61 % 增加到17.98 % ，其抗磨指数下降.

图 3(Figure 3)

Fig. 3

图3 DMF对含铬型钒钛磁铁矿还原粉化指标的影响 Fig. 3 Effects of DMF on RDI of V-Ti-Cr sinter

由于DMF粉品位过低，Al₂O₃的质量分数过高，同时为保证烧结矿中V的品位，不易配加过高，综合考虑目前实际情况，烧结矿中DMF的质量分数不宜超过10 % .

对DMF质量分数为0，5 % ，10 % 的含铬钒钛烧结矿的软熔性能进行了测试，如图 4所示.由图 4可知，随着DMF粉的质量 分数由0 增加到10 % ，t₁₀由1115℃提高到1139.1℃，t_s由1221℃ 上升到1232℃，软熔带区间下移，软熔带温度区间t_d- t₁₀由293.4℃缩短到257.8℃，软化温度区间和熔融温度区间均缩短.软熔温度区间缩短，将有利于高炉的稳定顺行.

图 4(Figure 4)

Fig. 4

图4 DMF对含铬钒钛磁铁矿软熔性能的影响 Fig. 4 Effects of DMF on softening and melting characteristics of V-Ti-Cr sinter

1) DMF粉中铁的质量分数低，Al₂O₃，P的质量分数高，粒度较粗，是一种廉价的低品位赤铁矿粉.但其液相流动性好，液相开始生成温度t_s及有效液相终止温度t_f较低，熔化区间t较宽，熔化时间τ_m充分，安全液相量的生成速度v较小，与液相性能不足的含铬钒钛混合料搭配使用可充分发挥其特点.

2) 随着DMF质量分数的增加，含铬型钒钛烧结矿烧结速度由17.22mm/min提高到20.90mm/min，成品率由79.30 % 提高到84.84 % ，转鼓指数由58.49 % 增加到61.65 % ，RDI_+3.15提高到55.48 % .

3) 综合目前实际情况，含铬型钒钛烧结矿中配加10 % DMF粉较为适宜，此时烧结矿软熔带下移，软熔带温度区间缩短，有利于高炉的稳定顺行.