含铬高钛型高炉渣粘流特性及高温物相转变规律研究

Hongge iron ore mining area, which has the most abundant reserves in the four mining areas in Panzhihua-Xichang area, its vanadium-bearing titanomagnetite contains 0.49%~0.82% Cr2O3 besides iron, titanium and vanadium elements. Cr2O3 has a high melting temperature which influences the blast furnace reduction and slagging process. Furthermore, the existence of Cr in hot metal has important effect on the following vanadium extraction process in BOF. The BF-BOF process is the most feasible process for the utilization of Hongge titanomagnetite, but the research of the effect of Cr on the blast furnace process is rarely reported. The Viscous flow characteristics of high temperature blast furnace slag is the bottleneck for the blast furnace to further increase the titanomagnetite ratio in the BF burden. In this research, Factsage thermodynamic calculation, Confocal microscopy in-situ observation, Laser Raman spectrum and Fourier spectrum analyzing, molecular dynamics simulation are used to clarify the relationships between the slag structure, the slag phase and the rheological property. The effect of Cr on the blast furnace was investigated systematically and roundly in the present work, which contribute to the large-scale development and utilization of Hongge iron ore deposit.

我国攀西四大矿区中储量最大的红格矿区，其钒钛磁铁矿中除含有铁、钒和钛以外，还含有0.49%~0.82%的Cr2O3。Cr2O3作为一种高熔点氧化物，影响着高炉还原和造渣工艺，铁水中含铬更对后续的转炉提钒工艺有重要的影响。目前，高炉-转炉流程仍然是红铬矿资源利用最可行的流程，有关高铬型钒钛磁铁矿在高炉冶炼过程中的影响行为研究相对较少。高钛型高炉渣的高温粘流特性是影响高炉进一步提高钒钛矿配比的限制性环节，铬的存在使得该类型炉渣的性质更趋复杂。本项目通过FACTSage热力学计算、激光共聚焦显微镜高温原位观察、炉渣高温润湿性测试、激光拉曼光谱及傅里叶红外光谱分析、高温粘流特性实验检测及分子动力学模拟等多尺度模拟及实验研究手段，对高铬型高钛高炉渣的高温物理化学性质和炉渣结构进行系统研究，揭示炉渣成分、物相、结构对炉渣粘流特性的影响机理，研究结果将对攀西地区红铬矿的高炉冶炼具有很好的理论和实际意义。

我国攀西四大矿区中储量最大的红格矿区，其钒钛磁铁矿中除含有铁、钒和钛以外，还含有0.49%~0.82%的Cr2O3。Cr2O3作为一种高熔点氧化物，影响着高炉还原和造渣工艺，铁水中含铬更对后续的转炉提钒工艺有重要的影响。目前，高炉-转炉流程仍然是红铬矿资源利用最可行的流程，有关高铬型钒钛磁铁矿在高炉冶炼过程中的影响行为研究相对较少。高钛型高炉渣的高温粘流特性是影响高炉进一步提高钒钛矿配比的限制性环节，铬的存在使得该类型炉渣的性质更趋复杂。本项目系统研究了温度、碱度、转速和炉渣成分对Cr2O3在炉渣中的溶解行为的影响、Cr2O3在含钛高炉渣中还原的行为、高铬型钒钛铁精矿烧结实验以及Cr2O3含量、TiO2含量和碱度对含铬高钛高炉渣粘度及物相结构的影响。结果表明，温度和转速能够增加Cr2O3在炉渣中的溶解度，碱度、TiO2、Al2O3、MgO、Fe2O3能够降低Cr2O3在炉渣中的溶解度；一个标准大气压下，以CO为还原剂，不考虑铬的活度，T＜1520K时为Cr2O3的稳定存在区，T＞1520K时为Cr的稳定存在区。用碳做还原剂还原Cr2O3，生成Cr3C2的开始反应温度为1114K，生成Cr7C3的开始反应温度为生成的开始反应温度为1134K，生成Cr23C6的开始反应温度为生成的开始反应温度为1177K，生成Cr的开始反应温度为生成的开始反应温度为1252K；随着碱度升高，钒钛铁精矿烧结矿和高铬型钒钛铁精矿烧结矿的烧成率和成品率都逐渐下降，垂直烧结速度和利用系数随碱度的升高逐渐增大，而落下强度逐渐减小，转鼓指数随着碱度的升高而升高，抗磨指数随碱度的升高而降低；随着炉渣Cr2O3含量的增加，粘度先降低后增加。随着炉渣中TiO2含量的增加，粘度降低。随着炉渣中碱度的增加，粘度降低。通过本项目的研究，有利于加快红铬矿高炉冶炼的产业化进程。