《矿物材料》——富钒钛的铁烧结矿还原过程中微观结构变化
杨广庆 1，杨文康1，李小松 2，尹思博2，周子青 2
(1. 华北理工大学以升教育创新基地，河北唐山 063009；2. 华北理工大学冶金与能源学院，河北省现代冶金技术重点试验室，河北唐山 063009)
摘 要：在实验室模拟高炉条件下研究钒钛烧结矿还原过程。通过扫描电子显微镜和光学显微镜观察钒钛烧结矿中微观结构变化；采用 X 射线衍射仪测定钒钛烧结矿不同温度下的物相结构。实验结果表明：500~1000 ℃时钛赤铁矿还原成钛磁铁矿， 并且此阶段生成的钛铁晶石及一些难还原的固溶体增加了后续还原难度；1000~1 300 ℃时钛磁铁矿还原成富氏体(FeO)，富氏体还原成金属铁；1 400 ℃以后钒钛烧结矿内部初渣大量生成，炉料熔化滴落。
关键词：钒钛烧结矿；微观结构；物相组成
中图分类号：TF046.6 文献标志码：A
文章编号：0454–5648(2018)04–0598–09
收稿日期：2017–09–21。
修订日期：2017–10–13。
基金项目：
国家自然科学基金(51604120)；
河北省自然科学基金–钢铁联合基金(E2015209132)；
华北理工大学大学生创新创业训练计划(X2016299)资助项目。
第一作者：杨广庆(1983—)，男，博士，讲师。
前言
我国对于进口铁矿石需求量逐年增高，国际铁矿石公司由于垄断优势，不断提高铁矿石价格。为增加我国自有矿的利用，在20 世纪 80 年代首次成功实现高炉冶炼钒钛磁铁矿[1‒2]。钒钛磁铁矿是国际公认的战略资源，我国钒钛矿资源在承德、攀西等地储量丰富，充分利用钒钛矿资源具有现实意义[3‒4]。
钒钛烧结矿成分复杂，而烧结矿质量的优劣又直接影响高炉冶炼生产过程，以及很大程度上决定着高炉技术经济指标[5–8]，研究钒钛烧结矿在还原过程中微观结构以及各温度下的物相组成，有助于了解钒钛矿在高炉内还原时的分布、变化以及元素的迁移情况[9‒10]。目前对于钒钛球团矿、普通球团矿以及普通烧结矿还原过程微观结构变化的研究有了很大突破[11–15]，20 世纪国内外研究人员大多通过解剖高炉来研究烧结矿上述问题[16‒17]，但解剖高炉时间长，成本高，技术难，无法普遍研究应用。为了查明钒钛烧结矿在高炉内还原变化，本工作在实验室模拟高炉条件下对钒钛烧结矿还原过程中内部微观结构变化进行研究。
结论
1) 钒钛烧结矿的还原度与金属化率随温度的升高，还原的进行而增大。在 900 ℃保温前后期间， 还原度及金属化率急速增加。
2) 钒钛烧结矿还原过程复杂。还原前期钛赤铁矿全部还原成钛磁铁矿。钛磁铁矿还原出的大量富氏体与 TiO2 结合生成钛铁晶石，同时与未还原的磁铁矿生成钛磁铁矿固溶体，钛铁晶石与钛磁铁矿固溶体都是高熔点的化合物，限制了钛铁氧化物的还原。
3) 钒钛烧结矿高温时，液相多，初渣组成复杂，包含较多的高熔点物相，其中的碳氧化钛等包裹铁，使渣铁难分，滴落困难。
文中部分图表