楊大兵，王永剛，喻榮高

（武漢科技大學(xué)冶金礦產(chǎn)資源高效利用與造塊湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢，430081）

武漢鋼鐵（集團(tuán)）公司程潮鐵礦鏈篦機(jī)－回轉(zhuǎn)窯－環(huán)冷機(jī)球團(tuán)生產(chǎn)線自投產(chǎn)以來經(jīng)常出現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈故障（結(jié)圈厚度達(dá)0.5～1.0 m），公司技術(shù)小組專項(xiàng)分析結(jié)果表明，引起回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈故障的重要原因是球團(tuán)質(zhì)量不高，生球強(qiáng)度和爆裂溫度指標(biāo)達(dá)不到連續(xù)生產(chǎn)要求?；谠摴收戏治鼋Y(jié)果［1］，本研究通過對(duì)程潮鐵礦高壓輥磨前后的鐵精礦添加不同種類和添加量的黏結(jié)劑進(jìn)行造球試驗(yàn)，研究黏結(jié)劑的種類及其添加量對(duì)生球強(qiáng)度和爆裂溫度的影響，以達(dá)到提高球團(tuán)質(zhì)量、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的目的。

1 試驗(yàn)

1.1 原料

含鐵原料為程潮鐵礦高壓輥磨前（1＃）和高壓輥磨后（2＃）的鐵精礦，其物理性能如表1所示。膨潤(rùn)土為A、B兩種，其物理性能如表2所示。

從表1中可以看出，鐵精礦較細(xì)，高壓輥磨前－0.075 mm的細(xì)度占81.8%，高壓輥磨后的鐵精礦細(xì)度變化不大，高壓輥磨后的成球性指數(shù)大幅增長(zhǎng)，成球性能優(yōu)良。從表2中可看出，試驗(yàn)用膨潤(rùn)土粒度較細(xì)，物理性能良好，有利于造球。

表1 鐵精礦物理性能Table 1 Physical properties of iron concentrates

表2 膨潤(rùn)土物理性能Table 2 Physical properties of bentonite

1.2 試驗(yàn)方法

主要考察生球的落下強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、爆裂溫度和成品球抗壓強(qiáng)度。造球混合料采用人工配制方法（按干料比例），稱取4 kg含鐵精礦，配加不同比率的黏結(jié)劑，經(jīng)充分混勻后在圓盤造球機(jī)上造球。圓盤直徑為800 mm，轉(zhuǎn)速為30～35 r／min，傾角為45°。造球試驗(yàn)參數(shù)：生球粒度為10～16 mm，生球水分為7.0%～8.0%，造球時(shí)間為16 min，生球落下強(qiáng)度的測(cè)試高度為500 mm。用臥式管爐對(duì)球團(tuán)進(jìn)行焙燒，用5 k N萬能壓力機(jī)測(cè)試成品球抗壓強(qiáng)度，用動(dòng)態(tài)介質(zhì)法測(cè)定生球爆裂溫度。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 高壓輥磨對(duì)球團(tuán)質(zhì)量的影響

在膨潤(rùn)土添加量為2.5%、水分約8.0%、球團(tuán)形成時(shí)間和密實(shí)時(shí)間各3 min、小球長(zhǎng)大時(shí)間為15 min條件下，對(duì)高壓輥磨前后的鐵精礦分別進(jìn)行造球試驗(yàn)，考察高壓輥磨對(duì)球團(tuán)質(zhì)量的影響，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

從表3中可看出，高壓輥磨后的生球強(qiáng)度和成品球強(qiáng)度較高壓輥磨前均有不同程度的提高。雖然高壓輥磨后生球爆裂溫度有所降低，但其值（620℃）符合生產(chǎn)要求。

表3 高壓輥磨對(duì)球團(tuán)質(zhì)量的影響Table 3 Effect of high－pressure rolling on pellet quality

2.2 膨潤(rùn)土添加量對(duì)球團(tuán)質(zhì)量的影響

結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，綜合對(duì)比試驗(yàn)中選取膨潤(rùn)土A作為黏結(jié)劑，按照0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%六種不同添加量，分別對(duì)1＃、2＃鐵精礦進(jìn)行造球試驗(yàn)，考察膨潤(rùn)土添加量對(duì)球團(tuán)質(zhì)量的影響。

2.2.1 膨潤(rùn)土添加量對(duì)生球強(qiáng)度的影響

膨潤(rùn)土添加量對(duì)生球抗壓強(qiáng)度和落下強(qiáng)度的影響分別如圖1、圖2所示。從圖1、圖2中可以看出，兩種鐵精礦的生球抗壓強(qiáng)度和落下強(qiáng)度均先隨膨潤(rùn)土添加量的增大而不斷增加，2＃鐵精礦較1＃鐵精礦的增加幅度大一些；當(dāng)膨潤(rùn)土添加量增大到一定值時(shí)，生球塑性增強(qiáng)，抗壓強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)。膨潤(rùn)土添加量增大使生球質(zhì)量提高的原因是，膨潤(rùn)土具有較好的親水性和較高的分散度，有利于增加顆粒間的黏結(jié)力和改善鐵精礦的成球性能。此外當(dāng)膨潤(rùn)土添加量為2.5%時(shí)，兩種鐵精礦的生球質(zhì)量均達(dá)到較高值。

2.2.2 膨潤(rùn)土添加量對(duì)生球爆裂溫度的影響

膨潤(rùn)土添加量對(duì)生球爆裂溫度的影響如圖3所示。從圖3中可看出，生球爆裂溫度均隨膨潤(rùn)土添加量的增大而不斷升高，且1＃鐵精礦的生球爆裂溫度高于2＃鐵精礦；當(dāng)膨潤(rùn)土添加量增大到一定值時(shí)，生球爆裂溫度升高趨勢(shì)變緩。這是因?yàn)榕驖?rùn)土片晶除一部分填充于干球毛細(xì)孔中或富集在礦粒接觸點(diǎn)上形成膠泥連接橋外，多余部分則與礦?；祀s在一起，而對(duì)生球爆裂溫度起主要作用的則是富集在礦粒接觸點(diǎn)上的那部分膨潤(rùn)土。從圖3中還可看出，膨潤(rùn)土添加量在1.5%以上時(shí)，兩種鐵精礦的生球爆裂溫度均超過500℃。

圖1 膨潤(rùn)土添加量對(duì)生球抗壓強(qiáng)度的影響Fig.1 Effect of addition ratio of bentonite on compression strength of green balls

圖2 膨潤(rùn)土添加量對(duì)生球落下強(qiáng)度的影響Fig.2 Effect of addition ratio of bentonite on wet knock strength of green balls

圖3 膨潤(rùn)土添加量對(duì)生球爆裂溫度的影響Fig.3 Effect of addition ratio of bentonite on burst temperature of green balls

圖4 膨潤(rùn)土添加量對(duì)成品球抗壓強(qiáng)度的影響Fig.4 Effect of addition ratio of bentonite on compression strength of pellets

2.2.3 膨潤(rùn)土添加量對(duì)成品球抗壓強(qiáng)度的影響

膨潤(rùn)土添加量對(duì)成品球抗壓強(qiáng)度的影響如圖4所示。由圖4中可看出，成品球抗壓強(qiáng)度隨膨潤(rùn)土添加量的增加不斷增大，2鐵精礦成品球抗壓強(qiáng)度高于1＃鐵精礦；當(dāng)膨潤(rùn)土添加量為1.0%時(shí)，兩種鐵精礦的成品球抗壓強(qiáng)度均超過2 500 N，該值滿足實(shí)際生產(chǎn)要求。實(shí)際生產(chǎn)中，添加過量的膨潤(rùn)土往往容易導(dǎo)致球團(tuán)中的鐵品位降低，而且成本增加。根據(jù)程潮鐵礦球團(tuán)生產(chǎn)實(shí)際，膨潤(rùn)土添加量為2.0%～2.5%較合適。

2.3 有機(jī)黏結(jié)劑添加量對(duì)球團(tuán)質(zhì)量的影響

采用有機(jī)黏結(jié)劑作球團(tuán)黏結(jié)劑的優(yōu)點(diǎn)是雜質(zhì)少、利于提高球團(tuán)的鐵品位［2］。有機(jī)黏結(jié)劑添加量為0.15%、0.30%、0.40%、0.50%、1.0%，分別對(duì)1＃、2＃鐵精礦進(jìn)行造球試驗(yàn)，考察有機(jī)黏結(jié)劑添加量對(duì)球團(tuán)質(zhì)量的影響。

2.3.1 有機(jī)黏結(jié)劑添加量對(duì)生球強(qiáng)度的影響

有機(jī)黏結(jié)劑添加量對(duì)生球抗壓強(qiáng)度和落下強(qiáng)度的影響分別如圖5、圖6所示。從圖5中可看出，兩種鐵精礦的生球抗壓強(qiáng)度初期均隨有機(jī)黏結(jié)劑添加量的增加而大幅提高，當(dāng)有機(jī)黏結(jié)劑添加量為0.4%左右時(shí)，其生球抗壓強(qiáng)度均達(dá)到了極大值。從圖6中可看出，兩種鐵精礦的生球落下強(qiáng)度均隨有機(jī)黏結(jié)劑添加量的增加而提高，當(dāng)有機(jī)黏結(jié)劑添加量為0.4%時(shí)，其生球落下強(qiáng)度均大于5次／個(gè)。此時(shí)生球表面光滑，毛刺現(xiàn)象明顯減少。由于有機(jī)黏結(jié)劑添加量超過0.5%后生球抗壓強(qiáng)度會(huì)降低，故有機(jī)黏結(jié)劑添加量為0.4%較為合適。

2.3.2 有機(jī)黏結(jié)劑添加量對(duì)生球爆裂溫度的影響

有機(jī)黏結(jié)劑添加量對(duì)生球爆裂溫度的影響如圖7所示。從圖7中可看出，有機(jī)黏結(jié)劑添加量為0.15%時(shí)，兩種鐵精礦的生球爆裂溫度均大于650℃；此后隨有機(jī)黏結(jié)劑添加量的增加，生球爆裂溫度迅速降低，這與添加無機(jī)膨潤(rùn)土的結(jié)果相反。這是因?yàn)樘砑佑袡C(jī)黏結(jié)劑的生球自然附著的水分高，使生球干燥時(shí)的爆裂溫度降低；另外隨有機(jī)黏結(jié)劑添加量的增加，生球附著的水分亦增加，結(jié)果使表面光滑的生球干燥時(shí)水分逸出較慢，致使生球爆裂溫度降低［3－4］。

圖5 有機(jī)黏結(jié)劑添加量對(duì)生球抗壓強(qiáng)度的影響Fig.5 Effect of addition ratio of organic binder on compression strength of green balls

圖6 有機(jī)黏結(jié)劑添加量對(duì)生球落下強(qiáng)度的影響Fig.6 Effect of addition ratio of organic binder on wet knock strength of green balls

圖7 有機(jī)黏結(jié)劑添加量對(duì)生球爆裂溫度的影響Fig.7 Effect of addition ratio of organic binder on burst temperature of green balls

圖8 有機(jī)黏結(jié)劑添加量對(duì)成品球抗壓強(qiáng)度的影響Fig.8 Effect of addition ratio of organic binder on compression strength of pellets

2.3.3 有機(jī)黏結(jié)劑添加量對(duì)成品球抗壓強(qiáng)度的影響

有機(jī)黏結(jié)劑添加量對(duì)成品球抗壓強(qiáng)度的影響如圖8所示。從圖8中可看出，隨著有機(jī)黏結(jié)劑添加量的增大，成品球抗壓強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)。這是由于球團(tuán)在焙燒過程中，有機(jī)黏結(jié)劑燃燒揮發(fā)留下了大量氣孔，致使成品球團(tuán)礦致密性差；此外由于鐵品位相對(duì)較高，渣相量較少，固結(jié)主要依賴Fe2O3微晶形成的鐵晶橋，而擴(kuò)散條件制約了Fe2O3微晶的長(zhǎng)大，致使鐵晶橋不發(fā)育，因而殘余石英顆粒較多，影響了球團(tuán)強(qiáng)度。

2.4 復(fù)合黏結(jié)劑對(duì)球團(tuán)質(zhì)量的影響

單獨(dú)采用任何一種黏結(jié)劑，無論其添加量如何，都不能使生球的爆裂溫度和強(qiáng)度指標(biāo)同時(shí)達(dá)到滿意的要求，因此常常將有機(jī)黏結(jié)劑與膨潤(rùn)土進(jìn)行優(yōu)化配比后制成復(fù)合黏結(jié)劑［5］。本文采用4種不同配比方案的復(fù)合黏結(jié)劑分別對(duì)1 2鐵精礦進(jìn)行了造球試驗(yàn)，不同配方的復(fù)合黏結(jié)劑對(duì)1＃、2＃鐵精礦球團(tuán)質(zhì)量的影響分別如表4、表5所示。從表5中可看出，采用膨潤(rùn)土質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%、有機(jī)黏結(jié)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%的復(fù)合黏結(jié)劑，其生球抗壓強(qiáng)度為14.5 N／個(gè)、生球落下強(qiáng)度為12.1次／個(gè)、生球爆裂溫度為630℃、成品球抗壓強(qiáng)度為3 024 N／個(gè)，球團(tuán)質(zhì)量有較大的提高。

表4 不同配方的復(fù)合黏結(jié)劑對(duì)1＃鐵精礦球團(tuán)質(zhì)量影響Table 4 Effect of composite binder on quality of 1＃concentrate pellets

表5 不同配方的復(fù)合黏結(jié)劑對(duì)2＃鐵精礦球團(tuán)質(zhì)量影響Table 5 Effect of composite binder on quality of 2＃concentrate pellets

2.5 3種黏結(jié)劑對(duì)球團(tuán)質(zhì)量的影響比較

3種最佳添加量的黏結(jié)劑對(duì)2＃鐵精礦球團(tuán)質(zhì)量的影響如表6所示。從表6中可看出，3種黏結(jié)劑對(duì)球團(tuán)質(zhì)量的影響效果從大至小依序?yàn)椋簭?fù)合黏結(jié)劑，無機(jī)膨潤(rùn)土，有機(jī)黏結(jié)劑。從黏結(jié)劑成本因素考慮，有機(jī)黏結(jié)劑價(jià)格為7 000元／t左右，膨潤(rùn)土價(jià)格為350元／t左右，復(fù)合黏結(jié)劑折算后約合成本450元／t。按照提高球團(tuán)質(zhì)量后設(shè)備壽命延長(zhǎng)和維修費(fèi)用降低產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)考慮，采用復(fù)合黏結(jié)劑最為合適。

表6 3種黏結(jié)劑對(duì)2＃鐵精礦球團(tuán)質(zhì)量的影響Table 6 Effect of three kinds of binder on quality of 2＃concentrate pellets

3 結(jié)論

（1）經(jīng)高壓輥磨的生球強(qiáng)度和成品球強(qiáng)度均有不同程度的提高，生球爆裂溫度有所降低。

（2）采用膨潤(rùn)土作黏結(jié)劑造球時(shí)，兩種鐵精礦的生球落下強(qiáng)度、爆裂溫度和成品球的抗壓強(qiáng)度均隨膨潤(rùn)土添加量的增加而增大，當(dāng)膨潤(rùn)土添加量超過2.5%時(shí)，生球抗壓強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)；高壓輥磨后的鐵精礦球團(tuán)質(zhì)量高于高壓輥磨前的鐵精礦球團(tuán)質(zhì)量。

（3）采用有機(jī)黏結(jié)劑造球時(shí)，兩種鐵精礦的生球強(qiáng)度先隨有機(jī)黏結(jié)劑添加量的增加而增大，當(dāng)添加量超過0.5%時(shí)，生球抗壓強(qiáng)度均呈下降趨勢(shì)；兩種鐵精礦的生球爆裂溫度均隨有機(jī)黏結(jié)劑用量增加而下降。

（4）采用膨潤(rùn)土質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%、有機(jī)黏結(jié)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%的復(fù)合黏結(jié)劑，其鐵精礦球團(tuán)質(zhì)量有較大提高。

（5）3種黏結(jié)劑對(duì)球團(tuán)質(zhì)量的影響效果從大至小依序?yàn)椋簭?fù)合黏結(jié)劑，無機(jī)膨潤(rùn)土，有機(jī)黏結(jié)劑；考慮成本與經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)選用復(fù)合黏結(jié)劑。

［1］ 陽誠(chéng)平.程潮鐵礦球團(tuán)控制回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈的實(shí)踐［J］.燒結(jié)球團(tuán)，2008，33（5）：37－40.

2 楊永斌，黃桂香，姜濤，等.有機(jī)黏結(jié)劑替代膨潤(rùn)土制備氧化球團(tuán)［J］.中南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007，38（5）：850－855.

［3］ 陳許玲，甘敏，范曉慧，等.有機(jī)黏結(jié)劑氧化球團(tuán)固結(jié)特性及強(qiáng)化措施［J］.中南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，40（3）：550－556.

4 黃柱成，羅勇，姜濤，等.微波加熱提高有機(jī)黏結(jié)劑鐵礦球團(tuán)強(qiáng)度［J］.中南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，40（1）：1－7.

［5］ 張永祥，田發(fā)超，張克誠(chéng)，等.添加復(fù)合黏結(jié)劑的球團(tuán)試驗(yàn)［J］.燒結(jié)球團(tuán)，2004，29（5）：9－12.