供稿|賈文君，張艷允，游想琴，李志全，張紅闖，郭蘭芬，劉曉明/JIA Wen-jun,ZHANG Yan-yun, YOU Xiangqin, LI Zhi-quan, ZHANG Hong-chuang, GUO Lan-fen, LIU Xiao-ming

優(yōu)化球團礦配料的實驗研究

Experimental Study on Optimizing Spheric Agglomeration Ingredient

供稿|賈文君，張艷允，游想琴，李志全，張紅闖，郭蘭芬，劉曉明/JIA Wen-jun,ZHANG Yan-yun, YOU Xiangqin, LI Zhi-quan, ZHANG Hong-chuang, GUO Lan-fen, LIU Xiao-ming

內(nèi) 容 導 讀

我國鐵礦石多為磁鐵礦精粉，且貧礦多，開采條件差，因此我國鋼鐵生產(chǎn)目前已形成了依靠進口鐵礦石的局面。巴西赤鐵礦資源豐富，含鐵品位高，二氧化硅含量低，礦石年產(chǎn)量在2億t左右，尤其適合鏈篦機-回轉窯工藝生產(chǎn)，是大型球團廠采用進口礦的首選品種。雖然近期進口礦價格有所提高，但是在實驗室進行增加赤鐵礦比例的實驗研究仍很有必要。邯鋼目前球團車間進口赤鐵礦精粉的配比在20%左右，因此結合目前球團廠所用原料和生產(chǎn)情況，取現(xiàn)場原料首先在實驗室進行增加赤鐵礦比例的實驗，使其比例達到40%以上，確定合適的造球、預熱、焙燒工藝參數(shù)具有重要的理論價值和實際意義。

通過大量實驗室實驗研究，隨著球團礦中赤鐵礦比例的增加，根據(jù)其成球性、固結機理的不同，找尋合理的焙燒制度，使其強度滿足生產(chǎn)需要。確保隨后實際生產(chǎn)實施后球團礦產(chǎn)量和質(zhì)量達到預期目標、杜絕失誤、減少對球團和高爐生產(chǎn)的影響，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。

造球?qū)嶒?/h2>

造球是球團生產(chǎn)工藝中重要的工序，生球質(zhì)量好壞對后續(xù)工序及成品球團礦的產(chǎn)質(zhì)量影響很大。本實驗的配礦方案見表1，方案1是邯鋼球團車間常用的配礦方案，方案2～5為赤鐵礦的比例逐步增加。根據(jù)表1中所列的配礦方案進行造球?qū)嶒?。實驗方法如下：? kg配好的含鐵原料，膨潤土按比例外加，進行人工混勻，同時加入一定量的預潤濕水分（大約5%～6%），然后在圓盤造球機上造球。

圓盤造球機主要技術參數(shù)：直徑1000 mm，轉速35 r/min，邊高150 mm，傾角47°。先造母球，時間為1 min，然后邊加料邊加水，成球時間為8 min，緊密時間為1 min，共計10 min。將造好的球分別篩分出 10～12.5 mm 和 12.5～15 mm兩種球，前者用來進行生球落下、抗壓及爆裂實驗，后者放在烘箱內(nèi)烘干，供預熱焙燒用。

表1 配礦方案（質(zhì)量分數(shù)） %

預熱焙燒實驗

大量的實驗研究和生產(chǎn)實踐證明，赤鐵礦粉球團比磁精粉球團難焙燒，主要表現(xiàn)為：預熱和焙燒溫度高、時間長，成品球強度低。

本實驗的預熱焙燒在φ80 mm臥式管爐中空氣氣氛下進行。預熱焙燒管爐由兩個管爐對接而成，鐵鉻鋁絲電阻爐作預熱用，硅炭管電阻爐作焙燒用。實驗時將12.5～15 mm干球裝在瓷舟中進行預熱、焙燒實驗。取預熱球10個、成品球20個,利用鐵礦球團抗壓強度測定儀驗機分別測預熱球和焙燒球的抗壓強度,以算術平均值作為其的抗壓強度。利用Laica光學顯微鏡觀察球團礦固結過程中的微觀結構變化。

表3 成品球的抗壓強度

首先以邯鋼生產(chǎn)現(xiàn)場的熱制度（即在950℃預熱10 min，在1250℃焙燒10 min）進行預熱焙燒，5個方案的實驗結果列于表3。由表3可見，在相同的熱制度下預熱、焙燒，從方案1到方案5，隨著赤鐵礦配比的增加，預熱球、焙燒球的抗壓強度都呈下降趨勢，尤其方案5的成品球抗壓強度最低。對于較純的赤鐵礦球團,一般認為其固結機理主要為Fe2O3晶粒長大和高溫時再結晶,赤鐵礦球團預熱溫度為950～1050℃,焙燒溫度為1300～1350℃[2]。在本實驗的焙燒溫度下，方案2～5尤其是方案5的成品球中Fe2O3晶粒沒有得到充分長大和沒有發(fā)生高溫時再結晶。由于Fe2O3不會再氧化，沒有晶格轉變、所以固結困難，造成成品球抗壓強度低，因此需要較高的預熱和焙燒溫度。

提高預熱、焙燒溫度或者延長焙燒時間，再進行焙燒實驗結果列于表4。由表4可見，方案2和方案3提高焙燒溫度到1280℃，成品球的抗壓強度顯著提高，超過基準方案1的2824 N；方案4的成品球在950℃預熱10 min、1280℃焙燒10 min時強度雖然有所提高，但是沒有達到基準方案1的2824 N,延長焙燒時間至14 min，其強度有大幅提高；方案5雖然預熱溫度提高到1000℃、預熱時間延長至15 min，焙燒溫度提高到1325℃、焙燒時間延長至20 min，其成品球強度為2362 N，雖然有所提高，仍然無法達到基準方案1的2824 N。所以適當提高焙燒溫度或延長焙燒時間在赤鐵礦配比在40%、60%、80%情況下，成品球的抗壓強度可以達到甚至超過基準方案1的2824 N，但是對單一赤鐵礦粉球團，即使采用較高的溫度和較長的時間焙燒，也達不到基準方案1的2824 N。

表4 改變熱制度后各方案的成品球抗壓強度

顯微實驗

球團礦相結構對球團礦強度影響顯著，球團氧化完全,固結以赤鐵礦再結晶長大為主,使球團致密,強度提高,相反球團礦強度低。選取方案1、 3、4、5中強度較高的成品球進行礦相制片及礦相顯微鑒定，鑒定結果見表5。圖1～圖4分別是相應各方案中間部位礦相圖（200倍）。

結合表5及圖1～圖4可以看出， 4種方案中球團礦均以Fe2O3連晶起固結作用，F(xiàn)e2O3為主要鐵相，形狀以板柱狀為主，但晶粒大小在各方案中的表現(xiàn)有所差異。方案1中赤鐵礦晶粒明顯長大，氧化較為充分，已相互交結連成大片，整個結構基本上完全連接成一個整體。方案3中相互交結的赤鐵礦顆粒有所減少，晶粒平均尺寸減小。方案4與方案5結構較為接近，晶粒尺寸明顯減少，晶粒之間連接程度明顯減弱；球團礦中心區(qū)域赤鐵礦顆粒較小，多呈棱角狀或未完全長大，逐層向外晶粒增大，但方案4與方案5晶粒增大趨勢的明顯程度降低。從氣孔分布來看，方案1由于晶粒發(fā)育程度較好，組織結構較為致密，是4種方案中氣孔率最低的，其他3種方案的球團礦組織結構基本上都是以赤鐵礦交織結構與微氣孔及尺寸較大的圓形氣孔共存的方式形成，中心區(qū)域疏松程度較大，其中方案4最為嚴重；除了方案5，在其他方案中均可見磁鐵礦殘余，方案1和3最多，多分布在中心區(qū)域，方案3中還可見磁鐵礦的連晶結構，方案4中的磁鐵礦含量極少，不足1%，多存在于赤鐵礦晶間；各方案球團礦中均存在脈石顆粒，分布較為均勻，方案3中脈石含量最少。

表5 球團礦顯微分析報告

圖1 方案1礦相圖

圖3 方案4礦相圖

圖2 方案3礦相圖

圖4 方案5礦相圖

從礦相鑒定可以看出，磁鐵礦粉球團在預熱焙燒過程中Fe3O4氧化為Fe2O3，放出大量的熱。磁鐵礦粉球團的固結機理主要為Fe2O3的再結晶長大，其結晶規(guī)律均為“初晶—發(fā)育晶—互連，固結強度高；赤鐵礦粉球團在焙燒過程中不放熱，其固結機理主要為Fe2O3的晶粒長大和再結晶，由于Fe2O3不會再氧化，沒有晶格轉變、所以固結困難，造成其預熱和焙燒溫度高，成品球抗壓強度低。隨著球團礦中赤鐵礦比例的增加，雖然經(jīng)過提高焙燒溫度或者延長焙燒時間，但焙燒后的球團礦中赤鐵礦晶粒平均尺寸呈減少趨勢，晶鍵連接有所減弱，說明隨著球團礦中赤鐵礦比例的增加，F(xiàn)e2O3晶粒長大和再結晶變得越來越困難。

化學成分分析

提高礦石的品位是高爐節(jié)焦增鐵的首要內(nèi)容，礦石品位提高后，熔劑用量和渣量減少，礦石消耗降低，不僅減少高爐冶煉的單位熱耗，也改善料柱的透氣性，對順行和提高冶煉強度、降低焦比都極為有利，因此提高礦石品位是改善技術經(jīng)濟指標最有效的措施[3]。

表6 球團礦的化學成分（質(zhì)量分數(shù)） %

對各方案的成品球進行化學分析，分析結果見表6。從表6可以看出，隨著球團中赤鐵礦比例的增加從方案1到方案5成品球的品位逐漸提高，有利于改善高爐的技術經(jīng)濟指標。

方案優(yōu)選

隨著球團中赤鐵礦比例的增加成品球的品位逐漸提高，但是赤鐵礦粉比例提高又會造成其預熱和焙燒溫度高，預熱焙燒時間長勢必影響鏈篦機-回轉窯的能耗和產(chǎn)量。所以綜合考慮上述因素，在保證球團礦質(zhì)量和產(chǎn)量的前提下，又不使其能耗增加太多，筆者認為方案3（赤鐵礦配比為60%）為最佳配礦方案。在膨潤土配比2%的情況下，造球時間10 min、造球水分8.5%左右，熱工制度為950℃預熱10 min、1280℃焙燒10 min時，根據(jù)方案3所生產(chǎn)的生球和成品球的各項性能指標良好，能滿足后續(xù)生產(chǎn)工序的要求。

結束語

隨著赤鐵礦比例的增高，其生球的落下強度和抗壓強度變化規(guī)律不明顯，爆裂溫度呈下降趨勢，但都能滿足后續(xù)生產(chǎn)工序的要求。

實驗表明, 適當提高焙燒溫度或延長焙燒時間在赤鐵礦配比在40%、60%、80%情況下，成品球的抗壓強度可以達到甚至超過基準方案的2824 N，但是對單一赤鐵礦粉球團，即使采用較高的溫度和較長時間焙燒，雖然強度有所提高，但較難達到基準強度。

球團礦礦相結構對球團強度影響顯著。隨著球團礦中赤鐵礦比例的增加，赤鐵礦晶粒平均尺寸呈減少趨勢，晶鍵連接有所減弱，說明隨著球團礦中赤鐵礦比例的增加，F(xiàn)e2O3晶粒長大和再結晶變得越來越困難。

隨著球團中赤鐵礦比例的增加，成品球的品位逐漸提高，有利于改善高爐的技術經(jīng)濟指標。

在保證球團礦質(zhì)量和產(chǎn)量的前提下，又不使其能耗增加太多，筆者認為方案3（赤鐵礦配比為60%）為最佳配礦方案。在膨潤土配比2%、造球時間10 min、造球水分8.5%左右時，其適宜的熱工制度為950℃預熱10 min、1280℃焙燒10 min。

1 葉匡吾.我國球團生產(chǎn)的現(xiàn)狀和展望.燒結球團，2003，28（1）：2-3

2 黃柱成. 以赤鐵礦為主配加磁鐵礦制備的氧化球團礦顯微結構. 中南工業(yè)大學學報（自然科學版），34（6）：606-607

3 羅吉敖.煉鐵學.北京：冶金工業(yè)出版社，1994：450-451

文章描述了在實驗室研究球團赤鐵礦不同配比和不同的預熱焙燒制度情況下的成品球礦性能。目前邯鋼球團礦中赤鐵礦比例由20%增加到80%，通過改變焙燒條件，成品球的抗壓強度得以提高，能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的球團礦。經(jīng)過分析得出：赤鐵礦配比60%為最佳配礦方案，在膨潤土配比2%、造球時間10 min、造球水分8.5%左右時，其適宜的熱工制度為950℃預熱10 min、1280℃焙燒10 min。

河北鋼鐵集團邯鋼公司技術中心，河北 邯鄲 056015

表2 生球的落下、抗壓和爆裂性能

方案 生球水分/% 0.5 m生球落下強度/次 生球抗壓強度/N 生球爆裂溫度/℃1 8.48 4.6 10.7 ＞600 2 8.88 3.5 11.2 ＞600 3 8.52 3.7 10.2 588 4 8.94 3.9 10.4 573 5 9.23 4.5 10.5 545

實驗所測生球的落下、抗壓和爆裂性能見表2，隨著赤鐵礦比例的增加，生球的落下強度和抗壓強度變化規(guī)律不明顯，但0.5 m生球落下強度均大于3次，單個生球平均抗壓強度均大于10 N；生球的爆裂溫度呈下降趨勢，最低的也高于540℃。因此球團中赤鐵礦比例由20%增加到98%，生球的各項性能均能夠滿足后續(xù)生產(chǎn)工序的要求。