尹紀峰

(山東省冶金設計院股份有限公司)

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伊朗磁鐵精礦成球性能的試驗研究

尹紀峰

(山東省冶金設計院股份有限公司)

摘要為獲取伊朗磁鐵精礦Z礦和S礦制備球團礦的科學數(shù)據(jù)和技術依據(jù)，進行了磁鐵精礦的原料特性分析和小型球團造球試驗研究。通過試驗可以看出：兩種磁鐵礦具有較好的成球性和親水性能，但兩種磁鐵礦的比表面積偏低需進一步處理提升比表面積；經(jīng)過處理的Z礦和S礦進行成品球團礦性能試驗，成品球的抗壓強度大于2 500 N/球，能夠滿足工藝需求。

關鍵詞磁鐵精礦成球性能球團礦抗壓強度

直接還原球團礦(DRI)含鐵量高、成分穩(wěn)定而純凈，不僅是替代廢鋼的理想電爐原料，而且是冶煉優(yōu)質(zhì)鋼和特殊鋼時不可缺少的稀釋劑，發(fā)達國家電爐爐料比中DRI已高達40%～50%。此類方法中，目前技術成熟且應用較廣的為“二步法”直接還原工藝?！岸椒ā币耘驖櫷翞轲そY(jié)劑，將鐵精礦造球，先經(jīng)高溫(1 200～1 300 ℃)氧化焙燒固結(jié)后，再入窯或入爐進行煤基或氣基直接還原。

山東省冶金設計院股份有限公司承接伊朗某球團廠設計工作，在設計使用磁鐵精礦制備作直接還原使用的氧化球團之前，委托中南大學開展磁鐵精礦鏈篦機—回轉(zhuǎn)窯球團生產(chǎn)工藝的試驗研究，通過研究磁鐵精礦的各項特性和成球性能及冶金性能，以獲取設計球團廠充分的科學數(shù)據(jù)及在生產(chǎn)過程高效利用磁鐵精礦制備球團礦的技術依據(jù)。

1原料性能檢測

1.1鐵精礦性能分析

1.1.1化學成分

鐵精礦的化學成分分析結(jié)果見表1。

表1鐵精礦化學成分含量

%

由表1可知，磁鐵精礦含鐵品位高，其鐵品位均高于66%，硅含量及其他雜質(zhì)含量低；從化學成分看，該鐵精礦適合作為直接還原煉鐵工藝的含鐵原料；由FeO含量可知，該磁鐵礦屬于混合礦類型，主要組分為磁鐵礦，磁鐵礦在預熱焙燒過程發(fā)生氧化反應有利于降低球團生產(chǎn)的能耗，但兩種磁鐵礦中S礦MgO含量高達1.88%，硫含量仍有0.21%，這有可能影響磁鐵礦的氧化及后續(xù)球團固結(jié)。

1.1.2粒度組成分析

通過水篩，測定鐵精礦的粒度組成，其結(jié)果見表2。

表2　鐵精礦粒度組成

由表2可知，這兩種鐵精礦僅Z礦的粒度勉強達到造球?qū)﹁F精礦粒度的要求，S礦粒度明顯偏粗，不適合用于直接造球；若能進一步細磨，將有助于改善細磨物料的成球性能，降低膨潤土用量，提高生球強度。

1.1.3物理性質(zhì)

鐵精礦的靜態(tài)成球性指數(shù)大小可用來評價該礦是否易于成球[1-3]，而成球性指數(shù)則通過測定最大分子水和最大毛細水得到[3]，其測定結(jié)果見表3。

表3　鐵精礦物理性質(zhì)

由表3可知，兩種磁鐵精礦都具有良好的親水性能，但要求造球原料的比表面積達到1 500～ 1 900 cm2/g，兩種鐵精礦的比表面積都遠小于球團生產(chǎn)對鐵精礦比表面積的要求，因此其動態(tài)成球性能有可能較差。

1.2膨潤土性能分析1.2.1化學成分分析

膨潤土的化學成分分析結(jié)果見表4。表4膨潤土化學成分分析結(jié)果

%

由表4可知，該膨潤土除了主要含有硅、鋁氧化物外，所含CaO含量達到6.26%，與此同時也含有超過3%的Na2O+K2O，初步推斷該膨潤土介于天然的鈣基膨潤土和鈉基膨潤土之間，更偏向于是一種天然鈣基土。

1.2.2物理性質(zhì)

膨潤土的相關物理性能見表5。

由表5可知，該膨潤土蒙脫石含量、吸水率和膨脹容均達到一級標準，而粒度組成中-0.075 mm粒級含量為90.30%，達不到二級標準的 -0.075 mm粒級含量大于99%，因此仍需進一步細磨以改善膨潤土的性能[1-3]。

表5　膨潤土物理性質(zhì)

1.3石灰石性能分析1.3.1石灰石化學成分分析

由于鐵礦石的脈石成分絕大多數(shù)以SiO2為主，故常用CaO和MgO的堿性熔劑。試驗使用石灰石調(diào)節(jié)球團堿度，其化學成分見表6。石灰石可以在一定程度上改善球團的還原性和抗壓強度，但也會在一定程度上影響球團的還原膨脹。

表6石灰石化學成分含量

%

1.3.2物理性質(zhì)

通過水篩測定石灰石的粒度組成，其結(jié)果見表7。由表7可知，其粒度可滿足造球的要求。

表7　石灰石粒度組成

2小型球團試驗

2.1造球試驗 2.1.1膨潤土用量對生球性能的影響

原料經(jīng)不同預處理后，得到不同的造球原料，造球原料的相應標記如下所示。Si表示S礦經(jīng)i次高壓輥磨后所得的原料，其中i= 0，1。S(HPRG 150%)表示S礦經(jīng)過以150%的比例做邊料循環(huán)后所得的原料；S(HPRG 210%)表示S礦經(jīng)過以210%的比例做邊料循環(huán)后所得的原料。Zj表示Z礦經(jīng)j次高壓輥磨后所得的原料，其中j=0，1，2。Z(HPRG 150%)表示Z礦經(jīng)過以150%的比例做邊料循環(huán)后所得的原料；Z(HPRG 210%)表示Z礦經(jīng)過以210%的比例做邊料循環(huán)后所得的原料。Z(BM 10 min)表示Z礦經(jīng)10 min球磨后所得的原料；Z(BM 30 min)表示Z礦經(jīng)30 min球磨后所得的原料；Z(BM 50 min)表示Z礦經(jīng)50 min球磨后所得的原料；Z(先BM 10 min再HPRG 1次)表示Z礦經(jīng)10 min球磨后再進行一次高壓輥磨所得的原料[2]。對各種原料的比表面積進行測定，試驗結(jié)果見表8。

由表8可知，經(jīng)過各種預處理后的S礦和Z礦，其比表面積均得到提高，從而有利于改善鐵精礦的動態(tài)成球性能。

表8不同處理的鐵精礦比表面積

cm2/g

在考察膨潤土用量對生球性能的影響時，固定造球時間為12 min，緊密時間為2 min。對S礦和Z礦分別進行各種預處理，然后對處理后的原料進行造球試驗來考察膨潤土用量對各個原料生球性能的影響，當對各種原料的生球進行考察時，分別固定造球水分，試驗結(jié)果見表9。

由表9可知，經(jīng)過預處理后的鐵精礦，其生球性能均得到一定的改善；無論S礦還是Z礦，對鐵精礦以210%的比例做邊料循環(huán)的預處理方法對于降低膨潤土的用量效果最佳；而且經(jīng)該處理方式的鐵精礦造球后所得生球的性能也符合工業(yè)生產(chǎn)要求。

2.1.2造球時間對生球性能的影響

分別考察造球時間對S(HPRG 210%)和Z(HPRG 210%)的生球性能的影響，相應造球參數(shù)固定為：S(HPRG 210%)和Z(HPRG 210%)的膨潤土配比依次為0.4%和1.4%，造球水分以各原料最適宜的水分為準，造球過程中生球緊密時間固定在2 min，試驗結(jié)果見表10。

由表10可知，造球時間由9 min增加到12 min時，生球的落下強度和抗壓強度均有所提高，但由12 min增加到15 min時，生球的落下強度基本保持在6.0次/0.5 m左右，生球的抗壓強度也變化不大；在造球時間為9～15 min時，生球的爆裂溫度均大于600℃；S(HPRG 210%)的適宜造球時間為12～15 min，Z(HPRG 210%)的適宜造球時間為9～12 min；在各自的適宜造球時間下，所得生球的落下強度能達到6.0次/0.5 m左右，生球的抗壓強度均大于10N/球，滿足工業(yè)生產(chǎn)要求[2-3]。

2.1.3造球水分對生球性能的影響

考察造球水分對S(HPRG 210%)和Z(HPRG 210%)的生球性能的影響，相應造球參數(shù)固定為：S(HPRG 210%)和Z(HPRG 210%)的膨潤土配比依次為0.4%和1.4%，造球時間為12 min，緊密時間為2 min，試驗結(jié)果見表11。

由表11可知，在上述造球水分的條件下，所得生球的爆裂溫度均大于600 ℃;隨造球水分的增大，生球的落下強度明顯增大，而生球的抗壓強度略有下降，但都大于10 N/球；S(HPRG 210%)的適宜造球水分為7.0%～7.5%，Z(HPRG 210%)的適宜造球水分為7.5%～8.0%；在上述適宜造球水分下，生球的各項性能均能達到工業(yè)生產(chǎn)的要求。

表9　膨潤土對生球性能的影響

表10　造球時間對生球性能的影響

表11　造球水分對生球性能的影響

2.1.4堿度對生球性能的影響

在配料過程中添加含有CaO的礦物或其他熔劑生產(chǎn)的球團統(tǒng)稱為熔劑性球團。有研究表明，一定堿度范圍內(nèi)，熔劑性球團在抗壓強度及冶金性能等方面都有顯著改善。但熔劑性球團礦相結(jié)構(gòu)較復雜，焙燒過程中也可能產(chǎn)生很多液相，從而減少焙燒球的抗壓強度[4]。

考察堿度對S1和Z(HPRG 210%)的生球性能的影響，所采用的調(diào)堿度的添加劑為石灰石。相應造球參數(shù)固定為：S1和Z(HPRG 210%)的膨潤土配比依次為1.0%和1.4%，造球時間為12 min，緊密時間為2 min，試驗結(jié)果見表12。

表12　堿度對生球性能的影響

由表12可知，隨著球團堿度的提高，其生球落下強度整體上有所提高；對于S1球團，隨著堿度的提高，爆裂溫度變化不大；對于Z(HPRG 210%)球團，隨著堿度的提高，從整體上來看，爆裂溫度出現(xiàn)降低的趨勢。

2.2預熱焙燒試驗

從造球試驗數(shù)據(jù)可以看出，兩種磁鐵礦分別經(jīng)過單一高壓輥磨預處理或210%邊料循環(huán)高壓輥磨預處理后才能滿足造球生產(chǎn)要求，所以選用此類生球進行預熱焙燒試驗。

2.2.1預熱制度2.2.1.1預熱溫度

固定預熱時間10 min，考察預熱溫度對預熱球強度的影響，試驗結(jié)果見表13。

表13　預熱溫度對預熱球抗壓強度的影響

由表13可知，隨著預熱溫度的提高，預熱球的抗壓強度也相應提高；根據(jù)試驗結(jié)果，選取的各造球原料的適宜預熱溫度為S(HPRG 210%)：950 ℃, Z(HPRG 210%)：900 ℃。

2.2.1.2預熱時間

選取適宜預熱溫度后，固定預熱溫度，考察預熱時間對預熱球抗壓強度的影響，試驗結(jié)果見表14。

表14　預熱時間對預熱球抗壓強度的影響

由表14可知，隨著預熱時間的增加，預熱球的抗壓強度相應增加；根據(jù)試驗結(jié)果，選取的各造球原料的適宜預熱制度見表15。

表15　適宜預熱制度

2.2.2焙燒制度2.2.2.1焙燒溫度

在上述適宜的預熱制度和固定焙燒時間為12 min的條件下，考察焙燒溫度對焙燒球強度的影響。試驗結(jié)果見表16。

表16　焙燒溫度對焙燒球抗壓強度的影響

由表16可知，隨著焙燒溫度的升高，各原料的焙燒球抗壓強度呈現(xiàn)升高的趨勢。根據(jù)試驗結(jié)果，選取的各造球原料的適宜焙燒溫度為S(HPRG 210%)：1 240 ℃，Z(HPRG 210%)：1 210 ℃。

2.2.2.2焙燒時間

在適宜預熱制度和焙燒溫度的前提下，考察焙燒時間對焙燒球抗壓強度的影響，試驗結(jié)果見表17。

表17　焙燒時間對焙燒球抗壓強度的影響

由表17可知，隨著焙燒時間的增加，各個造球原料的焙燒球抗壓強度基本呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。根據(jù)上述試驗結(jié)果，選取的各造球原料的適宜預熱焙燒制度見表18。

表18　適宜預熱焙燒制度

2.3成品球團礦冶金性能試驗

2.3.1化學成分

成品球團礦的化學成分分析結(jié)果見表19。

表19成品球團礦化學成分含量分析

%

成分TFeFeOSiO2Al2O3K2O含量S(HPRG210%)67.240.531.780.500.03Z(HPRG210%)67.090.352.430.240.02成分Na2OCaOMgOPS含量S(HPRG210%)0.101.291.840.02080.0017Z(HPRG210%)0.100.280.420.00470.0012

由表19可知，成品球全鐵品位高，達到66.1%以上，硅及其他雜質(zhì)含量低，是優(yōu)質(zhì)的直接還原用爐料。

2.3.2物理性質(zhì)

成品球粒度分布結(jié)果(見表20)表明，粒度組成良好，主要分布在12～15 mm，可滿足后續(xù)冶煉生產(chǎn)要求。成品球堆密度、孔隙率以及裂紋率見表21。

表20　成品球團粒級組成

由表21可知，各合格成品球的堆密度均相差不大，各方案成品球的裂紋率小于40%，成品球上絕大部分裂紋為細小的裂紋，這對成品球的抗壓強度影響不大，各個方案所得成品球強度均大于2 800 N/球。

表21　成品球團物理特性

2.3.3冶金性能

為考察成品球在豎爐中的還原行為，采用基于HYL法的還原性(RI)，還原膨脹率(RSI)[3-4]，低溫還原粉化率(RDI)，金屬化率的測定方法，對其冶金性能進行了研究，試驗結(jié)果見表22。

表22　冶金性能

3結(jié)語

(1)S礦和Z礦兩種磁鐵精礦屬于磁赤混合礦類型，全鐵含量高，均大于68%，硅、鋁含量低，從化學成分角度可作為優(yōu)質(zhì)的直接還原原料使用。S礦中硫和MgO含量高，在制備氧化球團時將會影響球團的氧化固結(jié)，降低球團強度。

(2)兩種磁鐵礦具有較好的成球性，表明親水性能較好；但兩種磁鐵礦的比表面積偏低，最高只有1 000 cm2/g左右，尤其S礦粒度偏差，比表面積僅600 cm2/g左右，因此兩種磁鐵礦均需進一步提高比表面積，才適合進行球團制備。膨潤土除粒度偏粗外其他質(zhì)量優(yōu)良，建議在實際生產(chǎn)中進一步細磨膨潤土，保證-0.074 mm粒度比例大于99%。

(3)在最佳造球條件下，兩種磁鐵礦分別經(jīng)過單一高壓輥磨預處理或210%邊料循環(huán)高壓輥磨預處理后，S礦在添加0.4%～1.0%的膨潤土或Z礦在添加1.4%左右的膨潤土時，生球質(zhì)量指標能滿足工業(yè)生產(chǎn)要求：落下強度>6次/0.5 m，抗壓強度>10 N/球，爆裂溫度>600 ℃。

(4)通過小型球團試驗，得出適宜的預熱焙燒制度為：預熱溫度900～950℃，預熱時間6～10min，焙燒溫度1210～1240℃，焙燒時間9min([3])。在以上條件下單一Z礦得到的成品球團礦，抗壓強度大于3000N/球；而單一S礦經(jīng)調(diào)整堿度到0.65后，抗壓強度大于2800N/個；配加Z礦有利于改善S礦的球團焙燒性能。

(5)成品球團冶金性能指標良好，采用希爾法測定的還原度大于96%，金屬化率大于94.5%，還原膨脹率小于12%。但制備出的氧化球團用于氣基直接還原，其還原球強度偏低，部分樣品還原粉化測試后未破損球團比例偏低，將有可能不利于氣基還原生產(chǎn)進行。

參考文獻

[1]傅菊英.含鐵礦物成球性指數(shù)K的研究[J].燒結(jié)球團，1992(4):4-7.

[2]彭志偉，李光輝，唐兆坤，等.改善鐵精礦成球性能的研究[J].鋼鐵，2008(12)：7-9.

[3]熊守安，朱德慶，范曉慧，等.鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯法氧化球團礦試驗研究[J].燒結(jié)球團，2002，27(4)：1-6.

[4]呂志義，陳革，馬利，等.不同堿度及含氧化鎂球團礦試驗研究[J].包鋼科技，2003，29(4):1-3.

Experiment on Pelletization Ability of Magnetite Concentrate from Iran

Yin Jifeng

(Shandong Metallurgical Design Institute Co., Ltd.)

AbstractIn order to obtain the scientific data and technical basis of pellets preparation by Iran magnetite concentrate Z-ore and S-ore, the material characteristic analysis of the magnetite concentrate and small balls pelletizing tests were conducted. The results indicated that: the two kinds of magnetite has good pelletization ability and hydrophilic, specific surface area of the two kinds magnetite was a bit low, need further treatment to be increased; finished pellets ore performance tests was conducted on the processed Z-ore and S-ore, the compressive strength of finished product ball is higher than 2 500 N/P, can satisfy the process requirements.

KeywordsMagnetite concentrate, Pelletization ability, Pellets ore, Compressive strength

(收稿日期2016-01-07)

尹紀峰(1982—)，男，工程師，250000 山東省濟南市高新區(qū)舜華路1969號。