桑 斌，常生朝，尤勝強(qiáng)

（安徽工業(yè)大學(xué)冶金工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243002）

高品位的鐵礦石的消耗量飛速增長，低品位礦石開始被更多運(yùn)用，因此礦石中氧化鋁的含量逐漸增加[1]，而像澳大利亞的紐曼山和哈莫斯利，以及印度的卡洛德加和果阿的鐵礦石中，氧化鋁含量均已超過2%[2]?？梢灶A(yù)計(jì)，越來越多的高鋁礦將運(yùn)用于高爐中。所以，研究Al2O3對球團(tuán)礦性能的影響的實(shí)驗(yàn)就顯得非常重要了。

1 實(shí)驗(yàn)原料及方法

本次實(shí)驗(yàn)采用精礦粉與熔劑精煉渣作為球團(tuán)原料，添加不同Al2O3配比，各組w（Al2O3）分別為：1.16%（不加Al2O3）、2.00%、3.00%、4.00%、5.00%，研究生球強(qiáng)度、焙燒后成品球強(qiáng)度、還原性及金屬鐵析出形貌。m（FeO）:m（TFe）比值大于28.6%，表明此種精礦粉為磁鐵礦[3]。精煉渣中含有較高的w（SiO2），為11.86%。SiO2的含量過高，需要添加更多的CaO，球團(tuán)抗壓強(qiáng)度降低，且會(huì)降低磁鐵礦的還原膨脹率。精礦粉粒徑-0.074 mm占比83.55%，而精煉渣粒徑主要集中在0.074～0.165 mm內(nèi)，粒徑較粗，影響球團(tuán)強(qiáng)度。

根據(jù)配比稱取烘干后2 kg精礦粉，精煉渣做熔劑，加入不等量Al2O3，在混勻器中進(jìn)行混勻；將混勻后的混合料加5%水的潤濕，靜置30 min后，在圓盤造球機(jī)上進(jìn)行造球，造球時(shí)間為25～30 min；球團(tuán)造好后，利用10.0～12.5 mm的圓孔篩篩分出合格生球，生球水分控制在7.5%左右，檢測生球質(zhì)量。而圓盤造球機(jī)主要參數(shù)：圓盤直徑為1 000 mm，擋板高130 mm，圓盤傾角實(shí)驗(yàn)設(shè)置為45°，圓盤轉(zhuǎn)速為22 r/min。從圓盤造球機(jī)中隨機(jī)取出生球測定數(shù)值，生球質(zhì)量合格的球團(tuán)先在105℃的烘箱中保溫8 h，再對精煉鋼渣制備的高堿度球團(tuán)進(jìn)行預(yù)熱及焙燒實(shí)驗(yàn)，預(yù)熱溫度為950℃，焙燒溫度固定為1 250℃。在高溫焙燒條件下，磁鐵礦球團(tuán)氧化過程從外表面沿同心球面的方向向內(nèi)推進(jìn)，F(xiàn)e2O3形成晶粒擴(kuò)散能力增強(qiáng)，并經(jīng)過再結(jié)晶長大，以及液相黏結(jié)使得球團(tuán)具有較高的強(qiáng)度。之后對焙燒后的球團(tuán)礦進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、孔隙率的測定以及礦相分析。根據(jù)國標(biāo)條件進(jìn)行的球團(tuán)還原膨脹實(shí)驗(yàn)，通過測定球團(tuán)還原反應(yīng)前后的體積變化，來計(jì)算球團(tuán)還原膨脹率以及還原度，并通過掃描電鏡檢測手段分析球團(tuán)表面的微觀結(jié)構(gòu)及金屬析出的形貌。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 Al2O3對球團(tuán)礦生球性能的影響

成品球團(tuán)生球性能的變化規(guī)律：隨著Al2O3配比增加，生球落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均呈先升高后降低的趨勢，w（Al2O3）在1.16%～2.00%范圍內(nèi)增加時(shí)，球團(tuán)的生球落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均呈上升的趨勢，w（Al2O3）在2.00%～5.00%范圍內(nèi)增加時(shí)，球團(tuán)的生球落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度快速下降。當(dāng)w（Al2O3）為2.00%時(shí)，生球落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到最大（6.7次、18.44 N）；當(dāng)w（Al2O3）為5.00%時(shí)，生球落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到最?。?.2次、11.51 N）。爆裂溫度看不出規(guī)律變化，在450～500℃范圍內(nèi)波動(dòng)。而水分保持在7.5%左右。

2.2 Al2O3對焙燒后球團(tuán)的影響

2.2.1 Al2O3對球團(tuán)孔隙率的影響

成品球團(tuán)孔隙率的變化規(guī)律：隨著w（Al2O3）的增加，球團(tuán)孔隙率呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢。w（Al2O3）在1.16%～2.00%范圍內(nèi)增加時(shí)，球團(tuán)孔隙率略微下降；w（Al2O3）在2.00%～5.00%范圍內(nèi)增加時(shí)，球團(tuán)孔隙率會(huì)快速增加。當(dāng)w（Al2O3）為2.00%時(shí)孔隙率最低（10.82%）；當(dāng)w（Al2O3）為5.00%時(shí)孔隙率最高（15.71%）。

2.2.2 Al2O3對球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的影響

成品球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律：隨著w（Al2O3）增加，球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度先升高后降低。w（Al2O3）在1.16%～2.00%范圍內(nèi)增加時(shí)，球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度略微增加；w（Al2O3）在2.00%～5.00%范圍內(nèi)增加時(shí)，球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度逐漸降低。當(dāng)w（Al2O3）為2.00%時(shí)，球團(tuán)抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大（2 568 N）；當(dāng)w（Al2O3）為5.00%時(shí)，球團(tuán)抗壓強(qiáng)度最低（1 674.7 N）。

2.2.3 Al2O3對球團(tuán)礦相結(jié)構(gòu)的影響

當(dāng)w（Al2O3）在1.16%～4.00%范圍內(nèi)時(shí)，焙燒球團(tuán)的物相組成主要是Fe2O3、鐵酸鈣以及硅鋁酸鹽（2FeO·2Al2O3·5SiO2）；當(dāng)w（Al2O3）為5.00%時(shí)，焙燒球團(tuán)物相除Fe2O3、鐵酸鈣以及2FeO·2Al2O3·5SiO2以外，還有黃長石。當(dāng)添加少量的Al2O3時(shí)，Al2O3進(jìn)入硅酸鹽體系形成2FeO·2Al2O3·5SiO2，從而減少了FeO、Fe3O4與SiO2的結(jié)合量，釋放了FeO和Fe3O4的一部分，從而降低了鐵橄欖石對再結(jié)晶和多晶生長的抑制作用，改善了Fe2O3的重結(jié)晶，導(dǎo)致球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度略有升高。但是，隨著w（Al2O3）繼續(xù)增加，單獨(dú)存在的一部分Al2O3分散在球團(tuán)礦中，這種高熔點(diǎn)的Al2O3質(zhì)點(diǎn)將會(huì)阻礙離子在晶格之間的擴(kuò)散以及晶粒之間多晶的長大，球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度逐漸下降，另外脈石之間也會(huì)發(fā)生反應(yīng)生成如黃長石等。

2.3 Al2O3對球團(tuán)還原膨脹率及還原性的影響

2.3.1 Al2O3對球團(tuán)還原膨脹的影響

w（Al2O3）為1.16%時(shí)，球團(tuán)表面裂紋較大，膨脹率也比較大；隨著w（Al2O3）的增加，球團(tuán)的裂紋逐漸增大，數(shù)量也增多，膨脹得也越來越嚴(yán)重，球團(tuán)結(jié)構(gòu)遭到破壞，尤其w（Al2O3）為2%時(shí)膨脹最為嚴(yán)重；隨著w（Al2O3）的繼續(xù)增加，球團(tuán)表面裂紋開始逐漸變小，球團(tuán)的強(qiáng)度逐漸升高，還原膨脹率也逐漸降低。

成品球團(tuán)還原膨脹率的變化規(guī)律：隨著球團(tuán)中w（Al2O3）增加，球團(tuán)的還原膨脹率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。w（Al2O3）在1.16%～2.00%范圍內(nèi)增加時(shí)，球團(tuán)的還原膨脹率呈逐漸增大的趨勢，當(dāng)w（Al2O3）在2.00%～5.00%范圍內(nèi)增加時(shí)，球團(tuán)的還原膨脹率減小。在w（Al2O3）為2.00%時(shí)，還原膨脹率達(dá)到最大（21.29%）；在w（Al2O3）為5.00%時(shí)，還原膨脹率達(dá)到最?。?5.71%）。

2.3.2 Al2O3對球團(tuán)還原性的影響

成品球團(tuán)還原度的變化規(guī)律：隨著球團(tuán)中w（Al2O3）增加，球團(tuán)的還原度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。w（Al2O3）在1.16%～2.00%時(shí)，球團(tuán)的還原度快速增加；w（Al2O3）在2.00%～5.00%時(shí)，球團(tuán)的還原度略微減小。當(dāng)w（Al2O3）為1.16%時(shí)，球團(tuán)的還原度最?。?1.58%）；當(dāng)w（Al2O3）為2.00%時(shí)，球團(tuán)的還原度最大（50.97%）。

2.4 Al2O3對還原后球團(tuán)微觀結(jié)構(gòu)的影響

當(dāng)球團(tuán)中添加少量Al2O3時(shí)，球團(tuán)結(jié)構(gòu)較緊密，沒有鐵晶須的生成，球團(tuán)中的金屬鐵主要以顆粒狀的鐵層存在；隨著w（Al2O3）繼續(xù)增加，球團(tuán)內(nèi)出現(xiàn)少量粗短狀的晶須，球團(tuán)的還原膨脹增大；當(dāng)w（Al2O3）較多時(shí)，金屬鐵以塊狀形式存在，球團(tuán)還原膨脹減小。由此表明，隨著球團(tuán)中的w（Al2O3）增加，對鐵晶須的生成的抑制作用就更強(qiáng)烈，且金屬鐵的形貌還影響球團(tuán)的還原膨脹率的大小。

不同w（Al2O3）球團(tuán)還原后的金屬鐵主要來源于Fe2O3、鐵酸鈣以及鋁硅酸鹽（2FeO·2Al2O3·5SiO2）。還原后的球團(tuán)主要由Fe、O、Si和Ca元素組成，其中Zr元素為檢測誤差。

3 結(jié)論

本文以精礦粉、精煉渣熔劑為基礎(chǔ)原料，配加不同w（Al2O3）造球，研究Al2O3對球團(tuán)礦性能的影響，得出以下結(jié)論：

1）生球變化規(guī)律：隨著w（Al2O3）增加，生球落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均呈先升高后降低的趨勢。在w（Al2O3）為2.00%時(shí)，生球落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大，分別為6.7次、18.44 N；在w（Al2O3）為5.00%時(shí)，生球落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度達(dá)到最小，分別為4.2次、11.51 N。

2）成品球團(tuán)孔隙率的變化規(guī)律：隨著w（Al2O3）增加，球團(tuán)孔隙率呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，當(dāng)w（Al2O3）為2.00%時(shí)孔隙率最低（10.82%）。

3）成品球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律。隨著w（Al2O3）增加，球團(tuán)抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。在w（Al2O3）為2%時(shí)抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大（2 568 N）；在w（Al2O3）為5.00%時(shí)抗壓強(qiáng)度最低（1 674.7 N）。

4）成品球團(tuán)還原膨脹率的變化規(guī)律。隨著w（Al2O3）增加，球團(tuán)還原膨脹率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。在w（Al2O3）為2.00%時(shí)還原膨脹率達(dá)到最大（21.29%）；在w（Al2O3）為5.00%時(shí)還原膨脹率達(dá)到最?。?5.71%）。

5）成品球團(tuán)還原性的變化規(guī)律：隨著w（Al2O3）增加，球團(tuán)還原度呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。

6）成品球團(tuán)還原60 min后金屬鐵析出形貌的變化規(guī)律：隨著w（Al2O3）增加，對鐵晶須生成的抑制作用就更強(qiáng)烈，且金屬鐵析出的形貌還影響球團(tuán)的還原膨脹率的大小。