張 輝，李志斌，劉沛江，周明順，段立祥，彭 彬，劉弘禮

（1.鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009；2.鞍鋼股份有限公司 煉鐵總廠，遼寧 鞍山 114001）

球團是一種高品質煉鐵爐料，具有品位高、冶金性能良好和雜質少等優(yōu)點［1－2］，已成為高爐爐料結構的重要組成，在煉鐵生產中起著重要作用［3－4］。隨著高爐強化冶煉程度提高，優(yōu)質球團需求量增加，而自產精礦的產量和品質均逐年下降，因此應用于球團生產的精礦種類頻繁變動，本地產和外購赤鐵精礦開始應用于球團生產。鑒于磁鐵礦和赤鐵礦在預熱和焙燒過程的氧化固結有很大差異［5］，本文進行了鞍鋼帶式機球團生產中大比例配加赤鐵精礦的優(yōu)化配礦研究。

1 試驗原料和方案

1.1 試驗原料

帶式機球團優(yōu)化配礦試驗原料為精礦A、B和C以及黏結劑，其成分如表1所示。由表1可知，精礦A鐵品位67.55%、FeO含量28.54%，屬于高品位磁鐵精礦；精礦B的FeO含量11.16%，屬于假象赤鐵精礦；精礦C鐵品位67.02%、FeO含量0.35%，屬于高品位赤鐵精礦；黏結劑為復合鈉基膨潤土。

表1 試驗原料化學成分（質量分數）／%

鐵精礦粒度組成和成球指數如表2所示。精礦A和B中－0.075 mm粒級占比均大于90%，平均粒徑分別為0.03 mm和0.034 mm，成球指數在0.6～0.8之間，成球性能良好。精礦C中－0.075 mm粒級占比為81.89%，平均粒徑0.041 mm，成球指數0.42，成球性能中等。

表2 精礦粒度組成與成球指數

1.2 試驗方案

以球團車間精礦配比為基準，逐步提高精礦B配比，同步降低精礦A配比；然后用精礦C替代精礦B，試驗方案如表3所示。在此基礎上，研究大比例配加赤鐵精礦的適宜黏結劑配比和焙燒制度。

表3 球團優(yōu)化配礦試驗方案（質量分數）／%

2 試驗結果及分析

2.1 赤鐵精礦適宜配加比例的研究

磁鐵精礦A與赤鐵精礦B和C的適宜配礦方案對球團指標的影響如表4所示。由表4可知，生球落下強度和抗壓強度均隨精礦B配比提高而降低；精礦B配比超過50%時，落下強度降低幅度較大。固定精礦A配比50%，用精礦C同比替代精礦B，精礦C配比提高到15%時，生球落下強度和抗壓強度不能滿足生產要求，因為精礦中－0.044 mm粒級含量對造球具有決定意義［6］，而精礦C粒度較粗，－0.044 mm粒級占比只有63.25%，成球性遠低于精礦B，當其達到一定比例后無論作為成核粒子還是黏附粉，都會降低生球強度。成品球抗壓強度隨精礦B配比提高而降低，當精礦B配比提高到60%時，成品球抗壓強度低于2 200 N；固定精礦A配比50%，精礦C同比替代精礦B的適宜比例為10%，因為精礦C為赤鐵礦，隨著其配比增加，球團中新生活性赤鐵礦減少，顆粒之間微晶鍵的再結晶減弱，球團強度降低。

表4 配加赤鐵精礦球團指標

還原度隨精礦B配比提高而降低，當精礦B配比超過55%時，還原度低于66%。固定精礦A配比為50%，精礦C同比替代精礦B的比例不超過15%時，還原度降低幅度不大；精礦C同比替代精礦B的比例提高到15%時，膨脹率不能滿足生產要求。因為隨赤鐵精礦配比增加，一方面球團中原生的赤鐵礦增多，相比次生赤鐵礦，其還原過程中產生的應力更大；另一方面高比例赤鐵礦球團，其強度顯著降低，抵抗還原破壞的能力減弱［7］。

2.2 大比例配加赤鐵精礦適宜黏結劑配比的研究

研究4＃和7＃方案的適宜黏結劑配比，結果如圖1和圖2所示。由圖1可知，4＃和7＃方案生球落下強度和抗壓強度均隨黏結劑配比增加而提高，因為黏結劑是一種高分散物質，增加了顆粒之間的黏結力。在黏結劑配比相同時，4＃和7＃方案生球落下強度和抗壓強度均低于1＃方案，這是由精礦自身成球性決定的。從生球指標看，4＃方案生球在黏結劑配比為0.7%時滿足生產要求，而7＃方案生球黏結劑配比則需達到0.8%。由圖2可知，4＃和7＃方案干球抗壓強度隨黏結劑配比增加而提高，因為黏結劑呈細片晶分散在水中，干燥過程中片晶和水分集中在礦粒聯接點，形成聯接橋［8］；4＃方案黏結劑配比0.7%的干球抗壓強度與7＃方案黏結劑配比0.8%的接近；黏結劑配比相同時，4＃和7＃方案干球的抗壓強度均低于基準。4＃和7＃方案生球爆裂溫度均隨黏結劑配比增加而提高，因為黏結劑配比增加，內部水分可以擴散到表面的黏結劑晶層，不易造成內部蒸汽壓過剩［6］；4＃和7＃方案在黏結劑配比0.5%～0.9%范圍內，生球爆裂溫度滿足球團生產要求。從黏結劑配比對生球和干球指標的影響看，4＃方案的適宜黏結劑配比為0.7%～0.8%，7＃方案的適宜黏結劑配比為0.8%～0.9%。

圖1 黏結劑配比對生球指標的影響

圖2 黏結劑配比對干球抗壓強度和生球爆裂溫度的影響

2.3 大比例配加赤鐵精礦適宜焙燒制度的研究

以4＃和7＃方案生球為焙燒生球，研究大比例配加赤鐵礦的適宜焙燒制度。在焙燒時間一致的條件下，固定焙燒溫度1 250℃，研究預熱溫度對球團強度的影響；固定預熱溫度950℃，研究焙燒溫度對球團強度的影響，結果如圖3所示。由圖3可知，4＃方案球團的抗壓強度隨預熱溫度提高先提高后趨于平衡，在預熱溫度為975℃時取得最大值，因為預熱溫度提高，球團中Fe2O3再結晶聯接增強，但當溫度過高時球團表面形成一個致密外殼，阻礙內部結晶進程［9］。7＃方案球團的抗壓強度隨預熱溫度提高而提高；當預熱溫度超過950℃時，抗壓強度提高幅度不大。預熱溫度超過900℃且預熱溫度相同時，7＃方案球團的抗壓強度均低于4＃方案，因為外購精礦C粒度較粗且FeO含量極低，影響焙燒過程顆粒的再結晶和聚晶固結。

圖3 焙燒制度對球團強度的影響

4＃和7＃方案球團的抗壓強度均隨焙燒溫度提高而提高。焙燒溫度超過1 245℃后再繼續(xù)提高焙燒溫度時，4＃方案球團抗壓強度提高幅度不大；焙燒溫度超過1 260℃后再繼續(xù)提高焙燒溫度時，7＃方案球團抗壓強度提高幅度減??；這是因為隨著焙燒溫度升高，赤鐵礦晶粒擴散再結晶增強，但是當焙燒溫度超過某一溫度時，球團內各顆粒再結晶基本完成，連結成一個整體［10］，繼續(xù)提高焙燒溫度對球團強度影響不明顯。焙燒溫度相同時，4＃方案球團的抗壓強度高于7＃方案。綜合預熱溫度和焙燒溫度對球團抗壓強度的影響，4＃方案球團的適宜焙燒制度為預熱溫度935～950℃、焙燒溫度1 235～1 250℃；7＃方案球團的適宜焙燒制度為預熱溫度960～975℃、焙燒溫度1 255～1 270℃。

2.4 不同配礦結構球團微觀結構的研究

在焙燒制度一致的條件下，1＃、4＃和7＃方案球團的微觀結構如圖4所示。由圖4可知，1＃方案球團顯微結構均勻，赤鐵礦為主要金屬相，多呈他形晶，少量呈半自形晶；赤鐵礦晶粒發(fā)育優(yōu)良，再結晶完全互連，整個物相構成了一個牢固的整體。4＃方案球團顯微結構基本均勻，赤鐵礦再結晶發(fā)育良好，互連程度加強，但內部小氣孔較多，氣孔率較高。7＃方案球團顯微結構不均勻，赤鐵礦再結晶發(fā)育不良，存在單獨未充分固結的顆粒，因此7＃方案球團抗壓強度較低、冶金性能較差。

圖4 不同配礦方案球團礦微觀結構

2.5 工業(yè)應用試驗

提高赤鐵礦配比的工業(yè)試驗在帶式機球團車間進行。首先提高赤鐵精礦B的配比，按50%精礦A配加50%精礦B試驗；然后用10%精礦C同比替代精礦B，按50%精礦A配加40%精礦B和10%精礦C試驗。工業(yè)試驗參數如表5所示，試驗結果如表6所示。

表5 工業(yè)試驗參數

表6 工業(yè)試驗球團指標

由表6可知，赤鐵精礦B配比提高到50%，生球落下強度和抗壓強度分別為5.52次／（0.5 m）和12.95 N／球；成品球抗壓強度達到2 798 N／球，還原度和膨脹率分別為69.92%和12.84%。10%精礦C同比替代精礦B，其生球和成品球指標略微降低。工業(yè)試驗后，假象赤鐵精礦B的使用比例提高到50%，赤鐵精礦C開始在球團生產中應用，帶式機球團鐵料結構趨于平衡。

3 結 論

1）從鐵精礦特性看，精礦A屬于磁鐵礦，精礦B屬于假象赤鐵礦，精礦C屬于赤鐵礦；精礦B和精礦C成球性均低于精礦A，精礦B具有良好的成球性，精礦C成球性能中等。

2）赤鐵精礦B應用于帶式機球團生產的比例可以提高到55%，適宜配礦方案為45%精礦A配加55%精礦B，其黏結劑適宜配比為0.7%～0.8%，最佳焙燒制度為預熱溫度935～950℃、焙燒溫度1 235～1 250℃。

3）赤鐵精礦C同比替代精礦B應用于球團生產的最佳比例為10%，適宜配礦方案為50%精礦A配加40%精礦B與10%精礦C；其黏結劑適宜配比為0.8%～0.9%，最佳焙燒制度為預熱溫度960～975℃、焙燒溫度1 255～1 270℃。