程潮鐵礦球團配加黏結劑試驗研究

楊大兵，王永剛，喻榮高

（武漢科技大學冶金礦產(chǎn)資源高效利用與造塊湖北省重點實驗室，湖北武漢，430081）

武漢鋼鐵（集團）公司程潮鐵礦鏈篦機－回轉窯－環(huán)冷機球團生產(chǎn)線自投產(chǎn)以來經(jīng)常出現(xiàn)回轉窯結圈故障（結圈厚度達0.5～1.0 m），公司技術小組專項分析結果表明，引起回轉窯結圈故障的重要原因是球團質量不高，生球強度和爆裂溫度指標達不到連續(xù)生產(chǎn)要求?；谠摴收戏治鼋Y果［1］，本研究通過對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劑進行造球試驗，研究黏結劑的種類及其添加量對生球強度和爆裂溫度的影響，以達到提高球團質量、延長設備使用壽命的目的。

1 試驗

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，高壓輥磨前－0.075 mm的細度占81.8%，高壓輥磨后的鐵精礦細度變化不大，高壓輥磨后的成球性指數(shù)大幅增長，成球性能優(yōu)良。從表2中可看出，試驗用膨潤土粒度較細，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 膨潤土物理性能Table 2 Physical properties of bentonite

1.2 試驗方法

主要考察生球的落下強度、抗壓強度、爆裂溫度和成品球抗壓強度。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劑，經(jīng)充分混勻后在圓盤造球機上造球。圓盤直徑為800 mm，轉速為30～35 r／min，傾角為45°。造球試驗參數(shù)：生球粒度為10～16 mm，生球水分為7.0%～8.0%，造球時間為16 min，生球落下強度的測試高度為500 mm。用臥式管爐對球團進行焙燒，用5 k N萬能壓力機測試成品球抗壓強度，用動態(tài)介質法測定生球爆裂溫度。

2 試驗結果及分析

2.1 高壓輥磨對球團質量的影響

在膨潤土添加量為2.5%、水分約8.0%、球團形成時間和密實時間各3 min、小球長大時間為15 min條件下，對高壓輥磨前后的鐵精礦分別進行造球試驗，考察高壓輥磨對球團質量的影響，試驗結果如表3所示。

從表3中可看出，高壓輥磨后的生球強度和成品球強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 高壓輥磨對球團質量的影響Table 3 Effect of high－pressure rolling on pellet quality

2.2 膨潤土添加量對球團質量的影響

結合生產(chǎn)實際，綜合對比試驗中選取膨潤土A作為黏結劑，按照0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%六種不同添加量，分別對1＃、2＃鐵精礦進行造球試驗，考察膨潤土添加量對球團質量的影響。

2.2.1 膨潤土添加量對生球強度的影響

膨潤土添加量對生球抗壓強度和落下強度的影響分別如圖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度和落下強度均先隨膨潤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；當膨潤土添加量增大到一定值時，生球塑性增強，抗壓強度呈下降趨勢。膨潤土添加量增大使生球質量提高的原因是，膨潤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力和改善鐵精礦的成球性能。此外當膨潤土添加量為2.5%時，兩種鐵精礦的生球質量均達到較高值。

2.2.2 膨潤土添加量對生球爆裂溫度的影響

膨潤土添加量對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；當膨潤土添加量增大到一定值時，生球爆裂溫度升高趨勢變緩。這是因為膨潤土片晶除一部分填充于干球毛細孔中或富集在礦粒接觸點上形成膠泥連接橋外，多余部分則與礦粒混雜在一起，而對生球爆裂溫度起主要作用的則是富集在礦粒接觸點上的那部分膨潤土。從圖3中還可看出，膨潤土添加量在1.5%以上時，兩種鐵精礦的生球爆裂溫度均超過500℃。

圖1 膨潤土添加量對生球抗壓強度的影響Fig.1 Effect of addition ratio of bentonite on compression strength of green balls

圖2 膨潤土添加量對生球落下強度的影響Fig.2 Effect of addition ratio of bentonite on wet knock strength of green balls

圖3 膨潤土添加量對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 膨潤土添加量對成品球抗壓強度的影響Fig.4 Effect of addition ratio of bentonite on compression strength of pellets

2.2.3 膨潤土添加量對成品球抗壓強度的影響

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

2.3 有機黏結劑添加量對球團質量的影響

采用有機黏結劑作球團黏結劑的優(yōu)點是雜質少、利于提高球團的鐵品位［2］。有機黏結劑添加量為0.15%、0.30%、0.40%、0.50%、1.0%，分別對1＃、2＃鐵精礦進行造球試驗，考察有機黏結劑添加量對球團質量的影響。

2.3.1 有機黏結劑添加量對生球強度的影響

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

2.3.2 有機黏結劑添加量對生球爆裂溫度的影響

有機黏結劑添加量對生球爆裂溫度的影響如圖7所示。從圖7中可看出，有機黏結劑添加量為0.15%時，兩種鐵精礦的生球爆裂溫度均大于650℃；此后隨有機黏結劑添加量的增加，生球爆裂溫度迅速降低，這與添加無機膨潤土的結果相反。這是因為添加有機黏結劑的生球自然附著的水分高，使生球干燥時的爆裂溫度降低；另外隨有機黏結劑添加量的增加，生球附著的水分亦增加，結果使表面光滑的生球干燥時水分逸出較慢，致使生球爆裂溫度降低［3－4］。

圖5 有機黏結劑添加量對生球抗壓強度的影響Fig.5 Effect of addition ratio of organic binder on compression strength of green balls

圖6 有機黏結劑添加量對生球落下強度的影響Fig.6 Effect of addition ratio of organic binder on wet knock strength of green balls

圖7 有機黏結劑添加量對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 有機黏結劑添加量對成品球抗壓強度的影響Fig.8 Effect of addition ratio of organic binder on compression strength of pellets

2.3.3 有機黏結劑添加量對成品球抗壓強度的影響

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

2.4 復合黏結劑對球團質量的影響

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

表4 不同配方的復合黏結劑對1＃鐵精礦球團質量影響Table 4 Effect of composite binder on quality of 1＃concentrate pellets

表5 不同配方的復合黏結劑對2＃鐵精礦球團質量影響Table 5 Effect of composite binder on quality of 2＃concentrate pellets

2.5 3種黏結劑對球團質量的影響比較

3種最佳添加量的黏結劑對2＃鐵精礦球團質量的影響如表6所示。從表6中可看出，3種黏結劑對球團質量的影響效果從大至小依序為：復合黏結劑，無機膨潤土，有機黏結劑。從黏結劑成本因素考慮，有機黏結劑價格為7 000元／t左右，膨潤土價格為350元／t左右，復合黏結劑折算后約合成本450元／t。按照提高球團質量后設備壽命延長和維修費用降低產(chǎn)生的經(jīng)濟效應考慮，采用復合黏結劑最為合適。

表6 3種黏結劑對2＃鐵精礦球團質量的影響Table 6 Effect of three kinds of binder on quality of 2＃concentrate pellets

3 結論

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

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

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

（4）采用膨潤土質量分數(shù)為2.0%、有機黏結劑質量分數(shù)為0.05%的復合黏結劑，其鐵精礦球團質量有較大提高。

（5）3種黏結劑對球團質量的影響效果從大至小依序為：復合黏結劑，無機膨潤土，有機黏結劑；考慮成本與經(jīng)濟效益，實際生產(chǎn)中應選用復合黏結劑。

［1］ 陽誠平.程潮鐵礦球團控制回轉窯結圈的實踐［J］.燒結球團，2008，33（5）：37－40.

2 楊永斌，黃桂香，姜濤，等.有機黏結劑替代膨潤土制備氧化球團［J］.中南大學學報：自然科學版，2007，38（5）：850－855.

［3］ 陳許玲，甘敏，范曉慧，等.有機黏結劑氧化球團固結特性及強化措施［J］.中南大學學報：自然科學版，2009，40（3）：550－556.

4 黃柱成，羅勇，姜濤，等.微波加熱提高有機黏結劑鐵礦球團強度［J］.中南大學學報：自然科學版，2009，40（1）：1－7.

［5］ 張永祥，田發(fā)超，張克誠，等.添加復合黏結劑的球團試驗［J］.燒結球團，2004，29（5）：9－12.