程潮鐵精礦球團(tuán)質(zhì)量影響因素分析

楊大兵，徐佳鑫，丁寶成，李 然，王 雄

(武漢科技大學(xué)冶金礦產(chǎn)資源高效利用與造塊湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢，430081)

作為高爐原料，球團(tuán)礦具有粒度均勻、透氣性好、還原性好等特點(diǎn)，且便于貯存和運(yùn)輸。與燒結(jié)礦相比，球團(tuán)礦在生產(chǎn)過(guò)程中的能耗低、環(huán)境污染小。增加球團(tuán)礦用量、減少燒結(jié)礦用量是國(guó)內(nèi)外不少鋼鐵企業(yè)改變高爐入爐料結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)[1]。近年來(lái)，我國(guó)球團(tuán)生產(chǎn)工藝發(fā)展迅速，但球團(tuán)礦質(zhì)量仍然存在一定問(wèn)題，各個(gè)廠家也分別采取提高精礦質(zhì)量、優(yōu)化原料結(jié)構(gòu)、采用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土或有機(jī)黏結(jié)劑、提高膨潤(rùn)土配比等措施來(lái)提高球團(tuán)礦質(zhì)量[2-4]。

在球團(tuán)礦生產(chǎn)過(guò)程中，鐵精礦粒度、膨潤(rùn)土配比、造球水分和造球時(shí)間等都是影響球團(tuán)質(zhì)量的重要因素?？蹬d東等[5]研究得出，在程潮鐵精礦-0.074 mm粒級(jí)含量為85%～98%、黏結(jié)劑用量為2%、水分為8%并穩(wěn)定操作的條件下可獲得生球落下強(qiáng)度大于3.8 次/(0.5 m)、抗壓強(qiáng)度約為12 N/個(gè)、生球爆裂溫度高于450 ℃的球團(tuán)礦,其質(zhì)量剛剛滿足工業(yè)要求。本研究以程潮鐵精礦為原料進(jìn)行造球試驗(yàn)，分析鐵精礦粒度、膨潤(rùn)土種類(lèi)及配比、造球水分和造球時(shí)間對(duì)球團(tuán)質(zhì)量的影響，以求制備出更高質(zhì)量的球團(tuán)礦，為工業(yè)試驗(yàn)及生產(chǎn)提供參考。

1 試驗(yàn)

1.1 原料

試驗(yàn)所用鐵精礦為程潮鐵礦球團(tuán)廠的生產(chǎn)用料，其化學(xué)成分如表1所示，其物理性能及成球性能如表2所示，由表2可見(jiàn)，程潮鐵精礦屬于弱成球性鐵礦粉。選用球團(tuán)廠生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用的兩種膨潤(rùn)土，編號(hào)為A和B，其物理性能見(jiàn)表3。

1.2 試驗(yàn)方法

表1 鐵精礦化學(xué)成分(wB/%)

表2 鐵精礦物理性能及成球性能

表3 膨潤(rùn)土的物理性能

造球結(jié)束后，對(duì)8～16 mm的合格生球進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、落下強(qiáng)度和爆裂溫度測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 鐵精礦粒度對(duì)球團(tuán)質(zhì)量的影響

經(jīng)過(guò)不同時(shí)間潤(rùn)磨后的程潮鐵精礦粒度分布如表4所示。在膨潤(rùn)土A配比為1.5%、造球時(shí)間為15 min、造球水分為8%的條件下，考察鐵精礦粒度對(duì)生球質(zhì)量的影響，結(jié)果如表5所示。

表4 不同潤(rùn)磨時(shí)間下鐵精礦的粒度分布

表5不同粒度分布的鐵精礦所制生球質(zhì)量

Table5Qualityofgreenpelletsfromironconcentratewithdifferentsizedistributions

/·(0.5 m)-1/N·-1/℃13.212.0580214.122.3442320.123.5426424.222.7412525.221.9398

一般而言，合適的鐵精礦中-0.074 mm粒級(jí)含量應(yīng)該大于80%。由表4可見(jiàn)，未經(jīng)潤(rùn)磨處理時(shí)，程潮鐵精礦中-0.074 mm粒級(jí)含量只有79%，但經(jīng)過(guò)2 min的潤(rùn)磨預(yù)處理，該粒級(jí)含量就提高到85.10%。

結(jié)合表4和表5可以看出，隨著鐵精礦中細(xì)粒級(jí)含量的增加，生球的落下強(qiáng)度逐漸提高，抗壓強(qiáng)度表現(xiàn)出先升高后下降的趨勢(shì)，而爆裂溫度則持續(xù)下降。這是因?yàn)殍F精礦粒度變細(xì)導(dǎo)致球團(tuán)內(nèi)顆粒間接觸點(diǎn)增多，改善了其接觸條件，使生球顆粒連接更加緊密，所以生球落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均有一定程度的提高；但鐵精礦粒度過(guò)細(xì)時(shí)，顆粒表面能較大，遇水極易形成局部小球狀顆粒，多數(shù)小球黏合在一起長(zhǎng)大，反而導(dǎo)致生球抗壓強(qiáng)度下降。鐵精礦平均粒徑減小，成球后孔隙率也會(huì)減小，溫度升高時(shí)球團(tuán)脫水速率加快，內(nèi)壓力增大，所以生球爆裂溫度會(huì)降低[6]。 綜合考慮，以鐵精礦中-0.074 mm粒級(jí)含量為85.10%為最佳條件，即本研究選擇潤(rùn)磨2 min進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

2.2 膨潤(rùn)土種類(lèi)及配比對(duì)球團(tuán)質(zhì)量的影響

在鐵精礦-0.074 mm粒級(jí)含量為85.10%、造球水分為8%、造球時(shí)間為15 min的條件下，考察膨潤(rùn)土種類(lèi)及配比對(duì)球團(tuán)質(zhì)量的影響，結(jié)果如圖1和圖2所示。

由圖1可見(jiàn)，分別添加A、B兩種膨潤(rùn)土的生球抗壓強(qiáng)度均隨膨潤(rùn)土配比的增加而提高，當(dāng)膨潤(rùn)土配比為2.5%時(shí)，其抗壓強(qiáng)度分別為24.7 N/個(gè)和22.6 N/個(gè)；繼續(xù)增加膨潤(rùn)土配比，生球的抗壓強(qiáng)度卻略有下降。這可能是由于膨潤(rùn)土用量達(dá)到一定值時(shí)，生球塑性增強(qiáng)，使其抗壓強(qiáng)度有所下降[7]。兩種生球的落下強(qiáng)度均隨著膨潤(rùn)土配比的增加而持續(xù)提高，當(dāng)膨潤(rùn)土配比達(dá)到3%時(shí)，生球落下強(qiáng)度分別為17.0次/(0.5 m)和14.6次/(0.5 m)。

圖1 不同膨潤(rùn)土種類(lèi)及配比下的生球強(qiáng)度Fig.1 Strength of green pellets at different kinds and addition ratios of bentonite

圖2 不同膨潤(rùn)土種類(lèi)及配比下的生球爆裂溫度Fig.2 Burst temperature of green pellets at different kinds and addition ratios of bentonite

由圖2可見(jiàn)，兩種生球的爆裂溫度均隨膨潤(rùn)土配比的增加而升高。膨潤(rùn)土能提高干球強(qiáng)度，還可以降低生球中水分的蒸發(fā)速度以及生球內(nèi)部的蒸汽壓，從而有利于生球爆裂溫度的升高[8-9]。

綜合圖1和圖2可知，球團(tuán)生產(chǎn)中選擇膨潤(rùn)土A將更有利于球團(tuán)質(zhì)量的提高，同時(shí)考慮到膨潤(rùn)土配比的增加雖然對(duì)生球質(zhì)量的提高有極大的幫助，但膨潤(rùn)土添加過(guò)多會(huì)惡化高爐冶煉，因此最終確定膨潤(rùn)土A的最佳配比為1.5%。

2.3 造球水分對(duì)球團(tuán)質(zhì)量的影響

在鐵精礦-0.074 mm粒級(jí)含量為85.10%、膨潤(rùn)土A配比為1.5%、造球時(shí)間為15 min的條件下，考察造球水分對(duì)生球質(zhì)量的影響，結(jié)果如圖3和圖4所示。

由圖3可見(jiàn)，隨著造球水分的增加，生球的落下強(qiáng)度逐漸提高，而生球的抗壓強(qiáng)度則先提高后降低。這主要是因?yàn)?，?dāng)生球水分較低時(shí)，生球內(nèi)部毛細(xì)力作用小，以致生球落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度都較低；當(dāng)生球水分過(guò)大時(shí)，生球塑性增強(qiáng)且極易變形，造成生球落下強(qiáng)度提高而抗壓強(qiáng)度降低[6]。

由圖4可見(jiàn)，生球爆裂溫度隨著造球水分的增加而持續(xù)降低，這主要是由于在干燥過(guò)程中，生球內(nèi)部的水分受熱而蒸發(fā)量增多，使生球內(nèi)部蒸汽壓增大，導(dǎo)致生球容易爆裂。

圖3 不同造球水分下的生球強(qiáng)度Fig.3 Strength of green pellets at different addition ratios of moisture

圖4 不同造球水分下的生球爆裂溫度Fig.4 Burst temperature of green pellets at different addition ratios of moisture

同時(shí)在試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，造球水分對(duì)操作也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。當(dāng)造球水分較低時(shí)，造母球時(shí)原料會(huì)隨著造球盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)而散開(kāi)；當(dāng)造球水分過(guò)高時(shí)，生球容易黏附在造球機(jī)盤(pán)壁上；當(dāng)造球水分為7%～9%時(shí)，實(shí)驗(yàn)室操作比較順利。因此，本研究確定造球水分為8%較為適宜。

2.4 造球時(shí)間對(duì)球團(tuán)質(zhì)量的影響

在鐵精礦-0.074 mm粒級(jí)含量為85.10%、膨潤(rùn)土A配比為1.5%、造球水分為8%的條件下，考察造球時(shí)間(形成母球和生球緊密時(shí)間分別為3 min，其余為小球長(zhǎng)大時(shí)間)對(duì)球團(tuán)質(zhì)量的影響，結(jié)果如圖5和圖6所示。

由圖5可見(jiàn)，隨著造球時(shí)間的延長(zhǎng)，生球落下強(qiáng)度先提高后降低，這可能是因?yàn)楫?dāng)造球時(shí)間超過(guò)一定值后，生球繼續(xù)滾動(dòng)時(shí)內(nèi)部水分被擠壓出來(lái)，導(dǎo)致生球落下強(qiáng)度下降；生球抗壓強(qiáng)度則隨著造球時(shí)間的延長(zhǎng)而持續(xù)提高，這是由于生球滾動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)，球團(tuán)內(nèi)顆粒間擠壓得越緊密，其抗壓強(qiáng)度隨之提高。

由圖6可見(jiàn)，隨著造球時(shí)間的延長(zhǎng)，生球爆裂溫度不斷下降，這主要是由于造球時(shí)間越長(zhǎng)，生球就越緊密，在干燥時(shí)球團(tuán)內(nèi)部就越容易產(chǎn)生過(guò)剩蒸汽壓，從而使生球爆裂溫度降低。

圖5 不同造球時(shí)間下的生球強(qiáng)度

Fig.5Strengthofgreenpelletsatdifferentpelletizingtimes

圖6 不同造球時(shí)間下的生球爆裂溫度Fig.6 Burst temperature of green pellets at different pelletizing time

綜合考慮，造球時(shí)間以12 min為宜，此時(shí)生球落下強(qiáng)度達(dá)到9.8 次/(0.5 m)，抗壓強(qiáng)度達(dá)到20.5 N/個(gè)，生球爆裂溫度為467 ℃。

3 結(jié)論

(1)隨著程潮鐵精礦中細(xì)粒級(jí)含量的增加，生球落下強(qiáng)度逐漸提高，生球抗壓強(qiáng)度先升高后下降，而生球爆裂溫度則持續(xù)下降。

(2)對(duì)于A、B兩種膨潤(rùn)土，當(dāng)其配比由0.5%增至3.0%時(shí)，生球落下強(qiáng)度和爆裂溫度均逐漸提高，而抗壓強(qiáng)度則是先提高后略有降低。與膨潤(rùn)土B相比，膨潤(rùn)土A更能有效提高球團(tuán)質(zhì)量。

(3)隨著造球水分由6%增至10%，生球落下強(qiáng)度逐漸提高，生球的抗壓強(qiáng)度先提高后降低，而生球爆裂溫度則持續(xù)降低。

(4)隨著造球時(shí)間的延長(zhǎng)，生球落下強(qiáng)度先升高后下降，生球抗壓強(qiáng)度逐漸提高，而生球爆裂溫度則持續(xù)降低。

(5)在程潮鐵精礦中-0.074 mm粒級(jí)含量為85.10%、膨潤(rùn)土A配比為1.5%、造球水分為8%、造球時(shí)間為12 min的條件下，能得到生球落下強(qiáng)度為9.8次/(0.5 m)、抗壓強(qiáng)度為20.5 N/個(gè)、生球爆裂溫度為467 ℃的優(yōu)質(zhì)球團(tuán)。

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