降低球團(tuán)用膨潤(rùn)土配比的研究

李金蓮，任偉，張立國(guó)，王再義，韓子文，王亮

（鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧鞍山114009）

研究與開(kāi)發(fā)

降低球團(tuán)用膨潤(rùn)土配比的研究

李金蓮，任偉，張立國(guó)，王再義，韓子文，王亮

（鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧鞍山114009）

針對(duì)一種新型復(fù)合膨潤(rùn)土替代傳統(tǒng)無(wú)機(jī)膨潤(rùn)土進(jìn)行了造球、預(yù)熱、焙燒及冶金性能實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，配加復(fù)合型膨潤(rùn)土球團(tuán)的生球及成品球指標(biāo)、冶金性能都優(yōu)于配加無(wú)機(jī)膨潤(rùn)土的球團(tuán)；能夠降低膨潤(rùn)土的配比，提高球團(tuán)礦品位，滿(mǎn)足球團(tuán)生產(chǎn)要求。

球團(tuán)；膨潤(rùn)土；抗壓強(qiáng)度；冶金性能

目前用于球團(tuán)生產(chǎn)中的添加劑主要是無(wú)機(jī)膨潤(rùn)土，由于無(wú)機(jī)膨潤(rùn)土含有大量的雜質(zhì)，在焙燒中不能去除，導(dǎo)致球團(tuán)礦的鐵品位降低，實(shí)踐證明每添加1%的膨潤(rùn)土，鐵品位降低0.6%，另外雜質(zhì)會(huì)使產(chǎn)品冶金性能變差，造成環(huán)境污染［1-5］。

本文擬通過(guò)對(duì)鐵礦球團(tuán)進(jìn)行配加復(fù)合型膨潤(rùn)土全部替代無(wú)機(jī)膨潤(rùn)土粘結(jié)劑進(jìn)行造球、預(yù)熱、焙燒及冶金性能實(shí)驗(yàn)研究，以期獲得優(yōu)質(zhì)球團(tuán)礦，從而適應(yīng)現(xiàn)代高爐冶煉生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展需求，為實(shí)現(xiàn)優(yōu)化高爐煉鐵技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的目標(biāo)奠定基礎(chǔ)。

1　實(shí)驗(yàn)原料與實(shí)驗(yàn)方法

1.1實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)所用的無(wú)機(jī)膨潤(rùn)土及含鐵原料大磁和調(diào)精兩種鐵精礦均取自鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠球團(tuán)車(chē)間。復(fù)合型膨潤(rùn)土主要是一種由優(yōu)質(zhì)鈉基膨潤(rùn)土和植物蛋白膠添加劑復(fù)合而成的，其中植物蛋白膠添加劑屬于新材料中特殊功能材料，是以一種從天然植物中提取的天然有機(jī)高分子聚合物為主的活性添加材料，粒度在1 μm至幾微米之間，植物蛋白膠添加劑粘度高，親水性強(qiáng)，擴(kuò)散快，對(duì)含鐵物料有很強(qiáng)的粘結(jié)作用。鐵精礦主要化學(xué)成分及物化性能見(jiàn)表1、表2，膨潤(rùn)土的化學(xué)成分及物化性能見(jiàn)表3、表4。

表1　鐵精礦化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）　%

表2　鐵精礦物化性能

表3　膨潤(rùn)土化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）　%

表4　膨潤(rùn)土物理性能

由表1～4可知，大磁和調(diào)精兩種鐵精礦品位較高，粒度較細(xì)，比表面積較大，屬于優(yōu)質(zhì)的球團(tuán)礦原料。大磁的成球性指數(shù)為0.81，屬優(yōu)成球性的物料。調(diào)精的成球性指數(shù)都在0.35～0.60之間，屬于中等成球性的物料。大磁精礦的毛細(xì)水遷移速度只有6.14 mm/min，說(shuō)明用大磁精礦造球的成球速度較慢，但是通過(guò)調(diào)精和大磁精礦合理搭配可以提高生球的成球速度。

從化學(xué)成分角度看，復(fù)合型膨潤(rùn)土中SiO2的含量比無(wú)機(jī)膨潤(rùn)土低了7.76個(gè)百分點(diǎn)，配加復(fù)合型膨潤(rùn)土可以有效降低球團(tuán)礦中SiO2含量，提高球團(tuán)礦的鐵品位，進(jìn)而提高高爐入爐原料鐵品位，降低高爐爐渣量，但是Al2O3含量高于無(wú)機(jī)膨潤(rùn)土3.33個(gè)百分點(diǎn)。從物化性能來(lái)說(shuō)，復(fù)合型膨潤(rùn)土粒度較細(xì)、吸水率高、蒙脫石含量和膠質(zhì)價(jià)都高，復(fù)合型膨潤(rùn)土屬于優(yōu)質(zhì)球團(tuán)用粘結(jié)劑。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)室鐵料配比為大磁：調(diào)精=60：40，基準(zhǔn)期無(wú)機(jī)膨潤(rùn)土配比為1.0%，實(shí)驗(yàn)期復(fù)合膨潤(rùn)土配比分別為1.0%、0.8%、0.6%。生球制備在1 000 mm圓盤(pán)造球機(jī)上進(jìn)行，并對(duì)生球落下強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和爆裂溫度分別進(jìn)行檢測(cè)。

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1造球?qū)嶒?yàn)結(jié)果

采用不同配比的膨潤(rùn)土造球?qū)嶒?yàn)結(jié)果見(jiàn)表5所示。

表5　造球?qū)嶒?yàn)結(jié)果對(duì)比

由表5可知，隨著復(fù)合型膨潤(rùn)土配比的降低，生球落下強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度逐漸減小，但是生球爆裂溫度逐漸上升。配加復(fù)合型膨潤(rùn)土生球指標(biāo)明顯好于配加無(wú)機(jī)膨潤(rùn)土的生球指標(biāo)。從生球質(zhì)量看，配加0.6%復(fù)合型膨潤(rùn)土可以減少0.4%的無(wú)機(jī)膨潤(rùn)土用量，即生產(chǎn)1 t球團(tuán)礦至少節(jié)約4 kg膨潤(rùn)土。

2.2預(yù)熱、焙燒實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對(duì)焙燒后球團(tuán)進(jìn)行化學(xué)成分分析及抗壓強(qiáng)度測(cè)定，成品球團(tuán)化學(xué)成分見(jiàn)表6，不同膨潤(rùn)土配比

與球團(tuán)抗壓強(qiáng)度關(guān)系見(jiàn)圖1。

表6　成品球團(tuán)化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）　%

由表6和圖1可見(jiàn)，隨著復(fù)合型膨潤(rùn)土比例逐漸降低，球團(tuán)礦鐵品位逐漸升高，球團(tuán)礦中SiO2、CaO、MgO、Al2O3的含量逐漸降低，主要因?yàn)榕浼訌?fù)合型膨潤(rùn)土的含量減少，降低了雜質(zhì)的含量，從而提高了鐵品位，而且與無(wú)機(jī)膨潤(rùn)土相比雜質(zhì)少是提高鐵品位的一個(gè)重要原因。配加0.6%復(fù)合型膨潤(rùn)土的球團(tuán)和配加1.0%無(wú)機(jī)膨潤(rùn)土相比鐵品位提高了1.26個(gè)百分點(diǎn)，SiO2含量降低了0.42個(gè)百分點(diǎn)，CaO、MgO、Al2O3含量也明顯降低。復(fù)合型膨潤(rùn)土球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度隨著含量減少逐漸降低，但其仍明顯高于無(wú)機(jī)膨潤(rùn)土球團(tuán)礦。

2.3冶金性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對(duì)在相同焙燒條件下球團(tuán)礦的冶金性能進(jìn)行了檢測(cè)。球團(tuán)礦的冶金性能見(jiàn)表7，球團(tuán)熔滴性能指標(biāo)見(jiàn)表8。

表7　球團(tuán)礦的冶金性能

表8　球團(tuán)礦熔滴性能指標(biāo)

由表7、8可見(jiàn)，隨著復(fù)合型膨潤(rùn)土配比逐漸降低，球團(tuán)礦低溫還原粉化指標(biāo)逐漸降低，配加0.6%復(fù)合型膨潤(rùn)土球團(tuán)礦的+3.15與配加無(wú)機(jī)膨潤(rùn)土球團(tuán)礦的+3.15相比低了1個(gè)百分點(diǎn)。隨著復(fù)合型膨潤(rùn)土的配比逐漸降低，球團(tuán)礦還原膨脹率逐漸增加，試驗(yàn)期0.6%配比球團(tuán)礦的膨脹率明顯高于基準(zhǔn)期球團(tuán)礦，但都屬于正常范圍內(nèi)（膨脹率小于20%）。隨著復(fù)合型膨潤(rùn)土配比逐漸降低，球團(tuán)礦的滴落溫度、軟化區(qū)間溫度逐漸降低，而且配加0.6%復(fù)合型膨潤(rùn)土球團(tuán)礦的滴落溫度與配加無(wú)機(jī)膨潤(rùn)土球團(tuán)礦相比低了73℃，軟化區(qū)間溫度也降低了21℃，配加1.0%、0.6%復(fù)合型膨潤(rùn)土球團(tuán)礦熔滴過(guò)程最大壓差比基準(zhǔn)分別降低了20 kPa和8 kPa，但是配加0.8%復(fù)合型膨潤(rùn)土球團(tuán)礦熔滴過(guò)程最大壓差比基準(zhǔn)只高了6 kPa，因此高爐中使用配加復(fù)合膨潤(rùn)土球團(tuán)對(duì)于降低煉鐵生產(chǎn)成本是有益的。

3　工業(yè)試驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,在球團(tuán)車(chē)間帶式機(jī)上進(jìn)行了球團(tuán)添加0.6%復(fù)合型膨潤(rùn)土的工業(yè)性試驗(yàn)?；鶞?zhǔn)期為球團(tuán)車(chē)間正常生產(chǎn)階段（膨潤(rùn)土配比為1.0%），時(shí)間為2013年4月10日前，試驗(yàn)期為添加0.6%復(fù)合型膨潤(rùn)土的階段，時(shí)間為2013年4月11～18日。工業(yè)試驗(yàn)期間，統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)球團(tuán)礦月41 100 t，復(fù)合型膨潤(rùn)土用量月250 t。定期取生球做性能指標(biāo)檢測(cè)和成品球團(tuán)做化學(xué)分析和性能檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果分別見(jiàn)表9～11。由表9～11可見(jiàn)，試驗(yàn)期的生球指標(biāo)明顯高于基準(zhǔn)期，成球率明顯提高了4個(gè)百分點(diǎn)，并且造球過(guò)程中容易成球，生球的抗壓強(qiáng)度、落下強(qiáng)度都能滿(mǎn)足球團(tuán)生產(chǎn)要求。試驗(yàn)期的成品球指標(biāo)也明顯高于基準(zhǔn)期，其抗壓強(qiáng)度大于2 200 N/個(gè)，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度也大于90.0%，耐磨指數(shù)小于6.0%，篩分指數(shù)全部小于4.0%，屬于一級(jí)優(yōu)質(zhì)球團(tuán)礦。因此球團(tuán)中添加復(fù)合型膨潤(rùn)土能夠有效降低膨潤(rùn)土的含量，并且各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足球團(tuán)生產(chǎn)需要。

表9　生球性能指標(biāo)

表10　成品球性能指標(biāo)

表11　成品球化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）　%

4　經(jīng)濟(jì)效益分析

效益分析條件為：年產(chǎn)1 000萬(wàn)t鐵水，球團(tuán)礦的產(chǎn)量約為200萬(wàn)t，高爐爐料結(jié)構(gòu)大致為70%燒結(jié)礦+20%球團(tuán)礦+10%塊礦，高爐焦比350 kg/t，焦炭?jī)r(jià)格為1 500元/t，噸鐵效益為200元；無(wú)機(jī)膨潤(rùn)土用量為10 kg/t，復(fù)合型膨潤(rùn)土用量為6 kg/t，無(wú)機(jī)膨潤(rùn)土價(jià)格800元/t，復(fù)合型膨潤(rùn)土成本為1 060元/t。按照入爐料品位每提高1%焦比降低2%，產(chǎn)能提高3%計(jì)算。

（1）球團(tuán)粘結(jié)劑計(jì)算

膨潤(rùn)土成本為0.8×10=8元，復(fù)合型膨潤(rùn)土成本為1.06×6=6.36元，每噸球團(tuán)少支出1.64元；

（2）降低焦比效益

（65.70-64.44）%×0.2×2%×350×15000/1000=2.65元；

（3）增產(chǎn)效益

（65.75-64.49）%×0.2×3%×200=1.51元；

（4）綜合效益

球團(tuán)礦效益+高爐效益=1.64×200萬(wàn)t+（2.65+ 1.51）×1 000萬(wàn)t=4 488萬(wàn)元。

若考慮高爐爐渣減少及球團(tuán)礦冶金性能的改善，焦比還可以進(jìn)一步降低，效益還會(huì)增加。

5　結(jié)論

（1）從生球質(zhì)量看，配加復(fù)合型膨潤(rùn)土生球各項(xiàng)指標(biāo)明顯好于配加1.0%無(wú)機(jī)膨潤(rùn)土，配加0.6%復(fù)合型膨潤(rùn)土可以減少0.4%的膨潤(rùn)土用量，即生產(chǎn)1 t球團(tuán)礦至少節(jié)約4 kg膨潤(rùn)土。

（2）配加復(fù)合型膨潤(rùn)土能提高球團(tuán)礦鐵品位，降低球團(tuán)礦中SiO2、CaO、MgO、Al2O3的含量，球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度明顯高于配加無(wú)機(jī)膨潤(rùn)土球團(tuán)礦。

（3）配加1.0%、0.8%復(fù)合型膨潤(rùn)土球團(tuán)礦的冶金性能優(yōu)于配加1.0%無(wú)機(jī)膨潤(rùn)土球團(tuán)礦，但是配加0.6%復(fù)合型膨潤(rùn)土球團(tuán)礦冶金性能則低于配加1.0%無(wú)機(jī)膨潤(rùn)土球團(tuán)礦。隨著復(fù)合型膨潤(rùn)土的配比逐漸降低，球團(tuán)礦的滴落溫度、軟化區(qū)間溫度逐漸降低，而且配加0.6%復(fù)合型膨潤(rùn)土球團(tuán)礦的滴落溫度與配加無(wú)機(jī)膨潤(rùn)土球團(tuán)礦的+3.15相比低了73℃，軟化區(qū)間溫度也低了21℃。

（4）工業(yè)試驗(yàn)期的生球指標(biāo)、成球指標(biāo)都明顯高于基準(zhǔn)期，球團(tuán)中添加復(fù)合型膨潤(rùn)土能夠有效降低球團(tuán)粘結(jié)劑的用量，并各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足球團(tuán)生產(chǎn)需要。

［1］黃桂香.應(yīng)用新型有機(jī)粘結(jié)劑制備氧化球團(tuán)的研究 ［D］.長(zhǎng)沙：中南大學(xué),2007.

［2］賴(lài)蘭萍,周李蕾,韓磊，等.赤泥綜合回收與利用現(xiàn)狀及進(jìn)展［J］.四川有色金屬,2008（3）:43-48

［3］趙玉潮,卜敏,曾香梅，等.球團(tuán)配加鋁廠赤泥鐵粉的試驗(yàn)研究［J］.鋼鐵研究,2010，38（3）:41-49.

［4］馮根生,宋忠平.球團(tuán)礦生產(chǎn)用進(jìn)口赤鐵礦性能及選擇［J］，球團(tuán)技術(shù),2006（4）：8-12

［5］張一敏著.球團(tuán)理論與工藝［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1999.

（編輯 賀英群）

Study on Decreasing Proportioning Ratio of Bentonite in Pellets

Li Jinlian，Ren Wei，Zhang Liguo，Wang Zaiyi，Han Ziwen，Wang Liang
（Iron&Steel Research Institutes of Ansteel Group Corperation，Anshan 114009，Liaoning，China）

Both the laboratory and industrial trial study on palletizing,preheating,roasting and metallurgical properties are carried out considering that one new type of composite bentonite can be substitute for the traditional inorganic bentonite.The experimental results show that the indexes of both green pellets and finished pellets with adding composite bentonite and their metallurgical properties are superior to those with adding inorganic bentonite.So the composite bentonite helps to decrease the proportioning ratio of bentonite and improve the grade of pellets and therefore it can meet the requirements for preparing pellets.

pellet;bentonite;compression strength;metallurgical property

TF046

A

1006-4613（2015）03-0012-04

李金蓮，碩士，工程師，2008年畢業(yè)于遼寧科技大學(xué)鋼鐵冶金專(zhuān)業(yè)。

E-mail:lijinhao2001@163.com

2014-09-17