熔劑性球團(tuán)生產(chǎn)的試驗(yàn)室研究

魏瓊花

（河北鋼鐵集團(tuán)邯鄲公司）

0 前言

熔劑性球團(tuán)礦是指在混合料中添加含CaO 的熔劑（如生石灰、 石灰石等）生產(chǎn)的球團(tuán)礦。關(guān)于熔劑性球團(tuán)礦的堿度，國內(nèi)外尚無統(tǒng)一定論，但從大量研究和生產(chǎn)實(shí)踐報(bào)導(dǎo)來看，熔劑性球團(tuán)的堿度多在0.8 ～1.3（倍）之間，或是將熔劑性球團(tuán)礦定義為二元堿度大于0.6 倍的球團(tuán)礦[1]。球團(tuán)礦和燒結(jié)礦作為高爐主要的入爐料，球團(tuán)礦生產(chǎn)的明顯優(yōu)勢(shì)在于能耗低、污染小、含鐵品位高。基于球團(tuán)的以上優(yōu)點(diǎn)，很多發(fā)達(dá)國家加大了球團(tuán)礦配比（如瑞典瑞鋼達(dá)到97.2%），甚至有的高爐達(dá)到100%球團(tuán)礦冶煉（如加拿大竇伐斯科鋼廠）[2]。我國由于歷史原因，高堿度燒結(jié)礦大規(guī)模生產(chǎn)，球團(tuán)礦配比一直處于較低水平，提高球團(tuán)礦堿度的空間有限，致使我國熔劑性球團(tuán)的發(fā)展明顯落后于發(fā)達(dá)國家。近年來，在鋼鐵生產(chǎn)節(jié)能減排的壓力下，我國球團(tuán)礦的生產(chǎn)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。隨著球團(tuán)礦入爐比例的繼續(xù)增加，大力發(fā)展熔劑性球團(tuán)也將成為可能。

1 原料性能及試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)用料及性能

試驗(yàn)所用原料均取自于現(xiàn)場(chǎng)，表1 為原料的化學(xué)成分，由化驗(yàn)室提供。

表1 試驗(yàn)用原料化學(xué)成分 %

試驗(yàn)所用含鐵精粉直接為現(xiàn)場(chǎng)混好的混勻料，混勻料是由邯邢精粉、智利精粉、安徽精粉和密云精粉按一定比例混合而成。由表1 可知，除了安徽精粉的含鐵量略低以外，其余均在65%以上，其中邯邢精粉的S 含量較高，為0.087%。

各原料的粒級(jí)分布見表2。

表2 原料粒級(jí)分布

球團(tuán)配加白云石后，為避免生球表面出現(xiàn)白點(diǎn)，白云石進(jìn)行研磨，粒級(jí)-100 目。從表2 可以看出，智利精粉的粒級(jí)較細(xì)，-200 目的高達(dá)96%，而邯邢精粉和密云精粉的粒級(jí)卻較粗，-200 目的分別為47.85%和55.25%，幾種精粉混合后的混勻料粒級(jí)（-200 目）的占比為79.10%。

1.2 試驗(yàn)方案

本次試驗(yàn)共設(shè)計(jì)5 個(gè)方案，各方案的原料配比見表3，表3 中的混勻料由表2 中的含鐵料按一定比例混合而成。其中，基準(zhǔn)方案未添加白云石，為自然堿度，其余方案將堿度分別設(shè)定為R=0.6、0.8、1.0、1.2。試驗(yàn)前，對(duì)方案進(jìn)行了初步演算，得出的結(jié)論為：膨潤土配比不宜過高，若膨潤土配比仍按平時(shí)的2.5%，當(dāng)堿度R=1.0 時(shí)，球團(tuán)的含鐵量?jī)H為58.74%，因此在實(shí)際試驗(yàn)中降低了膨潤土的配比，將其加入量設(shè)定為1.8%。

表3 試驗(yàn)方案

2 試驗(yàn)方法

本次研究試驗(yàn)包括造球試驗(yàn)和焙燒試驗(yàn)兩部分，具體流程如圖1 所示。

2.1 造球試驗(yàn)

造球試驗(yàn)在規(guī)格為Φ550 mm×120 mm 的造球盤內(nèi)進(jìn)行，相關(guān)造球工藝參數(shù)見表4。

圖1 研究熔劑性球團(tuán)的試驗(yàn)流程

表4 造球試驗(yàn)工藝參數(shù)

造球試驗(yàn)步驟：先測(cè)定鐵精粉中的原始水分，然后按計(jì)算水分潤濕到7.5%，再按表3 方案中各種料的配比，加入白云石和膨潤土一起混勻，悶料20 min 后，直接將混勻好的造球料一次性全部放入造球盤中；啟動(dòng)造球盤，同時(shí)開啟加水控制器，按照一定的加水速度在6 min 內(nèi)將水加完，到8 min時(shí)結(jié)束試驗(yàn)；造球結(jié)束后，將盤中的料全部取出，按照20 mm、16 mm、12.5 mm、10 mm、9 mm、5 mm的粒級(jí)進(jìn)行篩分，以＞9 mm 粒級(jí)百分?jǐn)?shù)作為成球性指數(shù)，9 ～16 mm 的為成品球率。

2.2 焙燒試驗(yàn)

球團(tuán)連晶性能的測(cè)定首先需要對(duì)球團(tuán)進(jìn)行焙燒，該試驗(yàn)在臥式爐內(nèi)進(jìn)行，它由三個(gè)爐管組成，分別起到預(yù)熱、焙燒和均熱作用。根據(jù)每段爐管的溫度場(chǎng)分布的特點(diǎn)，確定球團(tuán)在爐管內(nèi)預(yù)熱、焙燒以及均熱的位置和時(shí)間，以期達(dá)到模擬現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的試驗(yàn)效果，相關(guān)的焙燒試驗(yàn)參數(shù)見表5。

表5 焙燒試驗(yàn)工藝參數(shù)

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

按照2.1 中的造球步驟，完成生球成球試驗(yàn)，并測(cè)得各方案生球的粒級(jí)分布、成球性能及強(qiáng)度，結(jié)果見表6。將生球干燥后按照不同的焙燒工藝參數(shù)進(jìn)行焙燒，焙燒球強(qiáng)度見表7。

從表6 可以看出，相對(duì)于基準(zhǔn)來說，球團(tuán)在添加了白云石后，生球的抗壓強(qiáng)度均有所降低，并且隨著堿度的升高，生球的抗壓強(qiáng)度有逐漸降低的趨勢(shì)，但變化不大；生球成球性指數(shù)和落下強(qiáng)度未出現(xiàn)明顯的規(guī)律性變化。當(dāng)R=0.8 時(shí)，生球的成球性指數(shù)為28.49%；R=1.2 時(shí)，成球性指數(shù)為30.42%，屬于四個(gè)堿性球團(tuán)方案中成球性較好的方案。

表6 造球結(jié)果

表7 焙燒結(jié)果

從表7 可以看出，相對(duì)于基準(zhǔn)方案而言，堿性球團(tuán)的焙燒強(qiáng)度整體偏低，但球團(tuán)之間尚未出現(xiàn)相互粘結(jié)現(xiàn)象。（1）在1 號(hào)焙燒試驗(yàn)的條件下，堿性球團(tuán)的焙燒強(qiáng)度隨著堿度的提高逐漸降低，由1 674 N/個(gè)降至774 N/個(gè)，并且都未達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)球團(tuán)強(qiáng)度的要求，一般要求焙燒球的強(qiáng)度≥2 000 N/個(gè)。（2）在2 號(hào)試驗(yàn)的焙燒條件下，即相對(duì)1 號(hào)焙燒試驗(yàn)，將焙燒時(shí)間由10 min 延長(zhǎng)到15 min，各方案的焙燒強(qiáng)度均有所提高，堿性球團(tuán)強(qiáng)度隨著堿度的提高呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，其中R=0.8 時(shí)，強(qiáng)度最好，為1 543 N/個(gè)，不達(dá)標(biāo)。（3）3 號(hào)焙燒條件相對(duì)1 號(hào)來說，提高了焙燒溫度，由1 250 ℃提高到1 280 ℃，各方案強(qiáng)度的焙燒均有所提高，堿性球團(tuán)強(qiáng)度出現(xiàn)先升后降再升的變化趨勢(shì)，R=0.8 時(shí)，強(qiáng)度最高，為2 412 N/個(gè)，達(dá)標(biāo)，其余堿性球團(tuán)方案強(qiáng)度均低于2 000 N/個(gè)。（4）4 號(hào)試驗(yàn)相對(duì)于1號(hào)來說，延長(zhǎng)了均熱時(shí)間，由之前的5 min 延長(zhǎng)到10 min，相對(duì)于1 號(hào)焙燒條件下的球團(tuán)，強(qiáng)度均有所提高，R=0.8 時(shí)，強(qiáng)度最高，為1 730 N/個(gè)，不符合生產(chǎn)需求。（5）延長(zhǎng)焙燒時(shí)間、提高焙燒溫度和增加均熱時(shí)間有助于提高焙燒球的強(qiáng)度，其中提高焙燒溫度效果最為明顯，這是由于隨著球團(tuán)堿度的提高，球團(tuán)中的熔劑量增加，因而碳酸鈣和碳酸鎂分解需要的熱量增加，這時(shí)就需要更高的焙燒溫度來滿足額外增加的熱量需求[3]。這一結(jié)果說明，在實(shí)際生產(chǎn)中，隨著球團(tuán)堿度的提高，球團(tuán)焙燒溫度也相應(yīng)提高。

4 礦相分析

礦相分析選取的樣品球是通過以下焙燒條件燒制而成的：預(yù)熱時(shí)間5 min，預(yù)熱溫度950 ℃；焙燒時(shí)間10 min，焙燒溫度1 280 ℃；均熱時(shí)間5 min，均熱溫度950 ℃，即表7 中的3 號(hào)焙燒試驗(yàn)條件?；鶞?zhǔn)至堿度R=1.2在100 倍光學(xué)顯微鏡下焙 燒球中心區(qū)域的顯微結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 焙燒球顯微結(jié)構(gòu)

礦相分析：基準(zhǔn)方案中心區(qū)域的磁鐵礦較多，少量存在于外環(huán)，有單獨(dú)存在的脈石顆粒，氧化不充分；堿度R=0.6 的礦相幾乎看不到脈石，空隙度變高，由團(tuán)簇狀連接而成，內(nèi)部殘存磁鐵礦，外部也有發(fā)現(xiàn)；堿度R=0.8 的微氣孔進(jìn)一步增多，粘結(jié)相增加，團(tuán)簇狀鐵酸鎂更多；堿度R=1.0 的鐵酸鎂隨著往外移動(dòng)，成片增多；堿度R=1.2 的鐵酸鎂成片，呈片狀或板柱狀，邊緣分布更多?？偟膩碚f，隨著堿度的升高，微氣孔逐漸增加，當(dāng)堿度R=0.8 時(shí)，粘結(jié)相最多，這就解釋了為何其強(qiáng)度最好。

5 結(jié)束語

在相同的成球條件下，堿性球團(tuán)較酸性球團(tuán)而

言，生球抗壓強(qiáng)度略低；隨著球團(tuán)堿度的升高，可適當(dāng)延長(zhǎng)焙燒時(shí)間，提高焙燒溫度，這有助于提高球團(tuán)強(qiáng)度，但焙燒溫度不宜過高，以免出現(xiàn)液相流出，導(dǎo)致球團(tuán)之間相互粘結(jié)；在3 號(hào)焙燒條件下，堿度R=0.8 時(shí)的成品球強(qiáng)度達(dá)到2 412 N/個(gè)，球團(tuán)未出現(xiàn)粘結(jié)，符合生產(chǎn)需求。