高壓輥磨改善赤鐵精性能研究

劉敏媛 湯 勇 吳 云 侯盼盼

(華菱湘鋼技術(shù)質(zhì)量部，湖南 湘潭 411100)

0 引言

球團(tuán)礦作為優(yōu)良的高爐爐料，具有品位高、強(qiáng)度大、粒度均勻等優(yōu)點(diǎn)，隨著我國(guó)鋼鐵產(chǎn)量的發(fā)展及冶煉技術(shù)的提升，球團(tuán)礦使用量及其在爐料中的配加比例也在不斷增加[1]。由于原料穩(wěn)定性差，使得我們球團(tuán)礦品質(zhì)較差，為改善球團(tuán)礦品質(zhì)、降低膨潤(rùn)土用量，國(guó)內(nèi)外學(xué)者作了大量研究，主要方法有對(duì)原料進(jìn)行潤(rùn)磨、球磨、高壓輥磨預(yù)處理以及使用有機(jī)粘結(jié)劑等[2]，其中高壓輥磨預(yù)處理工藝具有處理能力大、能耗低等優(yōu)勢(shì)，因而被我國(guó)眾多球團(tuán)廠所采用。因此，研究高壓輥磨在球團(tuán)原料預(yù)處理中的作用對(duì)發(fā)展我國(guó)球團(tuán)技術(shù)具有重要意義。

為了降低配礦成本，現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備采用高壓輥磨對(duì)赤鐵精進(jìn)行預(yù)處理，以可能采購(gòu)到的赤鐵礦為研究對(duì)象，研究高壓輥磨預(yù)處理對(duì)赤鐵精礦生球性能和球團(tuán)預(yù)熱焙燒性能的影響。

1 原料性能及研究方法

1.1 原料性能

實(shí)驗(yàn)所用赤鐵精礦的化學(xué)成分見(jiàn)表1。分別用某種經(jīng)高壓輥磨處理后的赤鐵精代替澳精，澳精是磁鐵精，具有粒度細(xì)、比表面積大、成球性能好、結(jié)晶強(qiáng)度好的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)所用膨潤(rùn)土為印度膨潤(rùn)土，其主要化學(xué)成分及物理性能見(jiàn)表2。

表1 原料化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

表2 膨潤(rùn)土性能

1.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)主要包括赤鐵精礦的高壓輥磨預(yù)處理、生球的制備、球團(tuán)的預(yù)熱和焙燒等。

實(shí)驗(yàn)所用高壓輥磨機(jī)規(guī)格為250 mm×120 mm，圓盤造球機(jī)規(guī)格為1 000 mm，生球爆裂溫度在650 mm×1 000 mm豎式管爐中采用動(dòng)態(tài)介質(zhì)法測(cè)定，球團(tuán)預(yù)熱焙燒在50 mm臥式管爐中進(jìn)行，采用DBT-127型勃氏透氣比表面積儀測(cè)定鐵精礦的比表面積，采用JSM-56600LV型掃描電鏡研究顆粒形貌。

造球時(shí)間為10 min，緊密2 min，轉(zhuǎn)速23 r/min，造球水分7.5%～8.0%，造球原料干料為5 kg，膨潤(rùn)土配比1.1%；預(yù)熱溫度920 ℃、時(shí)間10 min，焙燒溫度1 280 ℃、時(shí)間10 min。以生球的落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度評(píng)判生球質(zhì)量，以球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度評(píng)判球團(tuán)的預(yù)熱焙燒性能。

2 結(jié)果與分析

2.1 高壓輥磨預(yù)處理對(duì)赤鐵礦性能的影響

2.1.1 粒度方面

表3 粒度組成和平均粒度

圖1 赤鐵精激光粒度分布

由表3可知，經(jīng)過(guò)一次高壓輥磨后，輥后原料粒度較輥前粒度變細(xì)。粗礦(加拿大)變細(xì)的多，<0.043 mm增加22.32%，0.074～0.043 mm增加8.07%；細(xì)礦(安徽和巴西)<0.043 mm部分也增加，巴西精增加5.85%，安徽精增加6.49%。

由圖1可知，安徽精經(jīng)高壓輥磨后平均粒度由72.98 μm降至54.70 μm，降低25.05%，其中<100 μm部分顯著增加。巴西精經(jīng)高壓輥磨后平均粒度由38.05 μm降至34.34 μm，降低9.76%，其中<10 μm部分少量增加。加拿大精經(jīng)高壓輥磨后平均粒度由251.97 μm降至128.20 μm，降低49.12%，其中<100 μm部分顯著增加。從這組激光粒度分析結(jié)果看，高壓輥磨對(duì)原礦粒度粗的礦效果顯著，對(duì)細(xì)礦稍改善。

從原料粒度篩分和激光粒度分析均可看出高壓輥磨可改善赤鐵精礦的粒度，并且粗礦的效果更好。

2.1.2 成球性能和比表面積

表4 成球性能和比表面積

由表4可知，高壓輥磨后較輥磨前，原料粒度變細(xì)，產(chǎn)生了新的表面，因此輥后較輥前原料的比表面積增加。比表面積加拿大精增加280 cm2/g、安徽精增加289 cm2/g、巴西精增加160 cm2/g，粗礦增加的較多，細(xì)礦增加的較少。

高壓輥磨后較輥磨前，因?yàn)樵狭６茸兗?xì)，因此分子水增加、毛細(xì)水減少，這樣成球性提高。安徽精增加較多，加拿大精增加較少。與前面的粒度和比表面積變化稍顯不同。

①2耕土：灰褐色，濕，飽和，流～可塑，主要為粘粒、粉粒和粉細(xì)砂，夾含少量植物根須（莖）及有機(jī)質(zhì)，灰褐色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土及小碎石，稍有嗅味。

2.1.3 孔隙率和結(jié)晶強(qiáng)度

表5 堆比重、真比重、孔隙率和結(jié)晶強(qiáng)度

由表5可知，高壓輥磨后較輥磨前，由于原料粒度變細(xì)，顆粒與顆粒之間更緊密，因此孔隙率下降；由于孔隙率下降，礦粉與礦粉之間接觸面更多，有利于再結(jié)晶的生成，因此結(jié)晶強(qiáng)度提高，安徽精提高112 N、巴西精提高8.4 N、加拿大精提高134 N，同樣對(duì)原始粒度的效果更顯著。

2.1.4 顆粒形貌

圖2 顆粒形貌

由圖2可知，安徽精有些微細(xì)顆粒，粒度分布較為分散，顆粒形狀不規(guī)則，解理面相對(duì)較為粗糙；經(jīng)高壓輥磨后，顆粒內(nèi)部出現(xiàn)明顯的裂紋，細(xì)顆粒增加，表面粗糙度增加。巴西精微細(xì)顆粒多，粒度較均勻，顆粒形狀很規(guī)則，解理面致密光滑；經(jīng)高壓輥磨后，新的裂紋少，細(xì)顆粒增加少。加拿大的粒度粗，微細(xì)顆粒很少，粒度較均勻，顆粒形狀比較規(guī)則，解理面較為致密光滑；經(jīng)高壓輥磨后，產(chǎn)生了一些新的裂紋，細(xì)顆粒增加。

2.1.5 高壓輥磨預(yù)處理對(duì)赤鐵礦基礎(chǔ)性能的影響

因此通過(guò)高壓輥磨對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理后，產(chǎn)生新的裂紋，細(xì)顆粒增加可提高原料的細(xì)度、增加比表面積、改善造球性能和焙燒性能，對(duì)粒度粗的原料效果更顯著。

2.2 高壓輥磨預(yù)處理對(duì)生球質(zhì)量的影響

圖3 赤鐵礦配比對(duì)生球質(zhì)量的影響

由圖3可知，隨著安徽精配比的增加，生球落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度變化不明顯。安徽精經(jīng)高壓輥磨后，雖然粒度較澳精粗，但比表面積與澳精相當(dāng)，并且是新增的比表面積多，活化能大，對(duì)造球有利。

隨著巴西精配比的增加，生球的落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均下降，在巴西精30%以下生球質(zhì)量可達(dá)要求；加拿大精與巴西精類似，只是配比10%以下達(dá)要求；因這兩種精礦顆粒形狀很規(guī)則、解理面致密光滑，而澳精顆粒形狀不規(guī)則，解理面粗糙，并且成球性較澳精差。

2.3 高壓輥磨預(yù)處理對(duì)預(yù)熱球和焙燒球質(zhì)量的影響

圖4 赤鐵礦配比對(duì)焙燒球質(zhì)量的影響

由圖4可知，隨著安徽精配比的增加，焙燒球的壓強(qiáng)度提高。在球團(tuán)預(yù)熱焙燒過(guò)程中，加熱升溫及氧化反應(yīng)過(guò)程是由表及里的，固相反應(yīng)過(guò)程也是如此。高壓輥磨預(yù)處理后微細(xì)顆粒增加，對(duì)固相結(jié)晶反應(yīng)有促進(jìn)作用，并且安徽精有燒損，在焙燒過(guò)程中會(huì)形成微細(xì)孔，有利于內(nèi)部磁鐵礦的氧化，并隨著安徽精配比的增加，這種作用更明顯，因此配加安徽精時(shí)球團(tuán)氧化充分；另外由于安徽精含CaO會(huì)促進(jìn)低熔點(diǎn)物的生成，從而使焙燒球的強(qiáng)度提高。

巴西精和加拿大精隨著其配比的增加，在30%以內(nèi)時(shí)焙燒球強(qiáng)度變化不明顯，但超過(guò)此值后，強(qiáng)度顯著下降。這兩種礦均為赤鐵精，而澳精為磁鐵精，隨著赤鐵精代磁鐵精比例的提高，磁鐵精比例減少，氧化放熱減少，赤鐵精直接再結(jié)晶能力較磁鐵精氧化成赤鐵礦的再結(jié)晶能力較弱，因此強(qiáng)度下降。但由于原料經(jīng)高壓輥磨預(yù)處理后，微細(xì)顆粒含量增加，增大了顆粒間的接觸面積，有利于固相結(jié)晶過(guò)程的發(fā)展，削弱了赤鐵礦的負(fù)面影響。

3 結(jié)語(yǔ)

1)用高壓輥磨對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理后，產(chǎn)生新的裂紋，細(xì)顆粒增加可提高原料的細(xì)度，增加比表面積，成球性能指數(shù)改善，結(jié)晶強(qiáng)度提高，并且對(duì)原始粒度粗的原料改善效果更顯著。

2)赤鐵精代澳洲磁鐵精時(shí)，隨著安徽精配比的增加，生球的落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度變化不明顯；隨著巴西精配比的增加，生球的落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均下降，在巴西精30%以下生球質(zhì)量可達(dá)要求；而加拿大精是配比10%以下達(dá)要求。

3)赤鐵精代澳洲磁鐵精時(shí)，隨著安徽精配比的增加，焙燒球強(qiáng)度提高；隨著巴西精和加拿大精配比的增加，焙燒球強(qiáng)度下降，并且配比30%以上時(shí)顯著下降。

4)高壓輥磨后的安徽精可顯著改善成球性能和焙燒性能，可替代性能好、但高硅高價(jià)的澳洲精，從而降低成本并改善球團(tuán)礦質(zhì)量。