鞍鋼帶式機(jī)球團(tuán)生產(chǎn)中優(yōu)化配礦的研究與應(yīng)用①

張 輝，李志斌，劉沛江，周明順，段立祥，彭 彬，劉弘禮

（1.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009；2.鞍鋼股份有限公司 煉鐵總廠(chǎng)，遼寧 鞍山 114001）

球團(tuán)是一種高品質(zhì)煉鐵爐料，具有品位高、冶金性能良好和雜質(zhì)少等優(yōu)點(diǎn)［1－2］，已成為高爐爐料結(jié)構(gòu)的重要組成，在煉鐵生產(chǎn)中起著重要作用［3－4］。隨著高爐強(qiáng)化冶煉程度提高，優(yōu)質(zhì)球團(tuán)需求量增加，而自產(chǎn)精礦的產(chǎn)量和品質(zhì)均逐年下降，因此應(yīng)用于球團(tuán)生產(chǎn)的精礦種類(lèi)頻繁變動(dòng)，本地產(chǎn)和外購(gòu)赤鐵精礦開(kāi)始應(yīng)用于球團(tuán)生產(chǎn)。鑒于磁鐵礦和赤鐵礦在預(yù)熱和焙燒過(guò)程的氧化固結(jié)有很大差異［5］，本文進(jìn)行了鞍鋼帶式機(jī)球團(tuán)生產(chǎn)中大比例配加赤鐵精礦的優(yōu)化配礦研究。

1 試驗(yàn)原料和方案

1.1 試驗(yàn)原料

帶式機(jī)球團(tuán)優(yōu)化配礦試驗(yàn)原料為精礦A、B和C以及黏結(jié)劑，其成分如表1所示。由表1可知，精礦A鐵品位67.55%、FeO含量28.54%，屬于高品位磁鐵精礦；精礦B的FeO含量11.16%，屬于假象赤鐵精礦；精礦C鐵品位67.02%、FeO含量0.35%，屬于高品位赤鐵精礦；黏結(jié)劑為復(fù)合鈉基膨潤(rùn)土。

表1 試驗(yàn)原料化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）／%

鐵精礦粒度組成和成球指數(shù)如表2所示。精礦A和B中－0.075 mm粒級(jí)占比均大于90%，平均粒徑分別為0.03 mm和0.034 mm，成球指數(shù)在0.6～0.8之間，成球性能良好。精礦C中－0.075 mm粒級(jí)占比為81.89%，平均粒徑0.041 mm，成球指數(shù)0.42，成球性能中等。

表2 精礦粒度組成與成球指數(shù)

1.2 試驗(yàn)方案

以球團(tuán)車(chē)間精礦配比為基準(zhǔn)，逐步提高精礦B配比，同步降低精礦A配比；然后用精礦C替代精礦B，試驗(yàn)方案如表3所示。在此基礎(chǔ)上，研究大比例配加赤鐵精礦的適宜黏結(jié)劑配比和焙燒制度。

表3 球團(tuán)優(yōu)化配礦試驗(yàn)方案（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）／%

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 赤鐵精礦適宜配加比例的研究

磁鐵精礦A與赤鐵精礦B和C的適宜配礦方案對(duì)球團(tuán)指標(biāo)的影響如表4所示。由表4可知，生球落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均隨精礦B配比提高而降低；精礦B配比超過(guò)50%時(shí)，落下強(qiáng)度降低幅度較大。固定精礦A配比50%，用精礦C同比替代精礦B，精礦C配比提高到15%時(shí)，生球落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度不能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，因?yàn)榫V中－0.044 mm粒級(jí)含量對(duì)造球具有決定意義［6］，而精礦C粒度較粗，－0.044 mm粒級(jí)占比只有63.25%，成球性遠(yuǎn)低于精礦B，當(dāng)其達(dá)到一定比例后無(wú)論作為成核粒子還是黏附粉，都會(huì)降低生球強(qiáng)度。成品球抗壓強(qiáng)度隨精礦B配比提高而降低，當(dāng)精礦B配比提高到60%時(shí)，成品球抗壓強(qiáng)度低于2 200 N；固定精礦A配比50%，精礦C同比替代精礦B的適宜比例為10%，因?yàn)榫VC為赤鐵礦，隨著其配比增加，球團(tuán)中新生活性赤鐵礦減少，顆粒之間微晶鍵的再結(jié)晶減弱，球團(tuán)強(qiáng)度降低。

表4 配加赤鐵精礦球團(tuán)指標(biāo)

還原度隨精礦B配比提高而降低，當(dāng)精礦B配比超過(guò)55%時(shí)，還原度低于66%。固定精礦A配比為50%，精礦C同比替代精礦B的比例不超過(guò)15%時(shí)，還原度降低幅度不大；精礦C同比替代精礦B的比例提高到15%時(shí)，膨脹率不能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。因?yàn)殡S赤鐵精礦配比增加，一方面球團(tuán)中原生的赤鐵礦增多，相比次生赤鐵礦，其還原過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力更大；另一方面高比例赤鐵礦球團(tuán)，其強(qiáng)度顯著降低，抵抗還原破壞的能力減弱［7］。

2.2 大比例配加赤鐵精礦適宜黏結(jié)劑配比的研究

研究4＃和7＃方案的適宜黏結(jié)劑配比，結(jié)果如圖1和圖2所示。由圖1可知，4＃和7＃方案生球落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均隨黏結(jié)劑配比增加而提高，因?yàn)轲そY(jié)劑是一種高分散物質(zhì)，增加了顆粒之間的黏結(jié)力。在黏結(jié)劑配比相同時(shí)，4＃和7＃方案生球落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均低于1＃方案，這是由精礦自身成球性決定的。從生球指標(biāo)看，4＃方案生球在黏結(jié)劑配比為0.7%時(shí)滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，而7＃方案生球黏結(jié)劑配比則需達(dá)到0.8%。由圖2可知，4＃和7＃方案干球抗壓強(qiáng)度隨黏結(jié)劑配比增加而提高，因?yàn)轲そY(jié)劑呈細(xì)片晶分散在水中，干燥過(guò)程中片晶和水分集中在礦粒聯(lián)接點(diǎn)，形成聯(lián)接橋［8］；4＃方案黏結(jié)劑配比0.7%的干球抗壓強(qiáng)度與7＃方案黏結(jié)劑配比0.8%的接近；黏結(jié)劑配比相同時(shí)，4＃和7＃方案干球的抗壓強(qiáng)度均低于基準(zhǔn)。4＃和7＃方案生球爆裂溫度均隨黏結(jié)劑配比增加而提高，因?yàn)轲そY(jié)劑配比增加，內(nèi)部水分可以擴(kuò)散到表面的黏結(jié)劑晶層，不易造成內(nèi)部蒸汽壓過(guò)剩［6］；4＃和7＃方案在黏結(jié)劑配比0.5%～0.9%范圍內(nèi)，生球爆裂溫度滿(mǎn)足球團(tuán)生產(chǎn)要求。從黏結(jié)劑配比對(duì)生球和干球指標(biāo)的影響看，4＃方案的適宜黏結(jié)劑配比為0.7%～0.8%，7＃方案的適宜黏結(jié)劑配比為0.8%～0.9%。

圖1 黏結(jié)劑配比對(duì)生球指標(biāo)的影響

圖2 黏結(jié)劑配比對(duì)干球抗壓強(qiáng)度和生球爆裂溫度的影響

2.3 大比例配加赤鐵精礦適宜焙燒制度的研究

以4＃和7＃方案生球?yàn)楸簾颍芯看蟊壤浼映噼F礦的適宜焙燒制度。在焙燒時(shí)間一致的條件下，固定焙燒溫度1 250℃，研究預(yù)熱溫度對(duì)球團(tuán)強(qiáng)度的影響；固定預(yù)熱溫度950℃，研究焙燒溫度對(duì)球團(tuán)強(qiáng)度的影響，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，4＃方案球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度隨預(yù)熱溫度提高先提高后趨于平衡，在預(yù)熱溫度為975℃時(shí)取得最大值，因?yàn)轭A(yù)熱溫度提高，球團(tuán)中Fe2O3再結(jié)晶聯(lián)接增強(qiáng)，但當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)球團(tuán)表面形成一個(gè)致密外殼，阻礙內(nèi)部結(jié)晶進(jìn)程［9］。7＃方案球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度隨預(yù)熱溫度提高而提高；當(dāng)預(yù)熱溫度超過(guò)950℃時(shí)，抗壓強(qiáng)度提高幅度不大。預(yù)熱溫度超過(guò)900℃且預(yù)熱溫度相同時(shí)，7＃方案球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度均低于4＃方案，因?yàn)橥赓?gòu)精礦C粒度較粗且FeO含量極低，影響焙燒過(guò)程顆粒的再結(jié)晶和聚晶固結(jié)。

圖3 焙燒制度對(duì)球團(tuán)強(qiáng)度的影響

4＃和7＃方案球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度均隨焙燒溫度提高而提高。焙燒溫度超過(guò)1 245℃后再繼續(xù)提高焙燒溫度時(shí)，4＃方案球團(tuán)抗壓強(qiáng)度提高幅度不大；焙燒溫度超過(guò)1 260℃后再繼續(xù)提高焙燒溫度時(shí)，7＃方案球團(tuán)抗壓強(qiáng)度提高幅度減小；這是因?yàn)殡S著焙燒溫度升高，赤鐵礦晶粒擴(kuò)散再結(jié)晶增強(qiáng)，但是當(dāng)焙燒溫度超過(guò)某一溫度時(shí)，球團(tuán)內(nèi)各顆粒再結(jié)晶基本完成，連結(jié)成一個(gè)整體［10］，繼續(xù)提高焙燒溫度對(duì)球團(tuán)強(qiáng)度影響不明顯。焙燒溫度相同時(shí)，4＃方案球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度高于7＃方案。綜合預(yù)熱溫度和焙燒溫度對(duì)球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的影響，4＃方案球團(tuán)的適宜焙燒制度為預(yù)熱溫度935～950℃、焙燒溫度1 235～1 250℃；7＃方案球團(tuán)的適宜焙燒制度為預(yù)熱溫度960～975℃、焙燒溫度1 255～1 270℃。

2.4 不同配礦結(jié)構(gòu)球團(tuán)微觀(guān)結(jié)構(gòu)的研究

在焙燒制度一致的條件下，1＃、4＃和7＃方案球團(tuán)的微觀(guān)結(jié)構(gòu)如圖4所示。由圖4可知，1＃方案球團(tuán)顯微結(jié)構(gòu)均勻，赤鐵礦為主要金屬相，多呈他形晶，少量呈半自形晶；赤鐵礦晶粒發(fā)育優(yōu)良，再結(jié)晶完全互連，整個(gè)物相構(gòu)成了一個(gè)牢固的整體。4＃方案球團(tuán)顯微結(jié)構(gòu)基本均勻，赤鐵礦再結(jié)晶發(fā)育良好，互連程度加強(qiáng)，但內(nèi)部小氣孔較多，氣孔率較高。7＃方案球團(tuán)顯微結(jié)構(gòu)不均勻，赤鐵礦再結(jié)晶發(fā)育不良，存在單獨(dú)未充分固結(jié)的顆粒，因此7＃方案球團(tuán)抗壓強(qiáng)度較低、冶金性能較差。

圖4 不同配礦方案球團(tuán)礦微觀(guān)結(jié)構(gòu)

2.5 工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)

提高赤鐵礦配比的工業(yè)試驗(yàn)在帶式機(jī)球團(tuán)車(chē)間進(jìn)行。首先提高赤鐵精礦B的配比，按50%精礦A配加50%精礦B試驗(yàn)；然后用10%精礦C同比替代精礦B，按50%精礦A配加40%精礦B和10%精礦C試驗(yàn)。工業(yè)試驗(yàn)參數(shù)如表5所示，試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表5 工業(yè)試驗(yàn)參數(shù)

表6 工業(yè)試驗(yàn)球團(tuán)指標(biāo)

由表6可知，赤鐵精礦B配比提高到50%，生球落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度分別為5.52次／（0.5 m）和12.95 N／球；成品球抗壓強(qiáng)度達(dá)到2 798 N／球，還原度和膨脹率分別為69.92%和12.84%。10%精礦C同比替代精礦B，其生球和成品球指標(biāo)略微降低。工業(yè)試驗(yàn)后，假象赤鐵精礦B的使用比例提高到50%，赤鐵精礦C開(kāi)始在球團(tuán)生產(chǎn)中應(yīng)用，帶式機(jī)球團(tuán)鐵料結(jié)構(gòu)趨于平衡。

3 結(jié) 論

1）從鐵精礦特性看，精礦A屬于磁鐵礦，精礦B屬于假象赤鐵礦，精礦C屬于赤鐵礦；精礦B和精礦C成球性均低于精礦A，精礦B具有良好的成球性，精礦C成球性能中等。

2）赤鐵精礦B應(yīng)用于帶式機(jī)球團(tuán)生產(chǎn)的比例可以提高到55%，適宜配礦方案為45%精礦A配加55%精礦B，其黏結(jié)劑適宜配比為0.7%～0.8%，最佳焙燒制度為預(yù)熱溫度935～950℃、焙燒溫度1 235～1 250℃。

3）赤鐵精礦C同比替代精礦B應(yīng)用于球團(tuán)生產(chǎn)的最佳比例為10%，適宜配礦方案為50%精礦A配加40%精礦B與10%精礦C；其黏結(jié)劑適宜配比為0.8%～0.9%，最佳焙燒制度為預(yù)熱溫度960～975℃、焙燒溫度1 255～1 270℃。