MgO含量和來源對(duì)球團(tuán)焙燒特性及冶金性能的影響

朱德慶，劉 震，楊聰聰，潘 建

中南大學(xué)資源加工與生物工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410083

近年來，隨著國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)大量使用外購(gòu)高鋁鐵礦作為高爐煉鐵原料，導(dǎo)致高爐渣中的Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯增加，對(duì)高爐渣的熔化性、流動(dòng)性和冶金性能造成了許多不利的影響[1-2]. 有關(guān)研究顯示，適當(dāng)?shù)脑黾覯gO質(zhì)量分?jǐn)?shù)不僅能夠改善高鋁爐渣流動(dòng)性，削弱Al2O3對(duì)高爐冶煉所帶來的不利影響，而且能提高爐渣的脫硫能力[3-5]. 但是僅依靠鐵礦石中自帶的MgO并不足以滿足高鋁爐渣的冶煉要求，所以需要額外添加含鎂熔劑.現(xiàn)階段，高爐冶煉所需的鎂主要是通過燒結(jié)礦和球團(tuán)礦帶入的，而燒結(jié)礦帶入是最主要的方式. 然而，當(dāng)燒結(jié)礦中MgO含量過高時(shí)（一般要求燒結(jié)中MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1.2%～2.0%之間），不利于燒結(jié)液相生成與流動(dòng)，礦相結(jié)構(gòu)不均勻，會(huì)降低燒結(jié)礦的強(qiáng)度、還原性和抗粉化能力，從而影響高爐生產(chǎn)順行[6-10]. 將部分MgO添加到球團(tuán)礦中，既可以明顯改善燒結(jié)礦質(zhì)量，又能改善球團(tuán)的冶金性能與軟熔特性. 但是另一方面，較高的MgO含量對(duì)原料成球性和球團(tuán)焙燒性能不利[11-14]. 為了改善鎂質(zhì)球團(tuán)的性能，國(guó)內(nèi)外許多研究者為此進(jìn)行了研究. 徐晨光等[15]采用白云石作為含鎂熔劑，發(fā)現(xiàn)焙燒溫度控制在1300 ℃，堿度控制在1.0且MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí)，高鎂堿性球團(tuán)礦的冶金性能最優(yōu)；范曉慧等[16]采用蛇紋石、MgO試劑、菱鎂石作為含鎂熔劑，發(fā)現(xiàn)堿度在0.4～0.5時(shí)鎂質(zhì)球團(tuán)強(qiáng)度最大；朱德慶等[17]采用菱鎂礦作為含鎂熔劑，發(fā)現(xiàn)MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%～2.5%，堿度為0.8～1.6時(shí)的熔劑性球團(tuán)具有良好冶金性能和抗壓強(qiáng)度. 但大多數(shù)研究者只采用某一類含鎂熔劑來研究MgO對(duì)球團(tuán)的影響，對(duì)于不同的含鎂熔劑的系統(tǒng)研究甚少. 本文通過添加5種常見的含鎂添加劑制備鎂質(zhì)球團(tuán)，研究MgO含量及其賦存狀態(tài)對(duì)磁鐵礦球團(tuán)焙燒性能及冶金性能的影響規(guī)律，并揭示其作用機(jī)理.

1 原料及研究方法

1.1 原料性能

本研究所用鐵礦粉為某進(jìn)口普通磁鐵礦，5種不同含鎂添加劑分別為高鎂磁鐵礦、氧化鎂粉、白云石、鎂橄欖石和菱鎂石，其化學(xué)成分和物理性能如表1和表2所示. 普通磁鐵礦和高鎂磁鐵礦的比表面積偏低（<1500 cm2·g-1），需要造球前對(duì)其進(jìn)行高壓輥磨預(yù)處理，以改善其成球性. 其它4種含鎂添加劑的粒度均比較細(xì)，-0.074 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)均大于85%，比表面積高達(dá)2000 cm2·g-1以上，有利于造球. 其中氧化鎂粉為分析純?cè)噭琈gO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%，其余含鎂添加劑為工業(yè)原料. 實(shí)驗(yàn)所用膨潤(rùn)土的化學(xué)成分、物化性能及粒度分布如表1和表3所示（按GB/T 20973—2007標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定），為一種優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土.

表1 原料的主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）Table 1 Chemical composition of raw materials %

表2 原料的物理性能Table 2 Physical properties of raw materials

表3 膨潤(rùn)土物理性能Table 3 Physical properties of bentonite

1.2 研究方法

實(shí)驗(yàn)流程包括原料預(yù)處理、生球制備、球團(tuán)預(yù)熱和焙燒、成品球冶金性能檢測(cè)和礦相分析. 首先將2種磁鐵礦進(jìn)行高壓輥磨預(yù)處理，使其比表面積提高至1500 cm2·g-1左右. 然后將磁鐵礦與添加劑進(jìn)行配料、混合，通過圓盤造球機(jī)進(jìn)行造球試驗(yàn)（φ1000 mm，傾角α為 47 °，轉(zhuǎn)速為 28 r·min-1）.固定造球時(shí)間12 min，緊密2 min，控制生球水分至質(zhì)量分?jǐn)?shù)8.5%左右. 篩取10～16 mm的合格生球檢測(cè)其生球抗壓強(qiáng)度、爆裂溫度和落下強(qiáng)度，其余合格生球在105 ℃的條件下干燥4 h后，用于預(yù)熱和焙燒實(shí)驗(yàn). 預(yù)熱和焙燒實(shí)驗(yàn)均在臥式電熱管爐中進(jìn)行，固定預(yù)熱溫度950 ℃，預(yù)熱時(shí)間12 min，焙燒溫度1240 ℃，焙燒時(shí)間15 min，得到的焙燒球團(tuán)用于抗壓強(qiáng)度和后續(xù)冶金性能檢測(cè). 焙燒球團(tuán)抗壓強(qiáng)度測(cè)定設(shè)備為ZQYC—智能抗壓測(cè)量?jī)x. 成品球團(tuán)礦顯微結(jié)構(gòu)的鑒定和分析采用Leica DMRXE光學(xué)顯微鏡. 球團(tuán)還原膨脹性能、還原度和還原粉化性能的測(cè)定分別按照GB/T 13240—2018、GB/T 24189—2009和 GB/T 24204—2009中[18-20]的方法測(cè)定.

2 結(jié)果與分析

2.1 MgO含量和來源對(duì)生球性能的影響

本實(shí)驗(yàn)通過5種不同的含鎂添加劑調(diào)節(jié)球團(tuán)氧化鎂含量，研究MgO含量及來源對(duì)磁鐵礦球團(tuán)生球落下強(qiáng)度的影響（見圖1）. 取30個(gè)直徑12 mm生球，將生球從0.5 m處自由落體到5 mm厚的鋼板上，反復(fù)進(jìn)行，直到生球產(chǎn)生裂縫為止，記錄此時(shí)落下次數(shù)作為落下強(qiáng)度表征. 由圖1可知，氧化鎂粉與高鎂磁鐵礦均能夠提高球團(tuán)的落下強(qiáng)度，且氧化鎂粉作用效果更加明顯，原因?yàn)檠趸V粉的粒度最細(xì)，比表面積最大，有極高的物理吸附性能與水化活性，能夠改善生球性能[21-22]；而高鎂磁鐵礦由于通過高壓輥磨預(yù)處理后，產(chǎn)生的大量裂痕和孔隙有利于在顆粒間呈齒合態(tài)連接微細(xì)顆粒，從而改善了其成球性能；而其他3種含鎂熔劑由于其親水性較差，配入后生球的落下強(qiáng)度隨著MgO含量的增加而呈降低趨勢(shì). 其中每個(gè)生球的抗壓強(qiáng)度大于15 N，爆裂溫度均在440 ℃以上，影響不明顯.

圖1 MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)及來源對(duì)高品位磁鐵礦球團(tuán)生球落下強(qiáng)度的影響Fig.1 Effect of MgO mass fraction and source on the drop numbers of green balls

2.2 MgO含量及來源對(duì)球團(tuán)預(yù)熱與焙燒行為的影響

2.2.1 MgO含量及來源對(duì)預(yù)熱球團(tuán)抗壓強(qiáng)度影響

MgO含量及來源對(duì)預(yù)熱球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的影響如圖2所示. 預(yù)熱制度為預(yù)熱溫度950 ℃，預(yù)熱時(shí)間12 min. 由此可知，鎂質(zhì)熔劑的添加均會(huì)降低磁鐵礦預(yù)熱球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度，且隨著球團(tuán)MgO含量的增加，預(yù)熱球團(tuán)抗壓強(qiáng)度下降越明顯. 這是因?yàn)轭A(yù)熱球團(tuán)中MgO會(huì)減緩磁鐵礦的氧化及Fe2O3初晶鍵連接，使顆粒間固相固結(jié)程度減弱，導(dǎo)致預(yù)熱球團(tuán)強(qiáng)度變差. 對(duì)于配加不同鎂添加劑的鎂質(zhì)球團(tuán)，隨著MgO含量的增長(zhǎng)，高鎂磁鐵礦對(duì)預(yù)熱球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的影響最小，而氧化鎂粉對(duì)預(yù)熱球團(tuán)抗壓強(qiáng)度降低的程度最大，其影響程度由高到低的順序?yàn)椋貉趸V粉、菱鎂石、鎂橄欖石、白云石、高鎂磁鐵礦. 這是由于白云石和菱鎂石中的碳酸鹽會(huì)在低溫分解出CO2，導(dǎo)致球團(tuán)孔隙增加，抗壓降低；氧化鎂粉與鎂橄欖石的燒損低，在預(yù)熱階段氧化不充分，必然存在大量未礦化MgO和鎂橄欖石，這些顆粒殘留在新生的Fe2O3顆粒之間，遏制晶體互聯(lián)及晶粒生長(zhǎng)，從而導(dǎo)致其預(yù)熱球強(qiáng)度較低[23-24]；而高鎂磁鐵礦由于本身屬于磁鐵礦，在預(yù)熱階段FeO氧化成Fe2O3，各個(gè)顆粒之間形成微晶鍵連接，提高了球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度.

圖2 MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)及來源對(duì)磁鐵礦預(yù)熱球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的影響（預(yù)熱溫度950 ℃，預(yù)熱時(shí)間12 min）Fig.2 MgO mass fraction and source on compressive strength of preheated pellets (preheating at 950 ℃ for 12 min)

2.2.2 MgO含量及來源對(duì)焙燒球團(tuán)抗壓強(qiáng)度影響

MgO含量及來源對(duì)磁鐵礦焙燒球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的影響如圖3所示. 由圖3知，對(duì)于配加不同鎂添加劑的焙燒球團(tuán)，其焙燒球團(tuán)抗壓強(qiáng)度均隨著MgO的增加而降低. 原因?yàn)殡S著鎂質(zhì)熔劑的添加，一方面球團(tuán)的孔隙率會(huì)逐漸增加，另一方面MgO與Fe2O3會(huì)生成鐵酸鎂等含鎂固溶體，含鎂固溶體和一些未被礦化的MgO分散在Fe2O3晶粒周圍，阻礙了Fe2O3再結(jié)晶和晶粒的長(zhǎng)大，阻礙球團(tuán)致密化[16]. 而對(duì)于配入不同鎂添加劑的焙燒球團(tuán)，對(duì)焙燒球團(tuán)抗壓強(qiáng)度影響最小的添加劑是白云石，焙燒球團(tuán)一直保持很高的抗壓強(qiáng)度（>3300 N）；其次是鎂橄欖石、高鎂磁鐵礦和菱鎂石，而氧化鎂粉對(duì)焙燒球團(tuán)強(qiáng)度的影響最大，當(dāng)MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.45%時(shí)，焙燒球團(tuán)抗壓強(qiáng)度急劇下降至2622 N. 由表1可知，白云石的CaO含量高，在高溫下形成大量的鐵酸鈣粘結(jié)相，晶粒間固結(jié)增強(qiáng)，球團(tuán)抗壓增加；鎂橄欖石中含有較多的SiO2成分，焙燒時(shí)會(huì)生成低熔點(diǎn)硅酸鹽填充在Fe2O3顆粒間的縫隙中產(chǎn)生連接作用，部分抵消了球團(tuán)中鐵酸鎂的生成對(duì)Fe2O3再結(jié)晶的抑制作用；高鎂磁鐵礦產(chǎn)生的鐵酸鎂大多存在于鐵相中，對(duì)球團(tuán)固結(jié)能力的不利影響??；菱鎂石，氧化鎂粉則是由于未完全氧化，存在未礦化的MgO顆粒，阻礙了Fe2O3的再結(jié)晶連接，導(dǎo)致球團(tuán)強(qiáng)度降低.

圖3 MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)及來源對(duì)磁鐵礦焙燒球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的影響（預(yù)熱溫度950 ℃，預(yù)熱時(shí)間12 min，焙燒溫度1240 ℃，焙燒時(shí)間15 min）Fig.3 MgO mass fraction and source on compressive strength of fired pellets (preheating at 950 ℃ for 12 min, roasting at 1240 ℃ for 15 min)

2.3 MgO含量及來源對(duì)焙燒球團(tuán)微觀結(jié)構(gòu)的影響

配加不同含鎂熔劑的焙燒球團(tuán)微觀結(jié)構(gòu)如圖4所示. 可見，不同含鎂熔劑的焙燒球團(tuán)中均出現(xiàn)不同程度的含鎂固溶體嵌布，但其存在形式具有差異，具體為配加高鎂磁鐵礦球團(tuán)內(nèi)的含鎂固溶體在球團(tuán)固結(jié)過程中大部分存在于鐵相之中；配加鎂橄欖石和白云石焙燒球團(tuán)的含鎂固溶體含量較少，而配加氧化鎂粉和菱鎂石焙燒球團(tuán)的含鎂固溶體量多，均分布在赤鐵礦晶粒周圍.

圖4 配加不同含鎂熔劑的焙燒球團(tuán)微觀結(jié)構(gòu)圖（預(yù)熱溫度950 ℃，預(yù)熱時(shí)間12 min，焙燒溫度1240 ℃，焙燒時(shí)間15 min，w(MgO)=2.45%）.（a）氧化鎂粉；（b）菱鎂石；（c）白云石；（d）高鎂磁鐵礦；（e）鎂橄欖石（H—赤鐵礦；S—(Fe，Mg)Fe2O4；P—孔洞；MgO—氧化鎂；T—鐵酸鈣；F—鎂橄欖石）Fig.4 Mineral phases of roasted pellets with different MgO source under optical microscope (preheating at 950 ℃ for 12 min, roasting at 1240 ℃ for 15 min, w(MgO)=2.45%): (a) magnesia powder; (b) magnesite; (c) dolomite; d) high magnesium magnetite; (e) forsterite (H—Hematite; S—(Fe2O4) spinel;P—hole; T—calcium ferrite; F—forsterite)

配加白云石的焙燒球團(tuán)中以Fe2O3晶粒為主，由于白云石中富含CaO，促進(jìn)Fe2O3晶粒間鐵酸鈣粘結(jié)相的生成，使得晶粒間固結(jié)更加緊密，所以其焙燒球團(tuán)強(qiáng)度最高；配加鎂橄欖石和高鎂磁鐵礦的焙燒球團(tuán)中Fe2O3晶粒粗大且互連成片，但是由于渣相量較多，且配加鎂橄欖石的焙燒球團(tuán)中存在未被礦化的鎂橄欖石，所以球團(tuán)強(qiáng)度次之；而配加氧化鎂粉和菱鎂石焙燒球團(tuán)的渣相量最多，存在未礦化的MgO顆粒與渣相填充于Fe2O3晶粒間，阻礙了Fe2O3再結(jié)晶和晶粒進(jìn)一步在長(zhǎng)大，導(dǎo)致球團(tuán)強(qiáng)度降低.

2.4 不同鎂質(zhì)添加劑和預(yù)熱球團(tuán)氧化度對(duì)焙燒球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的影響

對(duì)于配加不同含鎂添加劑的球團(tuán)，通過調(diào)節(jié)預(yù)熱時(shí)間獲得一系列不同氧化度的預(yù)熱球團(tuán)，研究MgO來源和預(yù)熱球團(tuán)氧化度對(duì)焙燒球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示. 由圖5知，配加不同鎂添加劑的焙燒球團(tuán)抗壓強(qiáng)度均隨著預(yù)熱球團(tuán)氧化度的增加而升高，這是因?yàn)榇盆F礦如果氧化不充分，會(huì)與SiO2生成低熔點(diǎn)SiO2-Fe共晶體，在球團(tuán)內(nèi)部形成液態(tài)渣相，冷卻時(shí)收縮，內(nèi)部出現(xiàn)裂紋，強(qiáng)度降低. 預(yù)熱球團(tuán)氧化度低于75%時(shí)，不同含鎂添加劑的焙燒球團(tuán)抗壓強(qiáng)度大小依次為：白云石、鎂橄欖石、菱鎂石、氧化鎂粉和高鎂磁鐵礦，表明此時(shí)外加熔劑的含鎂球團(tuán)抗壓強(qiáng)度普遍高于高鎂磁鐵礦球團(tuán)，這是因?yàn)檠趸潭鹊?，預(yù)熱時(shí)間短，外加熔劑的中的Mg2+大部分沒與磁鐵礦發(fā)生反應(yīng)，而高鎂磁鐵礦原礦中存在大量的Mg2+以類質(zhì)同象的形式賦存于磁鐵礦晶格中，這種晶體比單純的磁鐵礦更難氧化，F(xiàn)e2O3微晶連接減弱. 當(dāng)磁鐵礦預(yù)熱球團(tuán)的氧化度大于80%以后，不同含鎂添加劑的焙燒球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的大小依次為：白云石、高鎂磁鐵礦、鎂橄欖石、菱鎂石和氧化鎂粉，高鎂磁鐵礦焙燒球團(tuán)強(qiáng)度提升幅度最大，這是因?yàn)榕浼悠渌姆N添加劑的球團(tuán)中的鎂固溶體進(jìn)入渣相，阻礙了Fe2O3顆粒之間再結(jié)晶連接，而此時(shí)高鎂礦中的含鎂固溶體在鐵相之中，對(duì)球團(tuán)固結(jié)影響小. 在實(shí)際生產(chǎn)中，我們可以通過增加預(yù)熱時(shí)間來提高鎂質(zhì)磁鐵礦球團(tuán)的焙燒性能.

圖5 具有不同MgO來源的預(yù)熱球團(tuán)氧化度對(duì)焙燒球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的影響（預(yù)熱溫度950 ℃，焙燒溫度1240 ℃，焙燒時(shí)間15 min，w(MgO)=2.45%）Fig.5 Relationship between compressive strength of fired pellets and different degree of preheated pellets (preheating at 950 ℃, roasting at 1240 ℃ for 15 min, w(MgO)=2.45%)

2.5 MgO含量與不同含鎂添加劑對(duì)球團(tuán)冶金性能的影響

本實(shí)驗(yàn)研究MgO含量對(duì)球團(tuán)冶金性能的影響時(shí)，選用氧化鎂粉調(diào)節(jié)球團(tuán)MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.35%（自然MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)）、0.6%、1.2%、1.8%和2.45%；研究MgO來源對(duì)球團(tuán)冶金性能的影響時(shí)，固定球團(tuán)MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.45%. 成品球團(tuán)礦的化學(xué)成分如表4所示. 由表4知，球團(tuán)礦鐵品位隨著MgO含量的增加而逐漸降低. 自然MgO含量的球團(tuán)鐵品位為68.35%，當(dāng)MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加至2.45%時(shí)，球團(tuán)鐵品位降低至61.59%，成品球團(tuán)礦K2O、Na2O、P、S等有害雜質(zhì)含量較低.

表4 成品球團(tuán)礦化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）Table 4 Chemical analysis of fired pellets %

成品球團(tuán)孔隙率見圖6：在MgO來源相同的情況下，隨著MgO含量的增加，球團(tuán)的孔隙率逐漸增加，當(dāng)MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.35%增加至2.45%時(shí)，球團(tuán)孔隙率由20.75%增加至25.93%. 在MgO含量相同的情況下，不同MgO來源對(duì)球團(tuán)孔隙率的影響存在一定差異.

圖6 MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)（a）與不同含鎂添加劑（b）對(duì)成品球團(tuán)孔隙率的影響Fig.6 Effect of MgO mass fraction (a) and different magnesium-containing flux (b) on porosity of pellets

2.5.1 MgO含量與不同含鎂添加劑對(duì)球團(tuán)低溫還原粉化性能的影響

不同MgO含量和來源對(duì)球團(tuán)低溫還原粉化性能的影響如圖7所示，由圖7知，隨著球團(tuán)中MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.35%增加至2.45%，低溫還原分化率RDI-3.15mm從8.01%明顯降低至2.08%，說明增加球團(tuán)中MgO含量有利于改善其低溫還原粉化性能. 對(duì)于配加不同鎂添加劑的球團(tuán)，高鎂磁鐵礦球團(tuán)的低溫還原粉化性能最好，RDI-3.15mm僅為1.27%，其次是配加白云石和鎂橄欖石的球團(tuán)，而配加氧化鎂粉與菱鎂石球團(tuán)的低溫還原粉化性能稍差. 由微觀結(jié)構(gòu)分析可知，氧化鎂粉、菱鎂石、白云石和鎂橄欖石主要以外加形式添加到球團(tuán)中，MgO大部分存在于渣相和粘結(jié)相中，而高鎂磁鐵礦中的MgO則是以彌散狀態(tài)分布在鐵相中，抑制了赤鐵礦的還原及粉化，因此，高鎂磁鐵礦球團(tuán)的低溫還原粉化性能優(yōu)于其他含鎂球團(tuán).

圖7 MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)（a）與不同含鎂添加劑（b）對(duì)球團(tuán)低溫還原粉化率RDI-3.15 mm的影響Fig.7 Effect of MgO mass fraction (a) and different magnesium-containing flux (b) on RDI-3.15 mm of pellets

2.5.2 MgO含量與不同含鎂添加劑對(duì)球團(tuán)還原膨脹性能的影響

MgO含量及來源對(duì)球團(tuán)還原膨脹性能的影響如圖8所示. 由圖8知，隨著球團(tuán)中MgO含量的增加，球團(tuán)的還原膨脹率呈下降趨勢(shì). 當(dāng)球團(tuán)MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.35%增加至2.45%時(shí)，球團(tuán)還原膨脹率由16.57%下降至11.74%，表明配加MgO能夠改善球團(tuán)的還原膨脹性能.

圖8 MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)（a）與不同含鎂添加劑（b）對(duì)球團(tuán)還原膨脹率的影響Fig.8 Effect of MgO mass fraction (a) and different magnesium-containing flux (b) on swelling index of pellets

對(duì)于配加高鎂磁鐵礦和鎂橄欖石的球團(tuán)，其還原膨脹性能最佳，還原膨脹率分別為10.26%和9.84%，添加氧化鎂粉和菱鎂石球團(tuán)的還原膨脹性能次之，而添加白云石的球團(tuán)還原膨脹性能最差，還原膨脹率達(dá)14.88%，但均滿足高爐對(duì)球團(tuán)還原膨脹率的要求（<20%）. 在配加高鎂磁鐵礦的球團(tuán)中，其球團(tuán)內(nèi)部存在大量含鎂固溶體，有助于抑制赤鐵礦還原過程中的晶型轉(zhuǎn)變. 對(duì)于配加鎂橄欖石的球團(tuán)，除了MgO能夠抑制球團(tuán)膨脹外，其中包含的SiO2與FeO生成鐵橄欖石，這種粘結(jié)相在還原過程中比較穩(wěn)定，起到限制球團(tuán)膨脹的作用[25].而添加白云石的球團(tuán)在還原后期，分布在鈣質(zhì)浮氏體內(nèi)各點(diǎn)上的金屬鐵離子遷移到某些特定的核心點(diǎn)上，生長(zhǎng)出鐵精須，使球團(tuán)體積劇增[26-27].

2.5.3 MgO含量與不同含鎂添加劑對(duì)球團(tuán)還原性的影響

MgO含量及來源對(duì)球團(tuán)還原度的影響如圖9所示. 由圖9知，當(dāng)球團(tuán)中MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.35%增加至2.45%時(shí)，球團(tuán)還原度由60.32%升高至65.72%. 原因?yàn)樽匀籑gO含量球團(tuán)的孔隙率較低，僅為20.75%，而隨著MgO含量的增加，球團(tuán)孔隙率升高，有利于還原氣體擴(kuò)散，增加了還原反應(yīng)面積，改善了球團(tuán)還原性. 不同MgO來源對(duì)球團(tuán)還原性的影響存在差異，配加白云石球團(tuán)的還原度指數(shù)最高，可達(dá)72.15%，配加鎂橄欖石球團(tuán)的還原度指數(shù)最低，僅為62.19%；而配加氧化鎂粉、菱鎂石和高鎂磁鐵礦球團(tuán)的還原度處于二者之間. 由表4可知，配加白云石至球團(tuán)的CaO含量高，在焙燒時(shí)產(chǎn)生了大量以鐵酸鈣為主的互溶體（見圖4），在還原過程中，赤鐵礦與鐵酸鈣分裂，增加了還原反應(yīng)界面，這有助于還原氣體與赤鐵礦之間的反應(yīng). 在配加菱鎂石和氧化鎂粉的球團(tuán)里，內(nèi)部赤鐵礦在還原時(shí)，外部生成的致密的金素鐵阻礙了還原氣體的擴(kuò)散，影響了還原過程. 而高鎂磁鐵礦球團(tuán)中的含鎂固溶體彌散分布在鐵相之間，使得球團(tuán)在還原過程中保持了一定的孔隙率，從而球團(tuán)還原性能良好.而配加鎂橄欖石的球團(tuán)中SiO2含量高，在焙燒階段與磁鐵礦反應(yīng)形成難還原的鐵橄欖石，因此配加鎂橄欖石球團(tuán)還原度低于其他含鎂球團(tuán).

圖9 MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)(a)與不同含鎂添加劑(b)對(duì)球團(tuán)還原度的影響Fig.9 Effect of MgO mass fraction (a) and different magnesium-containing flux (b) on reducing degree index of pellets

3 結(jié)論

（1）氧化鎂粉與高鎂磁鐵礦均能夠提高球團(tuán)的落下強(qiáng)度，但氧化鎂粉提高的幅度更加明顯. 對(duì)配加菱鎂石、白云石和鎂橄欖石3種含鎂熔劑的球團(tuán)，生球的落下強(qiáng)度隨著MgO含量的增加而略微降低，但降低幅度并不明顯.

（2）對(duì)MgO來源不同的預(yù)熱球團(tuán)和焙燒球團(tuán)，增加MgO均會(huì)降低球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度. 其中高鎂磁鐵礦對(duì)預(yù)熱球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的不利影響最小，白云石對(duì)焙燒球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的不利影響最小.

（3）MgO來源不同的磁鐵礦球團(tuán)抗壓強(qiáng)度均隨著球團(tuán)氧化度的增加而升高，其中高鎂磁鐵礦焙燒球團(tuán)的提升幅度最為明顯，這表明保證鎂質(zhì)球團(tuán)在預(yù)熱段氧化完全對(duì)其固結(jié)具有重要的意義.

（4）對(duì)于這5種含鎂添加劑，增加MgO含量均能改善球團(tuán)的冶金性能，其中配加高鎂磁鐵礦的球團(tuán)的還原膨脹性和低溫還原粉化性均優(yōu)于于其他含鎂球團(tuán).