京唐低硅球團鈣基膨潤土配加生產實踐

錢瑞清，王 凱，吳小江，李 明，孫大為

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北 唐山063200）

1 前 言

膨潤土又稱皂土，是一種主要由SiO2和Al2O3組成的黏土巖［1］。由于其具有強吸濕性、較大的膨脹性、高度的分散性和極強的陽離子交換能力與吸附能力，能夠有效地改善物料的成球性能以及生球、干球和焙燒球團的特性，特別是能有效地提高生球的爆裂溫度，是冶金球團生產中普遍使用的粘結劑，對球團礦產量和質量起著非常重要的作用［2］。膨潤土大量存在于自然界中，根據其離子層間的陽離子種類可分為鈣基膨潤土和鈉基膨潤土。結構層間吸附的可交換陽離子為Ca2+時，稱為鈣基膨潤土；結構層間吸附的可交換陽離子為Na+時，稱為鈉基膨潤土。我國膨潤土90%為鈣基膨潤土，天然鈉基膨潤土很少［3-4］。

首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司球團廠1#線年產400萬t的504 m2大型帶式焙燒機于2010年投產以來，粘結劑一直以鈉基膨潤土為主，年消耗約5萬t。京唐新建兩條360 萬t 帶式焙燒機于2019 年投產，球團入爐比例將達到50%以上，為了保證在大球比條件下高爐順穩(wěn)運行，需要進行降低球團還原膨脹率的研究。提高成品球二氧化硅含量有利于降低還原膨脹，而京唐球團原料硅含量低，需提高膨潤土配比，導致成本升高。鈣基膨潤土較鈉基膨潤土脈石含量高，價格低廉，使用鈣基膨潤土有利于提高球團中SiO2含量，降低球團還原膨脹率。因此，實現鈣基膨潤土的工業(yè)化生產對于首鋼京唐球團的生產具有重要意義。為此，京唐球團以秘魯球團粉、海南精粉、鈣基膨潤土、鈉基膨潤土為主要原料，通過工業(yè)試驗，研究不同鈣基膨潤土配比對球團礦質量及工藝制度的影響。

2 原料條件及試驗方法

2.1 原料條件

試驗所用含鐵原料為京唐球團生產用礦粉，有秘魯球團粉、海南精粉及自產加工粉。粘結劑采用京唐球團生產用鈉基膨潤土和外購鈣基膨潤土，其主要化學成分見表1、表2，膨潤土物理性能見表3。可以看出，京唐球團所用含鐵原料TFe 品位較高，SiO2含量相對較低，CaO 及 MgO 含量低；鈉基膨潤土SiO2含量55.2%，而鈣基膨潤土SiO2含量62.32%，明顯高于鈉基膨潤土。含鐵原料74 μm 粒度均在80%左右，膨潤土53 μm粒度可保證在80%以上。

表1 鐵精礦粉主要化學成分（質量分數） %

表2 膨潤土主要化學成分（質量分數） %

表3 膨潤土物理性能

2.2 試驗配比

為避免工業(yè)試驗對高爐生產產生較大影響，京唐球團試驗時盡量保證試驗球TFe 與正常生產球一致，試驗配比方案如表4所示。配料基本以秘魯球團粉為主。

表4 試驗配比方案 %

2.3 試驗方法

京唐球團廠工藝設計中注重對原料準備階段工序的精細化，在常規(guī)配置基礎上增加了輥磨、干燥工序，試驗含鐵原料經加工確保了水分穩(wěn)定、粒度及比表面積的均勻，提高了原料成球性。含鐵原料外加膨潤土，經臥式混合機充分混合后在圓盤造球機中造球。圓盤造球機直徑為7.5 m、轉速30～50 r/min、傾角45°。生球粒度控制在9～16 mm；生球落下試驗高度為500 mm。

京唐球團廠采用帶式焙燒機工藝，試驗球團在其中完成焙燒，其工藝示意圖如圖1所示。焙燒機有效長度為126 m，有效焙燒面積504 m2，分為7 個工藝段：鼓風干燥段、抽風干燥段、預熱段、焙燒段、均熱段、一次冷卻段、二次冷卻段。其中預熱、焙燒45 m，靠燃燒焦爐煤氣提供熱源，配備進口專用焦爐煤氣燒嘴32個，左右分別布置16個，每個燒嘴配備1套自動調節(jié)裝置，單個或分組開啟、調溫可控，這樣的設計確保了焙燒段長度可變，適應了原料變化需要，滿足了全磁鐵礦生產到全赤鐵礦生產的不同需要。鋪底料采用粒度為9～12 mm 的成品球團，鋪底料厚度80～100 mm；臺車上料層總高度為400 mm。焙燒好的成品球團在機尾卸料，再通過皮帶系統運到成品篩分系統。

圖1 京唐球團帶式焙燒工藝

成品球抗壓強度在壓力機上測試，球團礦冶金性能檢測主要包括還原度、還原粉化指標、還原膨脹率、軟熔指標。焙燒以控制成品球抗壓強度為主，每2 h做抗壓強度檢測，根據檢測結果對燒嘴溫度進行局部調整，確保每個成品球抗壓強度達到2 800 N。

3 試驗結果及分析

3.1 造球分析

試驗中，造球參數采用京唐球團正常生產的工藝參數，以正常生產的出球量為控制目標。觀察配加鈣基膨潤土后的造球變化，生球表面粉末量有所減少，出球均勻，但是物料較干，生球長大速度趨緩，實際試驗過程中加大了造球給水量。

對比分析鈣基膨潤土配比在生產中對生球性能的影響，其結果見表5。從表中可以看出，生產中3種不同膨潤土配比物料成球性能較鈉基土生產未發(fā)生較大改變，且比較穩(wěn)定。方案3 返礦率最低。同時生產中隨著鈣基膨潤土比例的增加，生球落下次數提高。

表5 鈣基膨潤土對生球性能的影響

3.2 球團物化指標分析

試驗過程中取成品球團礦進行物化指標檢測，檢測指標及對比指標列于表6。

表6 球團礦物化指標檢測結果

從試驗數據對比看出，試驗中球團品位均保持在65%以上，綜合品位（Tfe＋MgO）穩(wěn)定升高。試驗球團礦FeO 含量明顯降低，達到了試驗要求；配加鈣基膨潤土后FeO 有降低趨勢，推測混合礦粒度改善、焙燒溫度提高都有利于FeO 的控制。隨著鈣基膨潤土配加比例的升高，成品球還原膨脹率下降，分析原因為鈣基膨潤土配加比例提高，入礦脈石增多，還原膨脹率降低。從＜5 mm 粒級分析，配加鈣基膨潤土對京唐帶式工藝的球團爆裂影響不大。

3.3 球團成本分析

按照某月球團礦原料實際采購價格及成本計算分析，方案1、2 較100%鈉基膨潤土配比時成本均有所降低，方案3 由于采用100%秘魯球團粉且膨潤土配比較其他方案明顯升高，導致綜合成本高于100%鈉基膨潤土配比方案。以年產量400 萬t球團計算，采用方案2 進行生產，由于鈣基膨潤土單價低于鈉基膨潤土，且價格高的海南精粉配比降低，每年可節(jié)約費用約632萬元。

4 結 語

（1）鈣基皂土配加后生球指標滿足要求，成品球成分穩(wěn)定，粒度均勻，直供高爐期間高爐運行穩(wěn)定未受影響，配加鈣基土可以滿足球團生產需求。

（2）在保證球團礦較高TFe 品位前提下，配加鈣基土生產，成品球還原膨脹率明顯降低，且FeO含量降低，其他物理、化學指標未發(fā)生明顯變化，滿足了高爐生產需求。

（3）通過工業(yè)試驗對比分析，同等膨潤土配比前提下，京唐低硅球團采用鈣基膨潤土作為粘結劑生產成本更低，更加適宜工業(yè)化生產。