馬鋼股份球團(tuán)粘結(jié)劑理化指標(biāo)與球團(tuán)性能相關(guān)性

＊?jiǎng)⑸狡?孫社生 帥冬平 過剛 唐鋒劌 楊大兵

（1.寶武集團(tuán)馬鋼股份制造管理部原料管理中心 安徽 243000 2.寶武集團(tuán)馬鋼股份制造管理部煉鐵技術(shù)室 安徽 243000 3.武漢科技大學(xué)冶金資產(chǎn)高效利用與造塊湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 湖北 430081）

在球團(tuán)礦的生產(chǎn)中，廣泛采用膨潤土作為粘結(jié)劑來改善生球的性能指標(biāo)。膨潤土應(yīng)用于球團(tuán)礦的生產(chǎn)中可顯著改善生球的落下強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和成品球的強(qiáng)度[1]。不過，膨潤土的加入會(huì)增加球團(tuán)中雜質(zhì)硅和鋁的含量，相應(yīng)降低球團(tuán)礦的品位并影響球團(tuán)礦的強(qiáng)度和冶金性能。

各國對(duì)膨潤土物化性能的檢驗(yàn)不盡相同，對(duì)膨潤土在球團(tuán)礦生產(chǎn)中的行為特性及其作用機(jī)理的認(rèn)識(shí)也有分歧[2-3]。本研究主要通過馬鋼球團(tuán)經(jīng)常采用的膨潤土，并結(jié)合國內(nèi)部分球團(tuán)生產(chǎn)廠家使用的膨潤土，檢驗(yàn)膨潤土的各項(xiàng)物化性能，并結(jié)合生球的各項(xiàng)性能指標(biāo)來推測膨潤土在球團(tuán)中的行為特性及作用機(jī)理，為今后的膨潤土的采購和使用提供改進(jìn)方向。

1.研究方法及原料特性

本次研究對(duì)鐵精礦及膨潤土的多元素采用ICP，膨潤土的層間距采用XRD，結(jié)果如表1、表2；陽離子交換容量、吸藍(lán)量、膠質(zhì)價(jià)、膨脹容、膨潤值、吸水率等采用國標(biāo)GB/T20973-2020，結(jié)果如表3；鐵精礦潤磨采用Ф600mm×600mm的實(shí)驗(yàn)室型潤磨機(jī)，磨礦產(chǎn)物的比表面積采用GB8074-87標(biāo)準(zhǔn)測定；造球采用Ф800mm×180mm實(shí)驗(yàn)室型造球盤，生球爆裂溫度采用重慶大學(xué)加工的爆裂溫度裝置。

表1 凹山鐵精礦多元素分析結(jié)果

表2 各種膨潤土的主要元素分析結(jié)果

表3 各種膨潤土的理化指標(biāo)

表4 不同潤磨時(shí)間下凹山鐵精礦的表面積

2.試驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)分析

(1)粘結(jié)劑理化指標(biāo)與生球性能指標(biāo)的相關(guān)性

膨潤土做冶金球團(tuán)粘結(jié)劑時(shí)，衡量土的質(zhì)量優(yōu)劣的有陽離子交換容量、吸藍(lán)量、膠質(zhì)價(jià)、膨脹容、膨潤值、吸水率以及膨潤土的細(xì)度和含水率。對(duì)于膨潤土做冶金球團(tuán)粘結(jié)劑使用，國標(biāo)GB/T 20973-2020雖做出了規(guī)定，但是范圍比較廣，再生產(chǎn)指導(dǎo)性不強(qiáng)。采購部門和生產(chǎn)管理部門都無法事先對(duì)膨潤土用于球團(tuán)生產(chǎn)做出評(píng)估和預(yù)判。

本研究用表2所列的幾種膨潤土在用量為2%、造球水分7.8%、潤磨時(shí)間5min、造球時(shí)間14min和密實(shí)時(shí)間2min的條件下，分別進(jìn)行凹山鐵精礦造球試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果列于下表5。

表5 各種膨潤土的d001值及球團(tuán)性能指標(biāo)

對(duì)表3所列各種膨潤土的陽離子交換容量、吸藍(lán)量、膠質(zhì)價(jià)、膨脹容、膨潤值、吸水率分別對(duì)球團(tuán)的落下強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和爆裂溫度進(jìn)行相關(guān)性分析，所的相關(guān)性系數(shù)列表于表6。

表6 膨潤土理化指標(biāo)于生球指標(biāo)的相關(guān)性指數(shù)

從表5可以看出，膨潤土理化指標(biāo)于生球指標(biāo)的相關(guān)性指數(shù)中，生球落下強(qiáng)度受膨潤土質(zhì)量影響最明顯。其次是爆裂溫度，負(fù)相關(guān)性要求我們?cè)谠烨蛑幸⒁馓砑优驖櫷翆?duì)生球爆裂溫度的制約，比如在豎爐球團(tuán)工藝中就要格外注意，而帶焙工藝則沒有必要太關(guān)注爆裂問題。再次是生球的抗壓強(qiáng)度。從試驗(yàn)及生產(chǎn)過程看，生球的抗壓基本都滿足工藝的需要，指抗壓強(qiáng)度的增減都在控制范圍內(nèi)可以，可以不用重點(diǎn)關(guān)注。

從膨潤土各理化指標(biāo)對(duì)生球落下強(qiáng)度的影響程度看，膨潤土的吸水率是最明顯的。而且我們從表3的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)膨潤土的這些指標(biāo)基本是正相關(guān)的，這就有利于我們?cè)诤饬颗驖櫷恋馁|(zhì)量指標(biāo)優(yōu)劣的時(shí)候，只需要重點(diǎn)考察膨潤土的吸水率。

(2)膨潤土的鈉化問題

把表2中所列膨潤土層間距d001值與表3的各項(xiàng)指標(biāo)結(jié)合起來看，日照土、鄂州1、鄂州3土基本屬于鈣基土。而馬鋼1和馬鋼2土據(jù)漂亮的理化指標(biāo)應(yīng)該規(guī)劃為鈉基土，但是從層間距d001值又不能把這兩種土定性為鈉基土。該如何解釋這種現(xiàn)象呢？

經(jīng)實(shí)地考察馬鋼1膨潤土生產(chǎn)廠家得知其工藝流程：礦山采掘原土，就近露天晾曬至水分為10%左右，集中到室內(nèi)堆存，再從室內(nèi)堆場取樣輸送到雷蒙磨機(jī)，進(jìn)料時(shí)，按比例加入Na2CO3，分級(jí)后的細(xì)料用罐車輸送到用戶。這其中雖然加入了Na2CO3，但是鈉化需要的濕度條件并不滿足，因此鈉化過程并沒有完成。那么，為什么檢測指標(biāo)又很好呢？這是由于膨潤土的理化指標(biāo)都是在比較稀的濃度條件下進(jìn)行的，而且檢測持續(xù)時(shí)間比較長，就可能是先鈉化，因此顯示出比較好的測量指標(biāo)。

那么，鈉化不徹底對(duì)膨潤土的理化指標(biāo)有沒有影響？我們將馬鋼現(xiàn)用的馬鋼1膨潤土和馬鋼2膨潤土在實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)加水、陳化24h后，重新檢測再鈉化的膨潤土理化指標(biāo)，并與重新鈉化前的指標(biāo)對(duì)照如表7。

表7 馬鋼1和馬鋼2膨潤土實(shí)驗(yàn)室重新鈉化的指標(biāo)對(duì)照

從表7可以看出：馬鋼1膨潤土和馬鋼2膨潤土經(jīng)過重新鈉化處理后，馬鋼1膨潤土的d001略微減小，這或許因?yàn)殁c化劑用量不足所致。而馬鋼2的d001出現(xiàn)新的峰，有13.5和11.77的峰值，說明層間距有所減小，屬于鈉化的結(jié)果。兩種膨潤土的陽離子交換容量和吸藍(lán)量在誤差范圍內(nèi)，認(rèn)為沒變。但是膠質(zhì)價(jià)、膨脹容、膨潤值和吸水率都明顯提升，說明鈉化對(duì)膨潤土的理化指標(biāo)有相當(dāng)大的作用。

那么鈉化對(duì)球團(tuán)的促進(jìn)作用也像鈉化程度那樣明顯嗎？我們利用凹山鐵精礦做了條件相同的對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果如表8。

表8 不同馬鋼1膨潤土用量鈉化前后對(duì)凹山鐵精礦球團(tuán)指標(biāo)影響

從表8看出，重新鈉化對(duì)抗壓強(qiáng)度無規(guī)律影響，對(duì)生球落下強(qiáng)度有一定程度促進(jìn)作用，對(duì)成品球強(qiáng)度輕微加強(qiáng)，但是對(duì)生球爆裂溫度有明顯的降低。

(3)膨潤土質(zhì)量指標(biāo)量化體系

針對(duì)馬鋼球團(tuán)常用膨潤土類別，結(jié)合冶金球團(tuán)粘結(jié)劑的國標(biāo)，我們給出了實(shí)用于馬鋼的球團(tuán)粘結(jié)劑的評(píng)價(jià)體系，如表9。

表9 實(shí)用于馬鋼冶金球團(tuán)粘結(jié)劑的質(zhì)量指標(biāo)

續(xù)表

這里給出的質(zhì)量指標(biāo)體系要高于國家標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)增加了對(duì)膨潤土廠家供應(yīng)的產(chǎn)品進(jìn)行層間距檢測項(xiàng)目，適當(dāng)避免鈉化過程的簡單化操作，導(dǎo)致膨潤土發(fā)揮作用不足的弊端。

3.結(jié)論

（1）膨潤土質(zhì)量指標(biāo)中，吸水率對(duì)球團(tuán)指標(biāo)的影響最明顯，尤其對(duì)生球的落下強(qiáng)度影響最大，膨潤土吸水率與生球落下強(qiáng)度的相關(guān)性系數(shù)達(dá)到0.944，因此在衡量膨潤土質(zhì)量的時(shí)候應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注吸水率。

（2）鈣基膨潤土鈉化不充分時(shí)，雖然檢測指標(biāo)很好，但是對(duì)造球作用的發(fā)揮不夠理想，所以引入膨潤土的層間距d001值，判定膨潤土的鈉化程度。

（3）優(yōu)化了適用于馬鋼球團(tuán)粘結(jié)劑的評(píng)價(jià)體系。