鞍鋼帶式機球團生產中優化配礦的研究與應用①

張 輝，李志斌，劉沛江，周明順，段立祥，彭 彬，劉弘禮

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

球團是一種高品質煉鐵爐料，具有品位高、冶金性能良好和雜質少等優點［1－2］，已成為高爐爐料結構的重要組成，在煉鐵生產中起著重要作用［3－4］。隨著高爐強化冶煉程度提高，優質球團需求量增加，而自產精礦的產量和品質均逐年下降，因此應用于球團生產的精礦種類頻繁變動，本地產和外購赤鐵精礦開始應用于球團生產。鑒于磁鐵礦和赤鐵礦在預熱和焙燒過程的氧化固結有很大差異［5］，本文進行了鞍鋼帶式機球團生產中大比例配加赤鐵精礦的優化配礦研究。

1 試驗原料和方案

1.1 試驗原料

帶式機球團優化配礦試驗原料為精礦A、B和C以及黏結劑，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；黏結劑為復合鈉基膨潤土。

表1 試驗原料化學成分（質量分數）／%

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

表2 精礦粒度組成與成球指數

1.2 試驗方案

以球團車間精礦配比為基準，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，試驗方案如表3所示。在此基礎上，研究大比例配加赤鐵精礦的適宜黏結劑配比和焙燒制度。

表3 球團優化配礦試驗方案（質量分數）／%

2 試驗結果及分析

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的適宜配礦方案對球團指標的影響如表4所示。由表4可知，生球落下強度和抗壓強度均隨精礦B配比提高而降低；精礦B配比超過50%時，落下強度降低幅度較大。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，生球落下強度和抗壓強度不能滿足生產要求，因為精礦中－0.044 mm粒級含量對造球具有決定意義［6］，而精礦C粒度較粗，－0.044 mm粒級占比只有63.25%，成球性遠低于精礦B，當其達到一定比例后無論作為成核粒子還是黏附粉，都會降低生球強度。成品球抗壓強度隨精礦B配比提高而降低，當精礦B配比提高到60%時，成品球抗壓強度低于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%，因為精礦C為赤鐵礦，隨著其配比增加，球團中新生活性赤鐵礦減少，顆粒之間微晶鍵的再結晶減弱，球團強度降低。

表4 配加赤鐵精礦球團指標

還原度隨精礦B配比提高而降低，當精礦B配比超過55%時，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15%時，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，膨脹率不能滿足生產要求。因為隨赤鐵精礦配比增加，一方面球團中原生的赤鐵礦增多，相比次生赤鐵礦，其還原過程中產生的應力更大；另一方面高比例赤鐵礦球團，其強度顯著降低，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劑配比的研究

研究4＃和7＃方案的適宜黏結劑配比，結果如圖1和圖2所示。由圖1可知，4＃和7＃方案生球落下強度和抗壓強度均隨黏結劑配比增加而提高，因為黏結劑是一種高分散物質，增加了顆粒之間的黏結力。在黏結劑配比相同時，4＃和7＃方案生球落下強度和抗壓強度均低于1＃方案，這是由精礦自身成球性決定的。從生球指標看，4＃方案生球在黏結劑配比為0.7%時滿足生產要求，而7＃方案生球黏結劑配比則需達到0.8%。由圖2可知，4＃和7＃方案干球抗壓強度隨黏結劑配比增加而提高，因為黏結劑呈細片晶分散在水中，干燥過程中片晶和水分集中在礦粒聯接點，形成聯接橋［8］；4＃方案黏結劑配比0.7%的干球抗壓強度與7＃方案黏結劑配比0.8%的接近；黏結劑配比相同時，4＃和7＃方案干球的抗壓強度均低于基準。4＃和7＃方案生球爆裂溫度均隨黏結劑配比增加而提高，因為黏結劑配比增加，內部水分可以擴散到表面的黏結劑晶層，不易造成內部蒸汽壓過剩［6］；4＃和7＃方案在黏結劑配比0.5%～0.9%范圍內，生球爆裂溫度滿足球團生產要求。從黏結劑配比對生球和干球指標的影響看，4＃方案的適宜黏結劑配比為0.7%～0.8%，7＃方案的適宜黏結劑配比為0.8%～0.9%。

圖1 黏結劑配比對生球指標的影響

圖2 黏結劑配比對干球抗壓強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＃方案生球為焙燒生球，研究大比例配加赤鐵礦的適宜焙燒制度。在焙燒時間一致的條件下，固定焙燒溫度1 250℃，研究預熱溫度對球團強度的影響；固定預熱溫度950℃，研究焙燒溫度對球團強度的影響，結果如圖3所示。由圖3可知，4＃方案球團的抗壓強度隨預熱溫度提高先提高后趨于平衡，在預熱溫度為975℃時取得最大值，因為預熱溫度提高，球團中Fe2O3再結晶聯接增強，但當溫度過高時球團表面形成一個致密外殼，阻礙內部結晶進程［9］。7＃方案球團的抗壓強度隨預熱溫度提高而提高；當預熱溫度超過950℃時，抗壓強度提高幅度不大。預熱溫度超過900℃且預熱溫度相同時，7＃方案球團的抗壓強度均低于4＃方案，因為外購精礦C粒度較粗且FeO含量極低，影響焙燒過程顆粒的再結晶和聚晶固結。

圖3 焙燒制度對球團強度的影響

4＃和7＃方案球團的抗壓強度均隨焙燒溫度提高而提高。焙燒溫度超過1 245℃后再繼續提高焙燒溫度時，4＃方案球團抗壓強度提高幅度不大；焙燒溫度超過1 260℃后再繼續提高焙燒溫度時，7＃方案球團抗壓強度提高幅度減小；這是因為隨著焙燒溫度升高，赤鐵礦晶粒擴散再結晶增強，但是當焙燒溫度超過某一溫度時，球團內各顆粒再結晶基本完成，連結成一個整體［10］，繼續提高焙燒溫度對球團強度影響不明顯。焙燒溫度相同時，4＃方案球團的抗壓強度高于7＃方案。綜合預熱溫度和焙燒溫度對球團抗壓強度的影響，4＃方案球團的適宜焙燒制度為預熱溫度935～950℃、焙燒溫度1 235～1 250℃；7＃方案球團的適宜焙燒制度為預熱溫度960～975℃、焙燒溫度1 255～1 270℃。

2.4 不同配礦結構球團微觀結構的研究

在焙燒制度一致的條件下，1＃、4＃和7＃方案球團的微觀結構如圖4所示。由圖4可知，1＃方案球團顯微結構均勻，赤鐵礦為主要金屬相，多呈他形晶，少量呈半自形晶；赤鐵礦晶粒發育優良，再結晶完全互連，整個物相構成了一個牢固的整體。4＃方案球團顯微結構基本均勻，赤鐵礦再結晶發育良好，互連程度加強，但內部小氣孔較多，氣孔率較高。7＃方案球團顯微結構不均勻，赤鐵礦再結晶發育不良，存在單獨未充分固結的顆粒，因此7＃方案球團抗壓強度較低、冶金性能較差。

圖4 不同配礦方案球團礦微觀結構

2.5 工業應用試驗

提高赤鐵礦配比的工業試驗在帶式機球團車間進行。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；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。工業試驗參數如表5所示，試驗結果如表6所示。

表5 工業試驗參數

表6 工業試驗球團指標

由表6可知，赤鐵精礦B配比提高到50%，生球落下強度和抗壓強度分別為5.52次／（0.5 m）和12.95 N／球；成品球抗壓強度達到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略微降低。工業試驗后，假象赤鐵精礦B的使用比例提高到50%，赤鐵精礦C開始在球團生產中應用，帶式機球團鐵料結構趨于平衡。

3 結 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應用于帶式機球團生產的比例可以提高到55%，適宜配礦方案為45%精礦A配加55%精礦B，其黏結劑適宜配比為0.7%～0.8%，最佳焙燒制度為預熱溫度935～950℃、焙燒溫度1 235～1 250℃。

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