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生較大改變，且比較穩定。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，成品球成分穩定，粒度均勻，直供高爐期間高爐運行穩定未受影響，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、化學指標未發生明顯變化，滿足了高爐生產需求。

（3）通過工業試驗對比分析，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，更加適宜工業化生產。