楊大兵，徐佳鑫，丁寶成，李 然，王 雄

(武漢科技大學冶金礦產(chǎn)資源高效利用與造塊湖北省重點實驗室，湖北 武漢，430081)

作為高爐原料，球團礦具有粒度均勻、透氣性好、還原性好等特點，且便于貯存和運輸。與燒結礦相比，球團礦在生產(chǎn)過程中的能耗低、環(huán)境污染小。增加球團礦用量、減少燒結礦用量是國內(nèi)外不少鋼鐵企業(yè)改變高爐入爐料結構的發(fā)展趨勢[1]。近年來，我國球團生產(chǎn)工藝發(fā)展迅速，但球團礦質(zhì)量仍然存在一定問題，各個廠家也分別采取提高精礦質(zhì)量、優(yōu)化原料結構、采用優(yōu)質(zhì)膨潤土或有機黏結劑、提高膨潤土配比等措施來提高球團礦質(zhì)量[2-4]。

在球團礦生產(chǎn)過程中，鐵精礦粒度、膨潤土配比、造球水分和造球時間等都是影響球團質(zhì)量的重要因素?？蹬d東等[5]研究得出，在程潮鐵精礦-0.074 mm粒級含量為85%～98%、黏結劑用量為2%、水分為8%并穩(wěn)定操作的條件下可獲得生球落下強度大于3.8 次/(0.5 m)、抗壓強度約為12 N/個、生球爆裂溫度高于450 ℃的球團礦,其質(zhì)量剛剛滿足工業(yè)要求。本研究以程潮鐵精礦為原料進行造球試驗，分析鐵精礦粒度、膨潤土種類及配比、造球水分和造球時間對球團質(zhì)量的影響，以求制備出更高質(zhì)量的球團礦，為工業(yè)試驗及生產(chǎn)提供參考。

1 試驗

1.1 原料

試驗所用鐵精礦為程潮鐵礦球團廠的生產(chǎn)用料，其化學成分如表1所示，其物理性能及成球性能如表2所示，由表2可見，程潮鐵精礦屬于弱成球性鐵礦粉。選用球團廠生產(chǎn)現(xiàn)場使用的兩種膨潤土，編號為A和B，其物理性能見表3。

1.2 試驗方法

表1 鐵精礦化學成分(wB/%)

表2 鐵精礦物理性能及成球性能

表3 膨潤土的物理性能

造球結束后，對8～16 mm的合格生球進行抗壓強度、落下強度和爆裂溫度測定。

2 結果與分析

2.1 鐵精礦粒度對球團質(zhì)量的影響

經(jīng)過不同時間潤磨后的程潮鐵精礦粒度分布如表4所示。在膨潤土A配比為1.5%、造球時間為15 min、造球水分為8%的條件下，考察鐵精礦粒度對生球質(zhì)量的影響，結果如表5所示。

表4 不同潤磨時間下鐵精礦的粒度分布

表5不同粒度分布的鐵精礦所制生球質(zhì)量

Table5Qualityofgreenpelletsfromironconcentratewithdifferentsizedistributions

/·(0.5 m)-1/N·-1/℃13.212.0580214.122.3442320.123.5426424.222.7412525.221.9398

一般而言，合適的鐵精礦中-0.074 mm粒級含量應該大于80%。由表4可見，未經(jīng)潤磨處理時，程潮鐵精礦中-0.074 mm粒級含量只有79%，但經(jīng)過2 min的潤磨預處理，該粒級含量就提高到85.10%。

結合表4和表5可以看出，隨著鐵精礦中細粒級含量的增加，生球的落下強度逐漸提高，抗壓強度表現(xiàn)出先升高后下降的趨勢，而爆裂溫度則持續(xù)下降。這是因為鐵精礦粒度變細導致球團內(nèi)顆粒間接觸點增多，改善了其接觸條件，使生球顆粒連接更加緊密，所以生球落下強度和抗壓強度均有一定程度的提高；但鐵精礦粒度過細時，顆粒表面能較大，遇水極易形成局部小球狀顆粒，多數(shù)小球黏合在一起長大，反而導致生球抗壓強度下降。鐵精礦平均粒徑減小，成球后孔隙率也會減小，溫度升高時球團脫水速率加快，內(nèi)壓力增大，所以生球爆裂溫度會降低[6]。 綜合考慮，以鐵精礦中-0.074 mm粒級含量為85.10%為最佳條件，即本研究選擇潤磨2 min進行后續(xù)試驗。

2.2 膨潤土種類及配比對球團質(zhì)量的影響

在鐵精礦-0.074 mm粒級含量為85.10%、造球水分為8%、造球時間為15 min的條件下，考察膨潤土種類及配比對球團質(zhì)量的影響，結果如圖1和圖2所示。

由圖1可見，分別添加A、B兩種膨潤土的生球抗壓強度均隨膨潤土配比的增加而提高，當膨潤土配比為2.5%時，其抗壓強度分別為24.7 N/個和22.6 N/個；繼續(xù)增加膨潤土配比，生球的抗壓強度卻略有下降。這可能是由于膨潤土用量達到一定值時，生球塑性增強，使其抗壓強度有所下降[7]。兩種生球的落下強度均隨著膨潤土配比的增加而持續(xù)提高，當膨潤土配比達到3%時，生球落下強度分別為17.0次/(0.5 m)和14.6次/(0.5 m)。

圖1 不同膨潤土種類及配比下的生球強度Fig.1 Strength of green pellets at different kinds and addition ratios of bentonite

圖2 不同膨潤土種類及配比下的生球爆裂溫度Fig.2 Burst temperature of green pellets at different kinds and addition ratios of bentonite

由圖2可見，兩種生球的爆裂溫度均隨膨潤土配比的增加而升高。膨潤土能提高干球強度，還可以降低生球中水分的蒸發(fā)速度以及生球內(nèi)部的蒸汽壓，從而有利于生球爆裂溫度的升高[8-9]。

綜合圖1和圖2可知，球團生產(chǎn)中選擇膨潤土A將更有利于球團質(zhì)量的提高，同時考慮到膨潤土配比的增加雖然對生球質(zhì)量的提高有極大的幫助，但膨潤土添加過多會惡化高爐冶煉，因此最終確定膨潤土A的最佳配比為1.5%。

2.3 造球水分對球團質(zhì)量的影響

在鐵精礦-0.074 mm粒級含量為85.10%、膨潤土A配比為1.5%、造球時間為15 min的條件下，考察造球水分對生球質(zhì)量的影響，結果如圖3和圖4所示。

由圖3可見，隨著造球水分的增加，生球的落下強度逐漸提高，而生球的抗壓強度則先提高后降低。這主要是因為，當生球水分較低時，生球內(nèi)部毛細力作用小，以致生球落下強度和抗壓強度都較低；當生球水分過大時，生球塑性增強且極易變形，造成生球落下強度提高而抗壓強度降低[6]。

由圖4可見，生球爆裂溫度隨著造球水分的增加而持續(xù)降低，這主要是由于在干燥過程中，生球內(nèi)部的水分受熱而蒸發(fā)量增多，使生球內(nèi)部蒸汽壓增大，導致生球容易爆裂。

圖3 不同造球水分下的生球強度Fig.3 Strength of green pellets at different addition ratios of moisture

圖4 不同造球水分下的生球爆裂溫度Fig.4 Burst temperature of green pellets at different addition ratios of moisture

同時在試驗中還發(fā)現(xiàn)，造球水分對操作也會產(chǎn)生一定的影響。當造球水分較低時，造母球時原料會隨著造球盤的轉(zhuǎn)動而散開；當造球水分過高時，生球容易黏附在造球機盤壁上；當造球水分為7%～9%時，實驗室操作比較順利。因此，本研究確定造球水分為8%較為適宜。

2.4 造球時間對球團質(zhì)量的影響

在鐵精礦-0.074 mm粒級含量為85.10%、膨潤土A配比為1.5%、造球水分為8%的條件下，考察造球時間(形成母球和生球緊密時間分別為3 min，其余為小球長大時間)對球團質(zhì)量的影響，結果如圖5和圖6所示。

由圖5可見，隨著造球時間的延長，生球落下強度先提高后降低，這可能是因為當造球時間超過一定值后，生球繼續(xù)滾動時內(nèi)部水分被擠壓出來，導致生球落下強度下降；生球抗壓強度則隨著造球時間的延長而持續(xù)提高，這是由于生球滾動時間越長，球團內(nèi)顆粒間擠壓得越緊密，其抗壓強度隨之提高。

由圖6可見，隨著造球時間的延長，生球爆裂溫度不斷下降，這主要是由于造球時間越長，生球就越緊密，在干燥時球團內(nèi)部就越容易產(chǎn)生過剩蒸汽壓，從而使生球爆裂溫度降低。

圖5 不同造球時間下的生球強度

Fig.5Strengthofgreenpelletsatdifferentpelletizingtimes

圖6 不同造球時間下的生球爆裂溫度Fig.6 Burst temperature of green pellets at different pelletizing time

綜合考慮，造球時間以12 min為宜，此時生球落下強度達到9.8 次/(0.5 m)，抗壓強度達到20.5 N/個，生球爆裂溫度為467 ℃。

3 結論

(1)隨著程潮鐵精礦中細粒級含量的增加，生球落下強度逐漸提高，生球抗壓強度先升高后下降，而生球爆裂溫度則持續(xù)下降。

(2)對于A、B兩種膨潤土，當其配比由0.5%增至3.0%時，生球落下強度和爆裂溫度均逐漸提高，而抗壓強度則是先提高后略有降低。與膨潤土B相比，膨潤土A更能有效提高球團質(zhì)量。

(3)隨著造球水分由6%增至10%，生球落下強度逐漸提高，生球的抗壓強度先提高后降低，而生球爆裂溫度則持續(xù)降低。

(4)隨著造球時間的延長，生球落下強度先升高后下降，生球抗壓強度逐漸提高，而生球爆裂溫度則持續(xù)降低。

(5)在程潮鐵精礦中-0.074 mm粒級含量為85.10%、膨潤土A配比為1.5%、造球水分為8%、造球時間為12 min的條件下，能得到生球落下強度為9.8次/(0.5 m)、抗壓強度為20.5 N/個、生球爆裂溫度為467 ℃的優(yōu)質(zhì)球團。

[1] 王紀英.球團生產(chǎn)工藝和球團技術發(fā)展展望[J].工程與技術,2011(1):3-6,19.

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