尹紀(jì)峰

(山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司)

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伊朗磁鐵精礦成球性能的試驗(yàn)研究

尹紀(jì)峰

(山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司)

摘要為獲取伊朗磁鐵精礦Z礦和S礦制備球團(tuán)礦的科學(xué)數(shù)據(jù)和技術(shù)依據(jù)，進(jìn)行了磁鐵精礦的原料特性分析和小型球團(tuán)造球試驗(yàn)研究。通過(guò)試驗(yàn)可以看出：兩種磁鐵礦具有較好的成球性和親水性能，但兩種磁鐵礦的比表面積偏低需進(jìn)一步處理提升比表面積；經(jīng)過(guò)處理的Z礦和S礦進(jìn)行成品球團(tuán)礦性能試驗(yàn)，成品球的抗壓強(qiáng)度大于2 500 N/球，能夠滿足工藝需求。

關(guān)鍵詞磁鐵精礦成球性能球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度

直接還原球團(tuán)礦(DRI)含鐵量高、成分穩(wěn)定而純凈，不僅是替代廢鋼的理想電爐原料，而且是冶煉優(yōu)質(zhì)鋼和特殊鋼時(shí)不可缺少的稀釋劑，發(fā)達(dá)國(guó)家電爐爐料比中DRI已高達(dá)40%～50%。此類方法中，目前技術(shù)成熟且應(yīng)用較廣的為“二步法”直接還原工藝?！岸椒ā币耘驖?rùn)土為黏結(jié)劑，將鐵精礦造球，先經(jīng)高溫(1 200～1 300 ℃)氧化焙燒固結(jié)后，再入窯或入爐進(jìn)行煤基或氣基直接還原。

山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司承接伊朗某球團(tuán)廠設(shè)計(jì)工作，在設(shè)計(jì)使用磁鐵精礦制備作直接還原使用的氧化球團(tuán)之前，委托中南大學(xué)開(kāi)展磁鐵精礦鏈篦機(jī)—回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)生產(chǎn)工藝的試驗(yàn)研究，通過(guò)研究磁鐵精礦的各項(xiàng)特性和成球性能及冶金性能，以獲取設(shè)計(jì)球團(tuán)廠充分的科學(xué)數(shù)據(jù)及在生產(chǎn)過(guò)程高效利用磁鐵精礦制備球團(tuán)礦的技術(shù)依據(jù)。

1原料性能檢測(cè)

1.1鐵精礦性能分析

1.1.1化學(xué)成分

鐵精礦的化學(xué)成分分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1鐵精礦化學(xué)成分含量

%

由表1可知，磁鐵精礦含鐵品位高，其鐵品位均高于66%，硅含量及其他雜質(zhì)含量低；從化學(xué)成分看，該鐵精礦適合作為直接還原煉鐵工藝的含鐵原料；由FeO含量可知，該磁鐵礦屬于混合礦類型，主要組分為磁鐵礦，磁鐵礦在預(yù)熱焙燒過(guò)程發(fā)生氧化反應(yīng)有利于降低球團(tuán)生產(chǎn)的能耗，但兩種磁鐵礦中S礦MgO含量高達(dá)1.88%，硫含量仍有0.21%，這有可能影響磁鐵礦的氧化及后續(xù)球團(tuán)固結(jié)。

1.1.2粒度組成分析

通過(guò)水篩，測(cè)定鐵精礦的粒度組成，其結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　鐵精礦粒度組成

由表2可知，這兩種鐵精礦僅Z礦的粒度勉強(qiáng)達(dá)到造球?qū)﹁F精礦粒度的要求，S礦粒度明顯偏粗，不適合用于直接造球；若能進(jìn)一步細(xì)磨，將有助于改善細(xì)磨物料的成球性能，降低膨潤(rùn)土用量，提高生球強(qiáng)度。

1.1.3物理性質(zhì)

鐵精礦的靜態(tài)成球性指數(shù)大小可用來(lái)評(píng)價(jià)該礦是否易于成球[1-3]，而成球性指數(shù)則通過(guò)測(cè)定最大分子水和最大毛細(xì)水得到[3]，其測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。

表3　鐵精礦物理性質(zhì)

由表3可知，兩種磁鐵精礦都具有良好的親水性能，但要求造球原料的比表面積達(dá)到1 500～ 1 900 cm2/g，兩種鐵精礦的比表面積都遠(yuǎn)小于球團(tuán)生產(chǎn)對(duì)鐵精礦比表面積的要求，因此其動(dòng)態(tài)成球性能有可能較差。

1.2膨潤(rùn)土性能分析1.2.1化學(xué)成分分析

膨潤(rùn)土的化學(xué)成分分析結(jié)果見(jiàn)表4。表4膨潤(rùn)土化學(xué)成分分析結(jié)果

%

由表4可知，該膨潤(rùn)土除了主要含有硅、鋁氧化物外，所含CaO含量達(dá)到6.26%，與此同時(shí)也含有超過(guò)3%的Na2O+K2O，初步推斷該膨潤(rùn)土介于天然的鈣基膨潤(rùn)土和鈉基膨潤(rùn)土之間，更偏向于是一種天然鈣基土。

1.2.2物理性質(zhì)

膨潤(rùn)土的相關(guān)物理性能見(jiàn)表5。

由表5可知，該膨潤(rùn)土蒙脫石含量、吸水率和膨脹容均達(dá)到一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，而粒度組成中-0.075 mm粒級(jí)含量為90.30%，達(dá)不到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的 -0.075 mm粒級(jí)含量大于99%，因此仍需進(jìn)一步細(xì)磨以改善膨潤(rùn)土的性能[1-3]。

表5　膨潤(rùn)土物理性質(zhì)

1.3石灰石性能分析1.3.1石灰石化學(xué)成分分析

由于鐵礦石的脈石成分絕大多數(shù)以SiO2為主，故常用CaO和MgO的堿性熔劑。試驗(yàn)使用石灰石調(diào)節(jié)球團(tuán)堿度，其化學(xué)成分見(jiàn)表6。石灰石可以在一定程度上改善球團(tuán)的還原性和抗壓強(qiáng)度，但也會(huì)在一定程度上影響球團(tuán)的還原膨脹。

表6石灰石化學(xué)成分含量

%

1.3.2物理性質(zhì)

通過(guò)水篩測(cè)定石灰石的粒度組成，其結(jié)果見(jiàn)表7。由表7可知，其粒度可滿足造球的要求。

表7　石灰石粒度組成

2小型球團(tuán)試驗(yàn)

2.1造球試驗(yàn) 2.1.1膨潤(rùn)土用量對(duì)生球性能的影響

原料經(jīng)不同預(yù)處理后，得到不同的造球原料，造球原料的相應(yīng)標(biāo)記如下所示。Si表示S礦經(jīng)i次高壓輥磨后所得的原料，其中i= 0，1。S(HPRG 150%)表示S礦經(jīng)過(guò)以150%的比例做邊料循環(huán)后所得的原料；S(HPRG 210%)表示S礦經(jīng)過(guò)以210%的比例做邊料循環(huán)后所得的原料。Zj表示Z礦經(jīng)j次高壓輥磨后所得的原料，其中j=0，1，2。Z(HPRG 150%)表示Z礦經(jīng)過(guò)以150%的比例做邊料循環(huán)后所得的原料；Z(HPRG 210%)表示Z礦經(jīng)過(guò)以210%的比例做邊料循環(huán)后所得的原料。Z(BM 10 min)表示Z礦經(jīng)10 min球磨后所得的原料；Z(BM 30 min)表示Z礦經(jīng)30 min球磨后所得的原料；Z(BM 50 min)表示Z礦經(jīng)50 min球磨后所得的原料；Z(先BM 10 min再HPRG 1次)表示Z礦經(jīng)10 min球磨后再進(jìn)行一次高壓輥磨所得的原料[2]。對(duì)各種原料的比表面積進(jìn)行測(cè)定，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。

由表8可知，經(jīng)過(guò)各種預(yù)處理后的S礦和Z礦，其比表面積均得到提高，從而有利于改善鐵精礦的動(dòng)態(tài)成球性能。

表8不同處理的鐵精礦比表面積

cm2/g

在考察膨潤(rùn)土用量對(duì)生球性能的影響時(shí)，固定造球時(shí)間為12 min，緊密時(shí)間為2 min。對(duì)S礦和Z礦分別進(jìn)行各種預(yù)處理，然后對(duì)處理后的原料進(jìn)行造球試驗(yàn)來(lái)考察膨潤(rùn)土用量對(duì)各個(gè)原料生球性能的影響，當(dāng)對(duì)各種原料的生球進(jìn)行考察時(shí)，分別固定造球水分，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9。

由表9可知，經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的鐵精礦，其生球性能均得到一定的改善；無(wú)論S礦還是Z礦，對(duì)鐵精礦以210%的比例做邊料循環(huán)的預(yù)處理方法對(duì)于降低膨潤(rùn)土的用量效果最佳；而且經(jīng)該處理方式的鐵精礦造球后所得生球的性能也符合工業(yè)生產(chǎn)要求。

2.1.2造球時(shí)間對(duì)生球性能的影響

分別考察造球時(shí)間對(duì)S(HPRG 210%)和Z(HPRG 210%)的生球性能的影響，相應(yīng)造球參數(shù)固定為：S(HPRG 210%)和Z(HPRG 210%)的膨潤(rùn)土配比依次為0.4%和1.4%，造球水分以各原料最適宜的水分為準(zhǔn)，造球過(guò)程中生球緊密時(shí)間固定在2 min，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表10。

由表10可知，造球時(shí)間由9 min增加到12 min時(shí)，生球的落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均有所提高，但由12 min增加到15 min時(shí)，生球的落下強(qiáng)度基本保持在6.0次/0.5 m左右，生球的抗壓強(qiáng)度也變化不大；在造球時(shí)間為9～15 min時(shí)，生球的爆裂溫度均大于600℃；S(HPRG 210%)的適宜造球時(shí)間為12～15 min，Z(HPRG 210%)的適宜造球時(shí)間為9～12 min；在各自的適宜造球時(shí)間下，所得生球的落下強(qiáng)度能達(dá)到6.0次/0.5 m左右，生球的抗壓強(qiáng)度均大于10N/球，滿足工業(yè)生產(chǎn)要求[2-3]。

2.1.3造球水分對(duì)生球性能的影響

考察造球水分對(duì)S(HPRG 210%)和Z(HPRG 210%)的生球性能的影響，相應(yīng)造球參數(shù)固定為：S(HPRG 210%)和Z(HPRG 210%)的膨潤(rùn)土配比依次為0.4%和1.4%，造球時(shí)間為12 min，緊密時(shí)間為2 min，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表11。

由表11可知，在上述造球水分的條件下，所得生球的爆裂溫度均大于600 ℃;隨造球水分的增大，生球的落下強(qiáng)度明顯增大，而生球的抗壓強(qiáng)度略有下降，但都大于10 N/球；S(HPRG 210%)的適宜造球水分為7.0%～7.5%，Z(HPRG 210%)的適宜造球水分為7.5%～8.0%；在上述適宜造球水分下，生球的各項(xiàng)性能均能達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)的要求。

表9　膨潤(rùn)土對(duì)生球性能的影響

表10　造球時(shí)間對(duì)生球性能的影響

表11　造球水分對(duì)生球性能的影響

2.1.4堿度對(duì)生球性能的影響

在配料過(guò)程中添加含有CaO的礦物或其他熔劑生產(chǎn)的球團(tuán)統(tǒng)稱為熔劑性球團(tuán)。有研究表明，一定堿度范圍內(nèi)，熔劑性球團(tuán)在抗壓強(qiáng)度及冶金性能等方面都有顯著改善。但熔劑性球團(tuán)礦相結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，焙燒過(guò)程中也可能產(chǎn)生很多液相，從而減少焙燒球的抗壓強(qiáng)度[4]。

考察堿度對(duì)S1和Z(HPRG 210%)的生球性能的影響，所采用的調(diào)堿度的添加劑為石灰石。相應(yīng)造球參數(shù)固定為：S1和Z(HPRG 210%)的膨潤(rùn)土配比依次為1.0%和1.4%，造球時(shí)間為12 min，緊密時(shí)間為2 min，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表12。

表12　堿度對(duì)生球性能的影響

由表12可知，隨著球團(tuán)堿度的提高，其生球落下強(qiáng)度整體上有所提高；對(duì)于S1球團(tuán)，隨著堿度的提高，爆裂溫度變化不大；對(duì)于Z(HPRG 210%)球團(tuán)，隨著堿度的提高，從整體上來(lái)看，爆裂溫度出現(xiàn)降低的趨勢(shì)。

2.2預(yù)熱焙燒試驗(yàn)

從造球試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，兩種磁鐵礦分別經(jīng)過(guò)單一高壓輥磨預(yù)處理或210%邊料循環(huán)高壓輥磨預(yù)處理后才能滿足造球生產(chǎn)要求，所以選用此類生球進(jìn)行預(yù)熱焙燒試驗(yàn)。

2.2.1預(yù)熱制度2.2.1.1預(yù)熱溫度

固定預(yù)熱時(shí)間10 min，考察預(yù)熱溫度對(duì)預(yù)熱球強(qiáng)度的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表13。

表13　預(yù)熱溫度對(duì)預(yù)熱球抗壓強(qiáng)度的影響

由表13可知，隨著預(yù)熱溫度的提高，預(yù)熱球的抗壓強(qiáng)度也相應(yīng)提高；根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，選取的各造球原料的適宜預(yù)熱溫度為S(HPRG 210%)：950 ℃, Z(HPRG 210%)：900 ℃。

2.2.1.2預(yù)熱時(shí)間

選取適宜預(yù)熱溫度后，固定預(yù)熱溫度，考察預(yù)熱時(shí)間對(duì)預(yù)熱球抗壓強(qiáng)度的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表14。

表14　預(yù)熱時(shí)間對(duì)預(yù)熱球抗壓強(qiáng)度的影響

由表14可知，隨著預(yù)熱時(shí)間的增加，預(yù)熱球的抗壓強(qiáng)度相應(yīng)增加；根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，選取的各造球原料的適宜預(yù)熱制度見(jiàn)表15。

表15　適宜預(yù)熱制度

2.2.2焙燒制度2.2.2.1焙燒溫度

在上述適宜的預(yù)熱制度和固定焙燒時(shí)間為12 min的條件下，考察焙燒溫度對(duì)焙燒球強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表16。

表16　焙燒溫度對(duì)焙燒球抗壓強(qiáng)度的影響

由表16可知，隨著焙燒溫度的升高，各原料的焙燒球抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，選取的各造球原料的適宜焙燒溫度為S(HPRG 210%)：1 240 ℃，Z(HPRG 210%)：1 210 ℃。

2.2.2.2焙燒時(shí)間

在適宜預(yù)熱制度和焙燒溫度的前提下，考察焙燒時(shí)間對(duì)焙燒球抗壓強(qiáng)度的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表17。

表17　焙燒時(shí)間對(duì)焙燒球抗壓強(qiáng)度的影響

由表17可知，隨著焙燒時(shí)間的增加，各個(gè)造球原料的焙燒球抗壓強(qiáng)度基本呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，選取的各造球原料的適宜預(yù)熱焙燒制度見(jiàn)表18。

表18　適宜預(yù)熱焙燒制度

2.3成品球團(tuán)礦冶金性能試驗(yàn)

2.3.1化學(xué)成分

成品球團(tuán)礦的化學(xué)成分分析結(jié)果見(jiàn)表19。

表19成品球團(tuán)礦化學(xué)成分含量分析

%

成分TFeFeOSiO2Al2O3K2O含量S(HPRG210%)67.240.531.780.500.03Z(HPRG210%)67.090.352.430.240.02成分Na2OCaOMgOPS含量S(HPRG210%)0.101.291.840.02080.0017Z(HPRG210%)0.100.280.420.00470.0012

由表19可知，成品球全鐵品位高，達(dá)到66.1%以上，硅及其他雜質(zhì)含量低，是優(yōu)質(zhì)的直接還原用爐料。

2.3.2物理性質(zhì)

成品球粒度分布結(jié)果(見(jiàn)表20)表明，粒度組成良好，主要分布在12～15 mm，可滿足后續(xù)冶煉生產(chǎn)要求。成品球堆密度、孔隙率以及裂紋率見(jiàn)表21。

表20　成品球團(tuán)粒級(jí)組成

由表21可知，各合格成品球的堆密度均相差不大，各方案成品球的裂紋率小于40%，成品球上絕大部分裂紋為細(xì)小的裂紋，這對(duì)成品球的抗壓強(qiáng)度影響不大，各個(gè)方案所得成品球強(qiáng)度均大于2 800 N/球。

表21　成品球團(tuán)物理特性

2.3.3冶金性能

為考察成品球在豎爐中的還原行為，采用基于HYL法的還原性(RI)，還原膨脹率(RSI)[3-4]，低溫還原粉化率(RDI)，金屬化率的測(cè)定方法，對(duì)其冶金性能進(jìn)行了研究，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表22。

表22　冶金性能

3結(jié)語(yǔ)

(1)S礦和Z礦兩種磁鐵精礦屬于磁赤混合礦類型，全鐵含量高，均大于68%，硅、鋁含量低，從化學(xué)成分角度可作為優(yōu)質(zhì)的直接還原原料使用。S礦中硫和MgO含量高，在制備氧化球團(tuán)時(shí)將會(huì)影響球團(tuán)的氧化固結(jié)，降低球團(tuán)強(qiáng)度。

(2)兩種磁鐵礦具有較好的成球性，表明親水性能較好；但兩種磁鐵礦的比表面積偏低，最高只有1 000 cm2/g左右，尤其S礦粒度偏差，比表面積僅600 cm2/g左右，因此兩種磁鐵礦均需進(jìn)一步提高比表面積，才適合進(jìn)行球團(tuán)制備。膨潤(rùn)土除粒度偏粗外其他質(zhì)量?jī)?yōu)良，建議在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)一步細(xì)磨膨潤(rùn)土，保證-0.074 mm粒度比例大于99%。

(3)在最佳造球條件下，兩種磁鐵礦分別經(jīng)過(guò)單一高壓輥磨預(yù)處理或210%邊料循環(huán)高壓輥磨預(yù)處理后，S礦在添加0.4%～1.0%的膨潤(rùn)土或Z礦在添加1.4%左右的膨潤(rùn)土?xí)r，生球質(zhì)量指標(biāo)能滿足工業(yè)生產(chǎn)要求：落下強(qiáng)度>6次/0.5 m，抗壓強(qiáng)度>10 N/球，爆裂溫度>600 ℃。

(4)通過(guò)小型球團(tuán)試驗(yàn)，得出適宜的預(yù)熱焙燒制度為：預(yù)熱溫度900～950℃，預(yù)熱時(shí)間6～10min，焙燒溫度1210～1240℃，焙燒時(shí)間9min([3])。在以上條件下單一Z礦得到的成品球團(tuán)礦，抗壓強(qiáng)度大于3000N/球；而單一S礦經(jīng)調(diào)整堿度到0.65后，抗壓強(qiáng)度大于2800N/個(gè)；配加Z礦有利于改善S礦的球團(tuán)焙燒性能。

(5)成品球團(tuán)冶金性能指標(biāo)良好，采用希爾法測(cè)定的還原度大于96%，金屬化率大于94.5%，還原膨脹率小于12%。但制備出的氧化球團(tuán)用于氣基直接還原，其還原球強(qiáng)度偏低，部分樣品還原粉化測(cè)試后未破損球團(tuán)比例偏低，將有可能不利于氣基還原生產(chǎn)進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)

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Experiment on Pelletization Ability of Magnetite Concentrate from Iran

Yin Jifeng

(Shandong Metallurgical Design Institute Co., Ltd.)

AbstractIn order to obtain the scientific data and technical basis of pellets preparation by Iran magnetite concentrate Z-ore and S-ore, the material characteristic analysis of the magnetite concentrate and small balls pelletizing tests were conducted. The results indicated that: the two kinds of magnetite has good pelletization ability and hydrophilic, specific surface area of the two kinds magnetite was a bit low, need further treatment to be increased; finished pellets ore performance tests was conducted on the processed Z-ore and S-ore, the compressive strength of finished product ball is higher than 2 500 N/P, can satisfy the process requirements.

KeywordsMagnetite concentrate, Pelletization ability, Pellets ore, Compressive strength

(收稿日期2016-01-07)

尹紀(jì)峰(1982—)，男，工程師，250000 山東省濟(jì)南市高新區(qū)舜華路1969號(hào)。