國泉峰 ，蔣益 ，騰雪亮 ，汪立東 ，徐震 ，張小芳

（1.鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧 營口 115007；2.遼寧科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院，遼寧 鞍山 114051）

球團礦的生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)包括球團礦穩(wěn)定的化學(xué)成分、良好的物理性能（抗壓強度、轉(zhuǎn)鼓強度和粒度組成等）、優(yōu)質(zhì)高溫冶金性能和技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)四個部分，其中球團礦化學(xué)成分是最重要的指標(biāo)之一，尤其是鐵品位和SiO2含量指標(biāo)［1-4］。國外球團礦鐵品位較高，為65.0%～66.9%；SiO2含量非常低，為1.15%～4.32%。鞍鋼股份有限公司本部球團車間球團礦鐵品位為64.3%～64.9%、SiO2含量為5.72%～7.14%。而鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司（以下簡稱“鲅魚圈”）球團礦鐵品位年平均值為63.88%，SiO2含量年平均值為7.55%。從球團礦化學(xué)成分指標(biāo)看，目前鲅魚圈球團礦最突出的問題是鐵品位低、SiO2含量超高，造成高爐煉鐵入爐礦品位低、渣比高。

巴西赤鐵精粉鐵礦石具有鐵品位高、雜質(zhì)少的優(yōu)勢，是用于球團生產(chǎn)的理想原料之一，但該類礦石表面光滑、結(jié)構(gòu)致密，導(dǎo)致其成球性能和焙燒性能相對磁鐵礦要差些。為了提高鲅魚圈球團礦鐵品位，降低SiO2含量，進行了球團配加巴西Minas Rio赤鐵精粉部分替代高硅卡拉拉鐵精礦的實驗室研究和工業(yè)試驗，重點研究了球團的造球性能、成品球團冷強度和球團礦鐵品位及SiO2含量變化情況。

1 實驗室實驗

1.1 實驗原料

實驗所用含鐵原料為卡拉拉鐵精礦、巴西Minas Rio赤鐵精粉和復(fù)合膨潤土。原料化學(xué)成分見表1，鐵精礦粒度分析見表2，復(fù)合膨潤土物理性能見表3。

表1 原料化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)）Table 1 Chemical Compositions in Raw Materials（Mass Fraction） %

表2 鐵精礦粒度分析Table 2 Analysis on Grain Size of Iron Concentrates %

表3 復(fù)合膨潤土物理性能Table 3 Physical Properties of Composite Bentonite

由表1、2可以看出，巴西Minas Rio赤鐵精粉鐵品位高達67.09%，高于卡拉拉鐵精礦1.72個百分點，其中SiO2含量為3.07%，遠低于卡拉拉鐵精礦3.96個百分點，單純從化學(xué)成分方面看，球團配加巴西Minas Rio赤鐵精粉能夠明顯實現(xiàn)提鐵降硅的目的；但是巴西Minas Rio赤鐵精粉的FeO含量較低，從FeO氧化放熱的角度分析，生產(chǎn)工藝過程需要增加煤氣的使用量來補償生球中FeO含量降低減少的熱量。巴西Minas Rio赤鐵精粉和卡拉拉鐵精礦不僅鐵品位高，而且粒度細，粒度＜0.074 mm比例超過97%，從粒度組成上來看，巴西Minas Rio赤鐵精粉與卡拉拉鐵精礦均可用于造球。由表3可以看出，復(fù)合膨潤土的質(zhì)量是符合球團生產(chǎn)要求的。

1.2 實驗方法

在直徑為Φ800 mm圓盤造球機上制備生球，造球機傾角為45°，轉(zhuǎn)速為17 r/min。造球過程分為三個階段，造球時間總計12 min，其中母球形成 3 min，生球長大 6 min，生球密實 3 min。落下強度檢測方法為取10個直徑Φ（10～15）mm的生球，從0.5 m處落下到10 mm厚的鋼板上，直到生球產(chǎn)生裂紋為止，取落下次數(shù)平均值作為生球落下強度的指標(biāo)，單位為次/球［5-7］。

抗壓強度檢測方法為取生球10個，逐個放在壓力機上，勻速壓下（加壓速度為15 mm/min），記下生球破裂時的壓力值，取壓力值的算數(shù)平均值作為抗壓強度指標(biāo)，單位 N/球［6-7］。

爆裂溫度檢測在豎式管爐中進行，采用美國AC公司提出的動態(tài)法，具體方法為取50個生球裝入不銹鋼罐中，生球在爐膛內(nèi)停留5 min，使熱氣流以1.5 m/s速度穿過生球?qū)?，?%生球破裂時的溫度定義為生球爆裂溫度［8-9］。

1.3 實驗方案

依據(jù)鲅魚圈球團生產(chǎn)實際鐵料與復(fù)合膨潤土配比情況，設(shè)計鲅魚圈球團配加巴西Minas Rio赤鐵精粉實驗方案，其中復(fù)合膨潤土外配比為1.1%，保持不變，鐵料用巴西Minas Rio赤鐵精粉分別按0%、10%、20%、30%、40%等比例替代卡拉拉鐵精礦。

2 實驗室實驗結(jié)果

2.1 造球?qū)嶒灲Y(jié)果

造球?qū)嶒炁c生球爆裂溫度測定結(jié)果見表4。

表4 造球?qū)嶒炁c生球爆裂溫度測定結(jié)果Table 4 Results of Pelletizing Experiment and Measurement of Temperature in Green Pellet Cracking

由表4可以看出，隨著巴西Minas Rio赤鐵精粉配比的升高，生球落下強度下降，從基準(zhǔn)實驗（0%巴西Minas Rio）的6.5次/球下降到配加40%巴西Minas Rio赤鐵精粉時的2.3次/球，較基準(zhǔn)實驗下降了4.2次/球；生球抗壓強度降低，但降低幅度不大?？梢姡浼影臀鱉inas Rio赤鐵精粉對生球落下強度有較大影響。當(dāng)巴西Minas Rio赤鐵精粉配比為20%時，生球落下強度為5.1次/球，生球抗壓強度為12.2 N/球，滿足鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯工業(yè)生產(chǎn)要求；進一步增加巴西Minas Rio赤鐵精粉配比，則生球指標(biāo)均降低，不符合工業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，球團配加巴西Minas Rio赤鐵精粉比例不宜超過20%。

2.2 氧化焙燒實驗結(jié)果

焙燒實驗在小型電爐進行，焙燒介質(zhì)為自然空氣。實驗包括生球干燥、預(yù)熱、焙燒、成品球團冷卻四部分，并對冷卻后成品球團礦進行理化性能檢測。電爐焙燒工藝參數(shù)見表5，成品球團礦化學(xué)成分和抗壓強度見表6。

表5 電爐焙燒工藝參數(shù)Table 5 Technological Parameters for Roasting by Electric Furnace ℃

表6 成品球團礦化學(xué)成分和抗壓強度Table 6 Chemical Compositions and Compressive Strength of Finished Pellets

由表6可以看出，隨著巴西Minas Rio赤鐵精粉配比的升高，球團礦鐵品位提高，SiO2含量降低；成品球團礦抗壓強度逐漸降低，但仍能夠滿足大型高爐要求的抗壓強度大于2 200 N/球的要求。當(dāng)巴西Minas Rio赤鐵精粉配比為20%時，球團礦鐵品位比基準(zhǔn)實驗提高了0.65個百分點，SiO2含量降低了0.74個百分點。可見，用巴西Minas Rio赤鐵精粉替代卡拉拉鐵精礦有利于球團礦鐵品位的提高、SiO2含量的降低。

3 工業(yè)試驗

基于實驗室實驗結(jié)果，在鲅魚圈進行球團配加巴西Minas Rio赤鐵精粉工業(yè)試驗，工業(yè)試驗分為兩個階段，具體情況如下：

（1） 基準(zhǔn)期

2020年4月1-20日，球團礦配加100%卡拉拉鐵精礦，臺時產(chǎn)量274 t/h。

（2） 試驗期

第一階段：2020年 4月26日-5月 7日，球團配加10%巴西Minas Rio赤鐵精粉，臺時產(chǎn)量260 t/h。

第二階段：2020年5月8-15日，球團配加20%巴西Minas Rio赤鐵精粉，臺時產(chǎn)量252 t/h。

工業(yè)試驗期間鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯熱工參數(shù)見表7，球團礦主要化學(xué)成分見表8，球團礦強度指標(biāo)及物理冶金性能見表9。

表7 鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯熱工參數(shù)Table 7 Thermal Parameters for Drying Grate-Rotary Kiln

表8 球團礦主要化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)）Table 8 Main Chemical Components in Pellets（Mass Fraction） %

表9 球團礦強度指標(biāo)及物理冶金性能Table 9 Strength Indexes and Physical Metallurgical Properties of Pellets

由表7～9可以看出，隨著巴西Minas Rio赤鐵精粉配比的升高，生球臺時水平降低，返料升高；由于巴西Minas Rio赤鐵精粉屬于赤鐵礦，F(xiàn)eO含量低，需要通過增加煤氣用量進行熱量補償，因此窯頭溫度分別提高20℃和29℃，煤氣用量分別升高了57 m3/h和366 m3/h；TFe含量分別提高了0.47個百分點和0.62個百分點，SiO2含量分別降低了0.53個百分點和 0.35個百分點，CaO、MgO、Al2O3含量變化不明顯，成品球團礦抗壓強度逐漸升高，還原膨脹率升高。綜上可見，配加巴西Minas Rio赤鐵精粉生產(chǎn)球團礦的提鐵降硅效果明顯。

4 結(jié)論

（1）在化學(xué)成分方面，巴西Minas Rio赤鐵精粉鐵品位高達67.09%，SiO2含量為3.07%，粒度細，粒度＜0.074 mm比例超過97%，有利于造球。

（2）實驗室研究表明：① 隨著巴西Minas Rio赤鐵精粉配比的升高，生球落下強度、抗壓強度均有所下降；成品球團礦鐵品位提高、SiO2含量降低，成品球團礦抗壓強度降低，但仍能滿足大型高爐指標(biāo)要求。②巴西Minas Rio赤鐵精粉配比不宜超過20%，此時生球落下強度和抗壓強度均可滿足鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯工業(yè)生產(chǎn)要求。③ 當(dāng)巴西Minas Rio赤鐵精粉配比為20%時，球團礦鐵品位較基準(zhǔn)實驗提高了0.65個百分點，SiO2含量降低了0.74個百分點。

（3）工業(yè)試驗表明：隨著巴西Minas Rio赤鐵精粉配比的升高，生球臺時產(chǎn)量降低，返料升高，成品球團礦抗壓強度逐漸升高，還原膨脹率升高。當(dāng)巴西Minas Rio赤鐵精粉配比為20%時，窯頭溫度提高了29℃，煤氣用量升高了366 m3/h；TFe含量提高了0.62個百分點，SiO2含量降低了0.35個百分點，CaO、MgO、Al2O3含量變化不明顯，配加巴西Minas Rio赤鐵精粉生產(chǎn)球團礦的提鐵降硅效果明顯。