田仕友

(重慶賽迪熱工環(huán)保工程技術(shù)有限公司，重慶 401122)

0 引言

球團(tuán)礦是高爐煉鐵原料之一，球團(tuán)生產(chǎn)工藝和燒結(jié)礦生產(chǎn)工藝比較，在節(jié)能、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益上有明顯的優(yōu)勢，且具有添加輔料少，品位高、粒度均勻、強(qiáng)度高、易于轉(zhuǎn)運(yùn)和儲存的特點(diǎn)，提高球團(tuán)礦配比目前已成為各大鋼企和機(jī)構(gòu)的研究方向[1-2]。球團(tuán)礦生產(chǎn)原料常規(guī)以優(yōu)質(zhì)高品位精礦為主，目前國內(nèi)富礦缺少不利于球團(tuán)工藝進(jìn)一步的發(fā)展，使用高品質(zhì)進(jìn)口精礦生產(chǎn)成本高[3]，拓展用料渠道降低工藝要求門檻已成趨勢，在用料選擇方面，根據(jù)現(xiàn)有含鐵資源，選用國產(chǎn)低品位精礦和低鋅高鐵塵泥作為球團(tuán)礦生產(chǎn)的原料成為共識。國產(chǎn)低品位精礦因其因成分復(fù)雜、鐵品位低等原因價格較低，且儲量較大，根據(jù)最新研究，諸如國產(chǎn)低品精礦中含有MgO等有助于降低熱膨脹的成分，適量的配加有助于提高球團(tuán)礦的品質(zhì)和高爐的順行[4]。鋼鐵企業(yè)含鐵塵泥屬于工業(yè)固廢，目前高鋅塵泥采用轉(zhuǎn)底爐工藝已得很好的處置，該工藝已在寶武、新余鋼鐵和首鋼京唐等多個公司建成投產(chǎn)，并產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟(jì)效益，但大宗的高鐵低鋅泥料因其采用轉(zhuǎn)底爐工藝不具有提鋅的經(jīng)濟(jì)性，仍需要在鋼鐵工藝內(nèi)部循環(huán)，通過各公司的實(shí)際塵泥物化性質(zhì)開展相應(yīng)的燒結(jié)和球團(tuán)的配礦研究，具有較大的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益[5]。因此，研究是在分析常規(guī)球團(tuán)原料、低品位精礦和低鋅含鐵塵泥的物化性能的基礎(chǔ)上，開展了在常規(guī)球團(tuán)原料中配加一定比例的低品位精礦和低鋅含鐵塵泥的造球、配礦、焙燒和冶金性能試驗(yàn)研究，得到的生產(chǎn)參數(shù)和冶金性能結(jié)果可以用于指導(dǎo)球團(tuán)和高爐的生產(chǎn)調(diào)整。

1 含鐵原料的物化性能

試驗(yàn)所使用的含鐵原料共有3種原料：原料1為常規(guī)優(yōu)質(zhì)球團(tuán)精礦、原料2低品位精礦、原料3為鋼鐵廠各種含鐵塵泥的混合料。研究中分別對含鐵原料的化學(xué)組成、粒度組成、微細(xì)粒含量、成球性、顆粒形貌等進(jìn)行了分析測試。

1.1 化學(xué)組成

含鐵原料的化學(xué)組成見表1，原料1的鐵品位較高，在66%以上；原料2為為低品位精礦、含MgO高；原料3為各種灰泥(煉鋼灰和污泥料等)的混合料，品位偏低、FeO高、雜質(zhì)成分高，燒失量大。

表1 含鐵原料的化學(xué)組成 %

1.2 粒度組成

表2是含鐵原料的粒度組成。由表原料1粒度中-200目含量為79.03%；原料2為粒度中-200目含量為77.01%；原料3粒度中-200目含量為57.01%，礦粒度較粗。

表2 含鐵原料的粒度組成 %

鐵精礦中的微細(xì)粒含量也對成球過程有較大影響，為了查明試驗(yàn)所用原料的微細(xì)粒含量，試驗(yàn)采用激光粒度分析儀對含鐵原料進(jìn)行了粒度分析。表3為含鐵原料的微細(xì)粒含量，圖1～3分別為各種含鐵原料的粒度頻率分布和下累積分布圖。由此可得到如下粒度特性：

圖1 原料1粒度頻率分布和下累積分布圖

表3 含鐵原料微細(xì)粒含量 %

1) 平均粒徑：原料1的平均粒徑最小，為53.608 μm，其次為原料2為73.055 μm、原料3為157.480 μm，平均粒徑的差異十分顯著。

2) 微細(xì)粒級含量：-5 μm級含量原料3為14.08%最高，原料2為9.32%，其中原料1最低6.55%。

-20 μm級含量原料1為29.45%、原料2為30.26%、原料3為31.50%。

-30 μm級含量原料1為40.99%、原料1為40.77%、原料3為38.29%。

圖2 原料2粒度頻率分布和下累積分布圖

圖3 原料3粒度頻率分布和下累積分布圖

1.3 顆粒形貌

除了粒度、粒度組成、表面特性等因素以外，原料顆粒的形貌特性對其成球性能也有一定的影響。粒狀、表面光滑、顆粒規(guī)則的顆粒成球性能較差，條狀、片狀、板狀、表面粗糙的顆粒造球性能較好。研究利用掃描電鏡對各種含鐵原料的顆粒形貌進(jìn)行了分析，見圖4～6。生球的強(qiáng)度決定于造球物料間的粘結(jié)力，粘結(jié)力愈大，則生球的機(jī)械強(qiáng)度愈大，粘結(jié)力決定于物料的物理性質(zhì)，顆粒形貌是其中的重要因素。

1)原料1(見圖4)：顆粒粗細(xì)不均，微細(xì)粒含量較多，顆粒形狀不規(guī)則多為條狀，少量呈粒狀，大多數(shù)顆粒具有光滑且不平整的斷面，即使很細(xì)顆粒的斷面也是光滑的。

圖4 原料1的顆粒形貌

2)原料2(見圖5)：顆粒粗細(xì)不均，微細(xì)粒含量較多，顆粒呈粒狀，具有平整但不光滑的斷面。

圖5 原料2的顆粒形貌

3)原料3(見圖6)：單個顆粒極細(xì)，但單體顆粒間發(fā)生團(tuán)聚，形成較大的球狀顆粒群。

圖6 原料3顆粒形貌

1.4 物理性能

靜態(tài)成球性指數(shù)是物理性能的綜合指數(shù)，靜態(tài)成球性一定程度上說明物料在毛細(xì)水的作用下顆粒之間靜態(tài)聚結(jié)強(qiáng)度，一定程度上反應(yīng)物料的成球性能。含鐵原料的物理性能見表4，可以看出就靜態(tài)成球性指數(shù)而言，原料3具有優(yōu)等成球性，成球性指數(shù)為0.91，原料1和原料2成球性指數(shù)分別為0.45和0.43。

表4 鐵原料的物理性能

2 基準(zhǔn)試驗(yàn)研究

作為研究的基準(zhǔn)，在試驗(yàn)室條件下，按照現(xiàn)場實(shí)際使用的原料1制備氧化球團(tuán)時的參數(shù)進(jìn)行生球制備試驗(yàn)研究。

現(xiàn)場使用原料1制備氧化球團(tuán)時膨潤土用量為2.5%，全潤磨，潤磨水分為6.5%，造球時間為10 min，生球水分9%，預(yù)熱溫度920 ℃，預(yù)熱時間10 min，焙燒溫度1 250℃，焙燒時間10 min。在此條件下，焙燒球抗壓強(qiáng)度4 421 N/個。

通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果如表5。

表5 基準(zhǔn)條件下試驗(yàn)結(jié)果

3 配礦球團(tuán)試驗(yàn)研究

3.1 單礦球團(tuán)對比試驗(yàn)研究

單礦球團(tuán)制備對比試驗(yàn)用于研究3種原料的成球性能，膨潤土配比分兩種，潤磨時用量為1.5%，不潤磨時用量為2.5%，試驗(yàn)結(jié)果見表6和表7。

從表6中可知，潤磨時，原料1和原料2都具有良好的造球性能，能獲得較高的生球強(qiáng)度、爆裂溫度、焙燒球團(tuán)強(qiáng)度。在1.5%的膨潤土用量條件下，原料2和原料3的生球強(qiáng)度最好，落下強(qiáng)度達(dá)20次/0.5 m以上，原料1為6.7次/0.5 m。在生球熱性能方面，所試驗(yàn)的3種礦中，原料1爆裂溫度為590 ℃，原料2為534 ℃，原料3為340 ℃，在焙燒特性方面，原料1焙燒球強(qiáng)度為4 154 N/個，其次為原料2為2 728 N/個，最低為原料3為1 441 N/個。

表6 潤磨時的單礦球團(tuán)試驗(yàn)結(jié)果

由表7可知，不潤磨時，各種礦的單礦造球性能比部分潤磨時有比較明顯的下降。盡管如此，在2.5%膨潤土用量條件下，原料1降低至2.4次/0.5 m；爆裂溫度較潤磨料上升(主要原料為膨潤土配比上升)，焙燒球強(qiáng)度明顯下降。

表7 不潤磨時單礦造球試驗(yàn)結(jié)果

比較表6和表7，各種精礦生球強(qiáng)度的對比關(guān)系基本一致，只是潤磨時各礦種的生球強(qiáng)度都比不潤磨時高，而不潤磨時爆裂溫度比潤磨時高。

3.2 配礦試驗(yàn)研究

原料1為主要生產(chǎn)原料，根據(jù)塵泥原料3的處理需要，原料3的配比需為5%，原料2的配比調(diào)整為0%～25%之間調(diào)整，見表8。

表8 單礦配比試驗(yàn)調(diào)整配比方案示例 %

各單礦的配比在其調(diào)整范圍內(nèi)改變，改變某一種單礦配比時，其它礦種的相對配比保持不變。膨潤土用量為1.5%，潤磨處理，造球時間為10 min；預(yù)熱溫度950 ℃，預(yù)熱時間10 min；焙燒溫度1 250 ℃，焙燒時間10 min。

原料配比的試驗(yàn)結(jié)果見表9,可以看出,當(dāng)配加5%的原料3時，焙燒礦質(zhì)量和原料質(zhì)量均大幅度降低，但能滿足生產(chǎn)，但生球水分過高，焙燒過程中造成設(shè)備損壞和能源浪費(fèi)。原料2中含有11%的MgO，試驗(yàn)四綜合料含MgO為2.84%，試驗(yàn)五含MgO為3.37%，低硅球團(tuán)隨著含MgO成分的升高，還原膨脹率得到控制，但當(dāng)MgO繼續(xù)升高時抗壓強(qiáng)度會降低，因形成穩(wěn)定的鐵酸鎂需要提高焙燒溫度，在現(xiàn)有的焙燒溫度下，MgO為2.84%～3.37%較為適宜。隨著原料2配比的變化，落下強(qiáng)度降低，趨近于6.8次；生球抗壓先升高后降低，在試驗(yàn)四時最優(yōu)；爆裂溫度均滿足要求，生球水分試驗(yàn)五較低；焙燒球強(qiáng)度先升高后降低，試驗(yàn)五最優(yōu)達(dá)到3 320 N/個。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果建議選擇配比方案為試驗(yàn)五或試驗(yàn)四。

表9 配比試驗(yàn)結(jié)果

3.3 冶金性能試驗(yàn)

冶金性能試驗(yàn)選用，基準(zhǔn)試驗(yàn)焙燒球、試驗(yàn)四焙燒球和試驗(yàn)五焙燒球，還原性能和熔滴性能的冶金性能檢測，結(jié)果見表10和表11。

表10 球團(tuán)礦的還原性能 %

表11 球團(tuán)礦的熔滴性能

由表10可以看出：球團(tuán)礦的低溫還原粉化率低，基準(zhǔn)配比和試驗(yàn)四的RDI+3.15達(dá)到均在98%以上，試驗(yàn)五球團(tuán)低溫還原粉化率雖然有所提高，但也在96%以上，充分體現(xiàn)了試驗(yàn)的幾種球團(tuán)具有良好的低溫還原粉化性能。基準(zhǔn)配比和試驗(yàn)四的還原度相對較低，不足60%，試驗(yàn)五還原度有了明顯提高。基準(zhǔn)配比球團(tuán)礦還原膨脹率較低，為13.80%，試驗(yàn)四和試驗(yàn)五低于基準(zhǔn)值。表11結(jié)果顯示：基準(zhǔn)配比球團(tuán)的滴下開始溫度較低，在1 000℃左右，熔滴區(qū)間較窄，為209 ℃，試驗(yàn)四熔滴區(qū)間提高到340 ℃左右，試驗(yàn)五球團(tuán)熔滴區(qū)間降至275 ℃。結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果，應(yīng)選擇試驗(yàn)五方案進(jìn)行生產(chǎn)。

4 結(jié)語

1)三種原料中原料1是常規(guī)的優(yōu)質(zhì)球團(tuán)生產(chǎn)原料，其化學(xué)成分、粒度、顆粒形貌和熱性能均能滿足生產(chǎn)；原料2是低品位精礦，化學(xué)品位低、高M(jìn)gO，粒度和顆粒形貌較原料1偏差；原料3是含鐵塵泥的混勻料，具有低品位，高FeO，顆粒團(tuán)聚大的特點(diǎn)。

2)采用實(shí)際生產(chǎn)的生產(chǎn)參數(shù)、配礦制度作為基準(zhǔn)試驗(yàn)條件，得到生球落下強(qiáng)度12.54 N/個，爆裂溫度大于600 ℃，焙燒球強(qiáng)度為4 421 N/個。

3)單礦球團(tuán)對比試驗(yàn)研究結(jié)果表明單獨(dú)使用原料2和原料3是無法滿足生產(chǎn)需要；配礦試驗(yàn)研究結(jié)果表明試驗(yàn)四方案和試驗(yàn)五方案各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足生產(chǎn)，進(jìn)一步冶金性能試驗(yàn)結(jié)果，試驗(yàn)五(即常規(guī)球團(tuán)原料配比75%、低品位礦配比20%、含鐵塵泥配比5%)生球落下強(qiáng)度6.6次、焙燒球強(qiáng)度3 320 N/個、還原度RI72.56%、還原膨脹率10.71%、球團(tuán)熔滴區(qū)間為275 ℃，與其他試驗(yàn)比較，生球質(zhì)量、焙燒球強(qiáng)度、還原度、還原膨脹率和熔滴性能最佳，推薦試驗(yàn)五的試驗(yàn)參數(shù)和配礦制度進(jìn)行實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)。