釩鈦鐵精礦高壓輥磨試驗研究

翁慶強，郭宇峰

(1．四川省川威釩鈦冶金科技開發有限公司，四川成都 610100;2．中南大學，湖南長沙 410083)

1 引言

已有的研究和生產實踐表明，采用高壓輥磨預處理技術對含鐵原料進行預處理，能改善含鐵原料的造球性能、提高預熱球及焙燒球強度，使球團廠對原料性質波動的適應性顯著增強。為此，對川威自產的釩鈦磁鐵礦進行高壓輥磨試驗研究，并獲取其用于改善釩鈦磁鐵精礦造球性能的適宜高壓輥磨制度，系統研究了高壓輥磨對川威釩鈦磁鐵精礦粒度組成、比表面積、靜態成球性指數和實際造球性能的影響，為川威鏈篦機－回轉窯全釩鈦球團礦磨礦成球等提供技術參考。

2 川威釩鈦鐵精礦物理性能

通過試驗的檢測，川威自產的釩鈦磁鐵精礦化學成分、粒度組成、比表面積分別見表1、表2、表 3。

表1 川威鐵精礦化學成分

表2 川威鐵精礦粒度分析

表3 川威釩鈦磁鐵精礦比表面積

由表1、表2、表3可知，川威釩鈦磁鐵精礦中屬高鈦型釩鈦磁鐵礦，但粒度較粗，不利于成球。

3 釩鈦鐵精礦高壓輥磨原理

高壓輥磨機是根據層壓粉碎的原理設計的，傳統的基于沖擊粉碎原理設計的破碎機使物料“一分為二”，而高壓輥磨機的料層靜壓粉碎則使物料“粉身碎骨”。因此高壓輥磨物料不是在破碎機工作面上或其它粉碎介質間作單個顆粒的破碎或粉磨，而是作為一層(或一個料層)得到粉碎(見圖1)。該料層在高壓下形成，壓力導致顆粒擠壓其它鄰近顆粒，直至其主要部分破碎、斷裂，產生裂縫或劈碎，從而使顆粒表面明顯存在裂隙，出現大量棱角、尖角及新生表面。實際生產中，影響高壓輥磨效果的因素主要有輥磨壓力、入磨原料水分、入磨原料比表面積、給料量、輥磨次數以及是否采取輥磨邊料循環等。

圖1 高壓輥磨料層示意圖

4 釩鈦鐵精礦高壓輥磨試驗

基于高壓輥磨在實驗室研究與實際工業生產應用上存在一定差異，本試驗固定輥磨壓力31．36KN(約1MP)，重點對入磨原料水分和輥磨次數進行了研究。根據高壓輥磨預處理所得物料造球性能，確定實驗室條件下適宜的高壓輥磨入磨原料水分和輥磨次數。由此獲取適宜的高壓輥磨入磨原料水分和高壓輥磨預處理所需達到的物料比表面積，作為工業化生產時選擇高壓輥磨設備及操作制度的依據。

4．1 入磨原料水分試驗

表4為入磨原料水分對川威釩鈦磁鐵精礦性能的影響。試驗時僅在實驗室高壓輥磨機上進行了1次高壓輥磨預處理。

表4 入磨原料水分對鐵精礦性能的影響

由表4可知，入磨原料水分對鐵精礦性能影響的規律性不強，但高壓輥磨后，鐵精礦中小于200目的含量明顯提高，比表面積顯著增大，毛細水遷移速率總體上呈下降趨勢，靜態成球性指數K在入磨水分6.5%以下時有所增大，水分達到7.0%時則略有下降。高壓輥磨預處理將會有利于改善川威釩鈦磁鐵精礦造球性能，但可能會使生球長大速率降低。

表5為入磨原料水分對鐵精礦造球性能的影響，造球試驗時，膨潤土配比為1.5%，造球機轉速為22 r/min，造球時間為12 min。

表5 不同入磨原料水分對生球性能的影響

由表5可知，生球落下強度隨入磨原料水分增加呈提高趨勢，但生球抗壓強度略有下降，生球水分則有上升趨勢，生球爆裂溫度都在600℃以上。高壓輥磨后，生球落下強度和抗壓強度都有明顯提高。上述研究結果證實了高壓輥磨具有改善川威釩鈦磁鐵精礦的造球性能、提高生球質量的作用。綜合考慮后，建議高壓輥磨的入磨鐵精礦水分控制在6.5%左右。

4．2 高壓輥磨次數試驗

表6為實驗室高壓輥磨次數對川威釩鈦磁鐵精礦性能的影響。試驗時，固定高壓輥磨入磨原料水分為6.5%。

表6 不同輥磨次數后物料的物化性能

由表6可見，高壓輥磨一次后，鐵精礦粒度組成中小于200目的含量和比表面積提高幅度較大，之后隨著次數增加，增加幅度較小。從鐵精礦毛細水遷移速率變化情況來看，高壓輥磨一次后，鐵精礦毛細水遷移速率下降幅度較大，之后隨著次數增加，下降幅度較小。從鐵精礦靜態成球性指數k變化情況來看，鐵精礦靜態成球性指數k幾乎隨著高壓輥磨的次數增加呈線性增加。這表明，隨著高壓輥磨次數的增加，有利于改善鐵精礦的靜態成球性能，這是高壓輥磨有利的一面;但不利的一面是，毛細水遷移速率下降，有可能會使適宜的造球時間延長。

表7為實驗室高壓輥磨次數對川威釩鈦磁鐵精礦生球性能的影響。造球試驗時，膨潤土配比為1.5%，造球機轉速為22 r/min，造球時間為12 min。

表7 不同輥磨次數后物料的生球性能

表7表明，隨著輥磨次數的增加，物料的成球性能明顯增強，落下強度改善最為明顯，呈直線上升狀態。爆裂溫度隨著輥磨次數增加而逐漸降低，說明顆粒越細，造球時顆粒間越緊密。生球抗壓強度也有明顯提高，不過輥磨不同次數之間變化并不明顯。

輥磨次數增加，鐵精礦比表面積增加，意味著破碎的能耗將會升高。兼顧生球性能和高壓輥磨能耗，實驗室條件下推薦輥磨三次所得鐵精礦比表面積，作為將來工業化生產時高壓輥磨預處理所要達到的鐵精礦比表面積。即在入磨原料水分6.5%的條件下進行高壓輥磨預處理使鐵精礦比表面積達到1717.96 cm2/g左右。

4．3 造球條件優化試驗

根據以上試驗，高壓輥磨預處理適宜的制度為:入磨原料水分為6.5%時，預處理所得鐵精礦比表面積為1717.96 cm2/g左右。為獲取在推薦的高壓輥磨處理制度下川威釩鈦磁鐵精礦的適宜造球制度，進行了造球條件優化試驗。試驗重點研究了膨潤土配比、造球時間和生球水分等因素，造球時，造球機轉速22 r/min，造球時間12 min。

4．3．1 膨潤土配比

膨潤土配比對高壓輥磨預處理的川威釩鈦磁鐵精礦生球性能的影響試驗結果見表8。

表8 膨潤土配比對高壓輥磨預處理鐵精礦生球性能的影響

由表8可見，隨著膨潤土用量的增加，生球的落下強度和爆裂溫度逐漸提高，生球抗壓強度先升后降。考慮到膨潤土用量過多會降低球團礦品位，膨潤土配比選為1.0%。

4．3．2 造球時間

造球時間對高壓輥磨預處理的川威釩鈦磁鐵精礦生球性能的影響試驗結果見表9。造球時，膨潤土配比為1.0%。

表9 造球時間對高壓輥磨預處理鐵精礦生球性能的影響

由表9中可知，隨造球時間的延長，對提高生球的性能有利。但造球時間過長，會降低造球機的生產效率，因此，推薦造球時間為12 min左右。

4．3．3 生球水分

生球水分對生球性能的影響見表10。試驗時，膨潤土配比為1.0%，造球時間為12 min。

表10 生球水分對生球性能的影響

由表10可知，生球水分由6.8%提高到7.5%，生球強度整體上呈提高趨勢。在實驗室條件下，生球水分提高到7.5%時，開始出現粘球盤現象，因此，推薦生球水分控制在7.0%左右。相對于未經高壓輥磨預處理而言，經高壓輥磨預處理的鐵精礦適宜的生球水分略有下降。

4．4 高壓輥磨對預熱球抗壓強度的影響

對于鏈篦機—回轉窯球團礦生產工藝，為避免生產過程中回轉窯“結圈”事故的發生，通常采取的重要措施之一是盡可能減少入窯粉末量。在生產中為達到上一目的，一般都對入窯的預熱球團抗壓強度提出一定的要求。為考察高壓輥磨對預熱球抗壓強度的影響，本研究分別對未經高壓輥磨預處理和經高壓輥磨預處理的川威釩鈦磁鐵精礦在各自適宜造球制度下制備的球團進行了預熱試驗，試驗結果見表11。由表11可知，高壓輥磨預處理后，預熱球抗壓強度略有降低，但仍然遠超川威公司提出的預熱球抗壓強度大于500 N/P的要求。導致高壓輥磨預處理后預熱球抗壓強度略有降低的原因與膨潤土配比減少有關。

表11 高壓輥磨對預熱球抗壓強度情況表

5 結語

(1)高壓輥磨具有改善川威釩鈦磁鐵精礦的造球性能、提高生球質量的作用。實驗室適宜的高壓輥磨制度為:入磨原料水分為6.5%，預處理所得比表面積為1717.96 cm2/g左右。

(2)在入磨原料水分為6.5%，高壓輥磨預處理所得比表面積為1717.96 cm2/g左右的條件下，適宜的造球條件為:膨潤土配比為1.0%;造球時間12 min;生球水分為7.0%左右;所得生球落下強度大于5次/(0.5 m·個);抗壓強度大于10 N/P;爆裂溫度在520℃左右;在預熱溫度為980℃，預熱時間為10 min的條件下，所得預熱球抗壓強度為711 N/P。

［1］ 張一敏．球團礦生產技術［M］．北京:冶金工業出版社，2005．

［2］ 劉華．潤磨技術在濟鋼球團生產中的應用［J］．燒結球團，2000，7(4)．

［3］ 張一敏．球團理論與工藝［M］．第4版．北京:冶金工業出版社，2004．