程潮鐵精礦球團質量影響因素分析

楊大兵，徐佳鑫，丁寶成，李 然，王 雄

(武漢科技大學冶金礦產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，球團礦在生產過程中的能耗低、環境污染小。增加球團礦用量、減少燒結礦用量是國內外不少鋼鐵企業改變高爐入爐料結構的發展趨勢[1]。近年來，我國球團生產工藝發展迅速，但球團礦質量仍然存在一定問題，各個廠家也分別采取提高精礦質量、優化原料結構、采用優質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量[2-4]。

在球團礦生產過程中，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量的重要因素。康興東等[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,其質量剛剛滿足工業要求。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量的影響，以求制備出更高質量的球團礦，為工業試驗及生產提供參考。

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。選用球團廠生產現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量的影響

經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，未經潤磨處理時，程潮鐵精礦中-0.074 mm粒級含量只有79%，但經過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，抗壓強度表現出先升高后下降的趨勢，而爆裂溫度則持續下降。這是因為鐵精礦粒度變細導致球團內顆粒間接觸點增多，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進行后續試驗。

2.2 膨潤土種類及配比對球團質量的影響

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速度以及生球內部的蒸汽壓，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，球團生產中選擇膨潤土A將更有利于球團質量的提高，同時考慮到膨潤土配比的增加雖然對生球質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降低，這主要是由于在干燥過程中，生球內部的水分受熱而蒸發量增多，使生球內部蒸汽壓增大，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

同時在試驗中還發現，造球水分對操作也會產生一定的影響。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，生球繼續滾動時內部水分被擠壓出來，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提高，這是由于生球滾動時間越長，球團內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，在干燥時球團內部就越容易產生過剩蒸汽壓，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 ℃的優質球團。

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

[2] 葉匡吾.生產高質量的球團礦[J].燒結球團,1999,24(3):18-22.

[3] 王麗麗.提高宣鋼球團質量的試驗研究[D].唐山：河北理工大學,2008.

[4] 王昌安,羅廉明.鐵精礦粒度組成對球團質量的影響[J].武漢化工學院學報,2005,27(2):38-39,44.

[5] 康興東,陳志英,夏春才，等.提高程潮球團質量的試驗研究[J].中國冶金，2009,19(1):36-40.

[6] 張一敏.球團理論與工藝[M].北京:冶金工業出版社,1997：58-59,88-91.

[7] 王永剛,楊大兵.粘結劑對程潮鐵精礦球團質量的影響[J].燒結球團,2011,34(6)：20-22,27.

[8] 王慕容.鈉膨潤土-鐵礦球團抗爆機理探討[J].燒結球團,1982,7(3):7-10.

[9] Meyer K.鐵礦球團法[M].杉木，譯.北京:冶金工業出版社,1986:116.