邯鋼鐵精粉軟化特性的研究分析

郭蘭芬 劉曉明 魏瓊花 賈文君

(邯鋼生產制造部)

邯鋼鐵精粉軟化特性的研究分析

郭蘭芬 劉曉明 魏瓊花 賈文君

(邯鋼生產制造部)

通過對球團用鐵精粉的軟熔收縮特性進行試驗研究，并在一定的溫度制度下測定了兩種精粉混合狀態下發生軟化變形的程度，對比分析了鐵礦粉高溫軟熔特性。研究表明：混合礦粉的軟化收縮不具有加和性，其收縮程度與礦粉礦物組成及晶粒大小等因素有關，該指標可作為球團結構優化的主要指標在配礦中加以應用。

球團 精粉 軟化 收縮

0 前言

邯鋼球團生產中所用鐵精粉品種較多，其中進口精粉成分較為穩定，國產精粉由于礦點兒多，成分波動較大，因此其常溫和高溫性能存在較大差別。球團礦中鐵晶粒的連接主要是依靠高溫環境赤鐵礦晶粒發育長大互聯成整體固結[1]，產生液相極少，但由于鐵精粉的成分不同，有的精粉雜質較多，導致軟熔特性變差，在窯內焙燒時容易使球團表面過早軟化變形，造成球團焙燒不充分，而且容易造成回轉窯結圈。為保持球團生產及質量的穩定，需要掌握每種精粉的高溫軟熔特性，尤其在目前優質鐵精粉資源匱乏、礦種復雜的情況下開展該研究是非常有必要的。

球團礦在焙燒過程中，由于化學反應和晶形轉變，與干燥球相比其體積都會發生相應的收縮和密實，甚至在冷卻過程中由于存在應力區，會使球團內部產生裂紋，尤其在應用成分較為復雜的礦種時更為常見。通過模擬球團焙燒的溫度與時間，從球團用鐵精粉軟化收縮特性方面，研究鐵精粉在高溫焙燒過程中的行為及相互作用的能力，衡量不同鐵精粉在高溫條件下發生軟化收縮的程度，以此評價鐵精粉高溫軟熔特性，更加有效地指導生產，達到結構優化的目的。

1 鐵精粉軟化收縮試驗準備

1.1 試驗裝置

采用傳統的試驗方法對球團鐵精粉的高溫軟熔性能研究所需時間長、耗材多、費用高[2]。文中所述試驗是依據球團預熱、焙燒制度在WSXT-01鐵礦石基礎特性的試驗裝置中進行，試驗裝置如圖1所示。

圖1 測定精粉高溫軟化特性試驗裝置

1.2 原料條件

本次試驗原料選取邯鋼10種球團常用鐵精粉。各種鐵精粉的化學成分及小于200目的粒級百分數見表1。

表1 鐵精粉化學成分及粒級

從表1可以看出，五礦精粉屬于赤鐵礦類型，其余精粉都屬于磁鐵礦類型；鵬捷和高鎂的品位相對較低；高鎂精粉的SiO2、CaO、MgO含量較高，成分雜。另外，幾種精粉粒度組成存在較大差別，尤其是和耀、鵬捷精粉粒度較粗，大于100目的粒級比例較高，而小于200目的粒級百分數只有58.80%，56.11%。由于不同礦物粒度組成差別較大，為了不影響試驗研究對比結果，本試驗所用鐵精粉的粒級控制在100目以下。

1.3 制定升溫速率

根據球團預熱焙燒的溫度與時間，摸索并制定鐵精粉的升溫制度。模擬實際生產中回轉窯焙燒條件。制定升溫制度為：室溫到950 ℃的升溫速率為20 ℃/min，在950 ℃保持10 min，繼續以10 ℃/min的速率逐漸減小到5 ℃/min升溫至1 350 ℃，保持10 min，觀察鐵精粉的變化過程。升溫制度如圖2所示。

圖2 升溫制度

2 鐵精粉軟化收縮的測定

鐵精粉軟化收縮率定義為鐵精粉焙燒前后的體積差與焙燒前體積的比值。用公式表示為：

鐵精粉的收縮率=(焙燒后體積—焙燒前體積)/焙燒前體積×100%

為保證試驗條件一致，需使各種鐵精粉的焙燒前體積相同，將試樣放入壓樣機中，保持壓力10 MPa，時間2 min，制成統一高為5 mm，直徑為8 mm的圓柱體。

2.1 單種鐵精粉軟化收縮

根據以上制定的升溫制度和試樣制作過程，在相同的試驗條件下對10種鐵精粉在氧化氣氛下預熱焙燒，焙燒后測定其體積，然后按照上述公式計算單種鐵精粉的收縮率。單種鐵精粉所測得的收縮率見表2。

表2 單種鐵精粉的收縮率

從表2可以看出，和耀的收縮率最低，只有1.66%，高鎂的收縮率最高，達到27.46%，從化學成分上看，高鎂是低品位礦，成分復雜，SiO2、MgO含量較高，高溫時容易形成低熔點化合物而軟化，所以收縮率高。智利收縮率也較高，其余精粉收縮率在6%～10%范圍，收縮程度居中。但是在實際生產中，用于生產球團的鐵精粉往往不止一種，那么，單種精粉的這種收縮特性對混合礦造成的影響是生產中需要關注的問題。因此，需要對混合狀態下精粉的收縮特性進行進一步的研究。

2.2 混合鐵精粉軟化收縮試驗

一般情況下，兩種或兩種以上的物質混合后，其物理特性大多具有加和性；那么對于文中研究的混合礦的軟化收縮性能是否具有簡單加和的特性，采用收縮率較高的智力和高鎂粉與收縮率較低的和耀礦粉進行了試驗，同時對現場正在配加的混合料結構也進行軟化收縮試驗。試驗選擇的和耀精粉比例分別為20%、40%、50%、60%、80%，具體情況見表3，現場配比見表4。

表3 混合精粉不同配比的收縮率 / %

表4 三種混合精粉不同配比的收縮率 / %

從表4 可以看出，智利、高細、本地混合后實測收縮率11.44%遠高于簡單加和計算的收縮率8.99%，趨向智利的收縮率11.35%。

根據表3中混合精粉不同配比收縮率數據的實測值和加和值作圖，橫坐標為配比方案，縱坐標為收縮率，和耀與高鎂不同配比收縮率圖如圖3所示，和耀與智利不同配比收縮率圖如圖4所示。

圖3 和耀與高鎂不同配比收縮率圖

圖4 和耀與智利不同配比收縮率圖

從圖3可以看出，和耀與高鎂精粉的結構，隨著高鎂配比的增加，收縮率呈增加趨勢，實測收縮率都低于加和值，兩者差值幅度慢慢減??；方案1～方案5(高鎂配比小于60%)實測收縮率緩慢的增加，方案6、方案7(高鎂配比高于60%)，收縮率開始梯度增加。

從圖4可以看出：和耀與智利精粉搭配，隨著智利配比的增加，收縮率也是增加趨勢，與上述和耀與高鎂搭配相反的是，實測收縮率都高于計算加和收縮率值，兩者差值幅度緩慢增加再減??；方案1～方案4(智利配比小于50%)收縮率趨勢直線上升，從方案5開始(智利配比50%以上時)收縮率緩慢增加，甚至方案6、方案7(智利配比80%時與100%時)的收縮率相當，收縮率與智利配比成對數關系。

通過上述分析，和耀分別與高鎂和智利搭配，收縮率都隨著高鎂或智利的配比增加而增加，但增加的趨勢不同。和耀與高鎂精粉擬合的曲線呈指數關系，和耀與智利擬合的曲線呈對數關系。

以上研究表明混合礦的收縮不是簡單的單種礦粉收縮率的加和，而受自身特性影響。為解釋這一現象，進一步研究精粉的微觀組織結構。

3 鐵精粉軟化收縮后的顯微結構

將研究的鐵精粉收縮后的試樣制成光片，在顯微鏡下觀察，鐵精粉的軟化收縮后顆粒形貌如圖5所示。

(a) 和耀-100X

(b) 高鎂-100X

(c) 智利-100X

(d) 智利和耀各50 %-100X

(e) 高鎂和耀各50 %-100X

(f) 現場配比-100X

圖5 鐵精粉的軟化收縮后顆粒形貌從圖5可以看出，智利的晶粒細小并且是鐵晶須連接，和耀晶粒尺寸較大，氣孔尺寸也較大，智利與和耀混合，很容易填充和耀的氣孔，使混合后精粉的收縮率提高，固在智利配比低時，收縮率明顯，從混合后的顯微圖片看出，致密度提高。而高鎂與智利恰相反，高鎂的鐵相是以小塊脈石粘結，連接成片，高鎂與和耀混合后，和耀的鐵晶粒和脈石顆粒阻止了高鎂鐵相的粘結，局部高鎂的鐵相連接成片后也不能填充氣孔，在高鎂配比低時，收縮率趨向和耀，在高鎂配比高時，收縮率趨向高鎂。

鐵精粉高溫焙燒后顆粒形貌發生明顯變化，進一步對其處理，將各種精粉顯微圖片通過Qwin軟件的圖像處理，統計出各種精粉的氣孔和鐵相的含量，以及鐵相晶粒相對單位的大小，數據見表5。

表5 鐵精粉的顯微結構含量及晶粒比較

注：1.所用處理圖片的倍數都是100倍； 2.鐵相晶粒的大小只是相對的比較，為像素點單位。

從圖5和表5可以看出，和耀精粉焙燒收縮后的鐵相和脈石晶粒都較大，晶粒與晶粒之間連接較弱，大都單獨存在，由于晶粒尺寸較大不能填充氣孔，導致收縮率最低；高鎂精粉物質雜，焙燒后產生低熔點物質，鐵相多呈圓形，鐵相連接之間由液相粘結，氣孔率低，故高鎂精粉的收縮率高；智利精粉焙燒收縮后的氣孔率含量低，鐵相晶粒細小，鐵晶須與鐵晶須連接，脈石顆粒多數單獨存在。

球團收縮程度直接影響成品率，生產可以針對不同的原料結構，依據收縮特性，適當調整造球時間，控制成品球尺寸，以滿足球團產量的要求。

4 結論

(1)每種鐵精粉特性不同，收縮率也不同，混合后鐵精粉的收縮率不是單種精粉收縮率的簡單加和。

(2)鐵精粉焙燒后的收縮率與形成的液相、氣孔率大小以及鐵晶粒大小有關。

(3)收縮率指標是實現球團原料結構優化的有利補充。

[1] 陳耀銘,陳銳.燒結球團礦微觀結構[M].長沙：中南大學出版社，2011:115.

[2] 朱德慶,潘建,胡曉銘,等.熔劑作用下的鐵礦石高溫反應性能研究[C].2005年度全國燒結球團技術交流年會.2005年.

ANALYSIS AND RESEARCH ON SOFTENING PROPERTIES OF IRON POWDER IN HAN STEEL

Guo Lanfen Liu Xiaoming Wei Qionghua Jia Wenjun

(Manufacturing department of Han steel)

In this paper, experimental study on soft melting shrink properties of iron powders for pelletizing, softening deformation of two kinds of mixed iron powders were measured under a certain temperature regime, soft melting properties at high temperature were compared and analyzed. Research shows:softening shrink properties of mixed iron powders are not summation. Shrinkage degree of iron powders are related to mineral composition and grain size. It can be used as the main index of pellet structure optimization and used in ore blending.

pelletizing iron powder softening shrink

芬，高級工程師，河北.邯鄲(056015)，河北鋼鐵集團邯鋼生產制造部；

2017—3—10