熔劑性球團生產(chǎn)的試驗室研究

魏瓊花

（河北鋼鐵集團邯鄲公司）

0 前言

熔劑性球團礦是指在混合料中添加含CaO 的熔劑（如生石灰、 石灰石等）生產(chǎn)的球團礦。關(guān)于熔劑性球團礦的堿度，國內(nèi)外尚無統(tǒng)一定論，但從大量研究和生產(chǎn)實踐報導(dǎo)來看，熔劑性球團的堿度多在0.8 ～1.3（倍）之間，或是將熔劑性球團礦定義為二元堿度大于0.6 倍的球團礦[1]。球團礦和燒結(jié)礦作為高爐主要的入爐料，球團礦生產(chǎn)的明顯優(yōu)勢在于能耗低、污染小、含鐵品位高。基于球團的以上優(yōu)點，很多發(fā)達國家加大了球團礦配比（如瑞典瑞鋼達到97.2%），甚至有的高爐達到100%球團礦冶煉（如加拿大竇伐斯科鋼廠）[2]。我國由于歷史原因，高堿度燒結(jié)礦大規(guī)模生產(chǎn)，球團礦配比一直處于較低水平，提高球團礦堿度的空間有限，致使我國熔劑性球團的發(fā)展明顯落后于發(fā)達國家。近年來，在鋼鐵生產(chǎn)節(jié)能減排的壓力下，我國球團礦的生產(chǎn)有了突飛猛進的發(fā)展。隨著球團礦入爐比例的繼續(xù)增加，大力發(fā)展熔劑性球團也將成為可能。

1 原料性能及試驗方案

1.1 試驗用料及性能

試驗所用原料均取自于現(xiàn)場，表1 為原料的化學(xué)成分，由化驗室提供。

表1 試驗用原料化學(xué)成分 %

試驗所用含鐵精粉直接為現(xiàn)場混好的混勻料，混勻料是由邯邢精粉、智利精粉、安徽精粉和密云精粉按一定比例混合而成。由表1 可知，除了安徽精粉的含鐵量略低以外，其余均在65%以上，其中邯邢精粉的S 含量較高，為0.087%。

各原料的粒級分布見表2。

表2 原料粒級分布

球團配加白云石后，為避免生球表面出現(xiàn)白點，白云石進行研磨，粒級-100 目。從表2 可以看出，智利精粉的粒級較細(xì)，-200 目的高達96%，而邯邢精粉和密云精粉的粒級卻較粗，-200 目的分別為47.85%和55.25%，幾種精粉混合后的混勻料粒級（-200 目）的占比為79.10%。

1.2 試驗方案

本次試驗共設(shè)計5 個方案，各方案的原料配比見表3，表3 中的混勻料由表2 中的含鐵料按一定比例混合而成。其中，基準(zhǔn)方案未添加白云石，為自然堿度，其余方案將堿度分別設(shè)定為R=0.6、0.8、1.0、1.2。試驗前，對方案進行了初步演算，得出的結(jié)論為：膨潤土配比不宜過高，若膨潤土配比仍按平時的2.5%，當(dāng)堿度R=1.0 時，球團的含鐵量僅為58.74%，因此在實際試驗中降低了膨潤土的配比，將其加入量設(shè)定為1.8%。

表3 試驗方案

2 試驗方法

本次研究試驗包括造球試驗和焙燒試驗兩部分，具體流程如圖1 所示。

2.1 造球試驗

造球試驗在規(guī)格為Φ550 mm×120 mm 的造球盤內(nèi)進行，相關(guān)造球工藝參數(shù)見表4。

圖1 研究熔劑性球團的試驗流程

表4 造球試驗工藝參數(shù)

造球試驗步驟：先測定鐵精粉中的原始水分，然后按計算水分潤濕到7.5%，再按表3 方案中各種料的配比，加入白云石和膨潤土一起混勻，悶料20 min 后，直接將混勻好的造球料一次性全部放入造球盤中；啟動造球盤，同時開啟加水控制器，按照一定的加水速度在6 min 內(nèi)將水加完，到8 min時結(jié)束試驗；造球結(jié)束后，將盤中的料全部取出，按照20 mm、16 mm、12.5 mm、10 mm、9 mm、5 mm的粒級進行篩分，以＞9 mm 粒級百分?jǐn)?shù)作為成球性指數(shù)，9 ～16 mm 的為成品球率。

2.2 焙燒試驗

球團連晶性能的測定首先需要對球團進行焙燒，該試驗在臥式爐內(nèi)進行，它由三個爐管組成，分別起到預(yù)熱、焙燒和均熱作用。根據(jù)每段爐管的溫度場分布的特點，確定球團在爐管內(nèi)預(yù)熱、焙燒以及均熱的位置和時間，以期達到模擬現(xiàn)場生產(chǎn)的試驗效果，相關(guān)的焙燒試驗參數(shù)見表5。

表5 焙燒試驗工藝參數(shù)

3 試驗結(jié)果與分析

按照2.1 中的造球步驟，完成生球成球試驗，并測得各方案生球的粒級分布、成球性能及強度，結(jié)果見表6。將生球干燥后按照不同的焙燒工藝參數(shù)進行焙燒，焙燒球強度見表7。

從表6 可以看出，相對于基準(zhǔn)來說，球團在添加了白云石后，生球的抗壓強度均有所降低，并且隨著堿度的升高，生球的抗壓強度有逐漸降低的趨勢，但變化不大；生球成球性指數(shù)和落下強度未出現(xiàn)明顯的規(guī)律性變化。當(dāng)R=0.8 時，生球的成球性指數(shù)為28.49%；R=1.2 時，成球性指數(shù)為30.42%，屬于四個堿性球團方案中成球性較好的方案。

表6 造球結(jié)果

表7 焙燒結(jié)果

從表7 可以看出，相對于基準(zhǔn)方案而言，堿性球團的焙燒強度整體偏低，但球團之間尚未出現(xiàn)相互粘結(jié)現(xiàn)象。（1）在1 號焙燒試驗的條件下，堿性球團的焙燒強度隨著堿度的提高逐漸降低，由1 674 N/個降至774 N/個，并且都未達到現(xiàn)場對球團強度的要求，一般要求焙燒球的強度≥2 000 N/個。（2）在2 號試驗的焙燒條件下，即相對1 號焙燒試驗，將焙燒時間由10 min 延長到15 min，各方案的焙燒強度均有所提高，堿性球團強度隨著堿度的提高呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，其中R=0.8 時，強度最好，為1 543 N/個，不達標(biāo)。（3）3 號焙燒條件相對1 號來說，提高了焙燒溫度，由1 250 ℃提高到1 280 ℃，各方案強度的焙燒均有所提高，堿性球團強度出現(xiàn)先升后降再升的變化趨勢，R=0.8 時，強度最高，為2 412 N/個，達標(biāo)，其余堿性球團方案強度均低于2 000 N/個。（4）4 號試驗相對于1號來說，延長了均熱時間，由之前的5 min 延長到10 min，相對于1 號焙燒條件下的球團，強度均有所提高，R=0.8 時，強度最高，為1 730 N/個，不符合生產(chǎn)需求。（5）延長焙燒時間、提高焙燒溫度和增加均熱時間有助于提高焙燒球的強度，其中提高焙燒溫度效果最為明顯，這是由于隨著球團堿度的提高，球團中的熔劑量增加，因而碳酸鈣和碳酸鎂分解需要的熱量增加，這時就需要更高的焙燒溫度來滿足額外增加的熱量需求[3]。這一結(jié)果說明，在實際生產(chǎn)中，隨著球團堿度的提高，球團焙燒溫度也相應(yīng)提高。

4 礦相分析

礦相分析選取的樣品球是通過以下焙燒條件燒制而成的：預(yù)熱時間5 min，預(yù)熱溫度950 ℃；焙燒時間10 min，焙燒溫度1 280 ℃；均熱時間5 min，均熱溫度950 ℃，即表7 中的3 號焙燒試驗條件。基準(zhǔn)至堿度R=1.2在100 倍光學(xué)顯微鏡下焙 燒球中心區(qū)域的顯微結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 焙燒球顯微結(jié)構(gòu)

礦相分析：基準(zhǔn)方案中心區(qū)域的磁鐵礦較多，少量存在于外環(huán)，有單獨存在的脈石顆粒，氧化不充分；堿度R=0.6 的礦相幾乎看不到脈石，空隙度變高，由團簇狀連接而成，內(nèi)部殘存磁鐵礦，外部也有發(fā)現(xiàn)；堿度R=0.8 的微氣孔進一步增多，粘結(jié)相增加，團簇狀鐵酸鎂更多；堿度R=1.0 的鐵酸鎂隨著往外移動，成片增多；堿度R=1.2 的鐵酸鎂成片，呈片狀或板柱狀，邊緣分布更多。總的來說，隨著堿度的升高，微氣孔逐漸增加，當(dāng)堿度R=0.8 時，粘結(jié)相最多，這就解釋了為何其強度最好。

5 結(jié)束語

在相同的成球條件下，堿性球團較酸性球團而

言，生球抗壓強度略低；隨著球團堿度的升高，可適當(dāng)延長焙燒時間，提高焙燒溫度，這有助于提高球團強度，但焙燒溫度不宜過高，以免出現(xiàn)液相流出，導(dǎo)致球團之間相互粘結(jié)；在3 號焙燒條件下，堿度R=0.8 時的成品球強度達到2 412 N/個，球團未出現(xiàn)粘結(jié)，符合生產(chǎn)需求。