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包钢西部链篦机—回转窑球团生产用铁矿粉性能评价

刘景权¹，罗果萍¹，刘吉涛²，尚春江²，周胜刚_²

(1．内蒙古科技大学材料与冶金学院，内蒙古包头014010；2．内蒙古包钢还原铁有限责任公司，内蒙古包头014010)

摘 要：结合包钢西部链篦机—回转窑球团生产实践，对所使用的三种含铁原料的成球性、生球质量、预热球强度、成品球团强度等进行了系统研究。其结果可为鞍钢球团生产提供指导。

关 键 词：成球性；生球强度；爆裂温度；预热球强度

1 前言

随着我国钢铁工业的快速发展，高炉生产对含铁原料的要求不断提高，高炉“精料”已成为降低成本、提高炼铁竞争力的有效手段。高碱度烧结矿配加高品位的酸性球团矿被普遍认为是较为合理的高炉炉料结构。由于我国高质量酸性球团矿缺口较大，而国际市场球团矿价格日益升高，因而近年来链篦机—回转窑球团生产线在我国得到快速发展。提高链篦机—回转窑氧化球团生产能力和球团矿质量，已成为我国炼铁工业发展的必然趋势^[1-4]。

球团矿生产中，铁矿粉占造球原料的90％以上，其性能好坏直接影响球团生产效率和成品球质量^[5，6]，从而影响球团生产经济技术指标。球团生产对铁精矿的最基本要求是：①粒度较细；②水分适宜；③化学成分均匀稳定。此外，铁矿粉的成球性、生球强度和爆裂温度、预热球强度等性能指标对提高链篦机—回转窑的产量和质量也至关重要。

2 铁矿粉成球性实验

包钢西部链篦机—回转窑球团生产所用含铁原料化学成分见表1。从表1可看出，大堆料、巴润精矿的FeO含量均高于20％，为磁铁矿；巴润矿的FeO含量小于20％，为混合型精矿；大堆料、巴润精矿中有害元素S含量均高于0．30％，属高硫矿；巴润矿中有害元素F、K、Na含量均较高。

铁矿粉成球性的强弱可用成球性指数K的大小来表示^[7]，如式(1)所示。

式中：W_分为铁矿粉的最大分子水含量(％)；W_毛为铁矿粉的最大毛细水含量(％)。一般可按成球性指数大小对铁矿粉的成球性进行评价，K=0．20~0．35属于弱成球性，K=0．35~0．60属于中等成球性，K=0．6~0．8属于良好成球性，K>0．8属于优等成球性。

2．1 最大分子水测量

实验采用压滤法测定铁矿粉的最大分子水^[5]，所用装置如图1所示。取一定量的造球铁矿粉，加水润湿至饱和状态，静置2小时，以保证颗粒表面充分润湿。测量时，按图1所示装置装料，保证试样受压后厚度小于2mm。准备工作完成之后，把压模放在万能压力机上，增大压力到65．5kg／cm²，恒压5min后取出试样称重，质量记为m₁，然后将试样加热到105℃温度下烘干8小时，冷却后称重，质量记为m²；计算质量变化率，连续5次实验，取其算术平均值。最大分子水含量按下式计算：

式中：W_分—试样的最大分子水％；m₁—试样加压后的质量g；m₂—试样烘干后的质量g。

2．2 最大毛细水测量

采用容量法测量铁矿粉的最大毛细水，其测定装置如图2所示。容量法便于观察毛细水的上升情况，并且测定结果具有准确性。将矿粉在110℃下烘干8小时并保持松散；将洗净的玻璃料管浸于熔融的石蜡溶液中，使石蜡在玻璃壁上涂抹均匀，提出空冷后放入砂形漏斗的筛板上；在料管中放入松弛器，装料后旋转提出松弛器，达到松散试料的目的；在料管上口加盖以防止水分挥发，打开滴定管开始滴水，直到试料吸水量达到饱和为止。比较试料吸水前后的质量，计算试料的饱和吸水量。最大毛细水按下式计算：

式中：W_毛—试样最大毛细水％；m_水—试样吸水量g；m_干—干试样质量g。

2．3 铁矿粉成球性实验结果

实验所测三种铁矿粉的成球性指数如表2所示。可见，三种铁矿粉的成球性指数K均在0．35～0．60范围之内，属中等成球性。相比较，巴润精矿的成球性最好，大堆料的成球性最差，其原因可能是粒度组成不同所致。

3 铁矿粉粒度组成分析

试验采用Coakter ls230激光粒度分析仪对三种铁矿粉的粒度组成进行了测定，其粒度分布见图3～图5。

大堆料的平均粒径为77．73μm，中间粒度直径为56．35μm；巴润矿的平均粒径为54．38μm，中间粒度直径为43．18μm；巴润精矿的平均粒径为39．65μm，中间粒度直径为30．62μm。三种铁矿粉粒度﹣200目和﹣300目所占比例如表3所示。巴润精矿的粒度最细，巴润矿的粒度居中，大堆料的粒度最粗。与铁精矿成球性指数研究结果对照可知，铁矿粉粒度组成对其成球性影响较大，粒度越细其成球性能越好^[7-9]。

4 铁矿粉球团强度实验

4．1 实验条件

模拟包钢西区链篦机—回转窑球团生产工艺条件，对三种铁矿粉进行造球、干燥、预热和焙烧，测定生球、预热球和成品球强度。实验所选工艺参数为：干燥一段温度230℃，时间3分钟；干燥二段温度320℃，时间6分钟；预热一段温度575℃，时间3分钟；预热二段温度950℃，时间9分钟；焙烧温度1250℃，时间30分钟；添加膨润土1．5％、粘结剂0．75％。实验结果如表4所示。

4．2 结果分析与讨论

4．2．1 生球抗压强度及其裂纹产生温度

生球裂纹产生温度与生球抗压强度的排列顺序为：巴润精矿>巴润矿>大堆料。可见，铁矿粉粒度越细，其成球性能越好，对应生球抗压强度和裂纹产生温度也越高。因此，通过增加造球原料中细粒度巴润精矿的配比，可有效改善混合料的成球性能及生球质量。三种铁矿粉的生球爆裂温度都在700℃以上，均满足球团生产要求。

4．2．2 不同铁矿粉的预热球强度及其矿相结构

不同铁矿粉的预热球矿相结构如图6所示。大堆料的预热球主要由次生赤铁矿、残余磁铁矿和脉石构成松散结构，颗粒之间基本孤立，少有连晶。磁铁矿表面或沿解理缝都发生了一定程度的氧化，但由于铁矿物与脉石颗粒粗大，磁铁矿氧化程度较弱，次生赤铁矿中心残余磁铁矿较多，形成了赤铁矿和磁铁矿的共晶结构，几乎没有连晶生成，预热球强度较低，为386．2N／个。巴润矿的预热球主要由原生赤铁矿、残余磁铁矿和脉石构成松散结构，磁铁矿表面或沿解理缝发生了微弱的氧化，颗粒之间基本孤立，少有连晶。预热球原生赤铁矿含量较高，脉石含量多、颗粒细小，不利于强度的提高。特别是预热过程中CaF₂与K₂O及Na₂O化合，形成了易挥发的KF和NaF，使预热球团气孔率增大，强度显著降低，只有235．3N／个。巴润精矿的预热球主要由次生赤铁矿和少量脉石构成，残余磁铁矿较少。磁铁矿氧化程度较高，形成了微弱的赤铁矿连晶，气孔分布均匀，预热球强度很高，达到879．3N／个。其原因在于巴润精矿品位高、脉石含量少，且粒度均匀、细小，预热过程中磁铁矿易于氧化形成一定量的赤铁矿连晶，且气孔分布均匀，使预热球强度升高。

4．2．3 不同铁矿粉的成品球强度及其矿相结构

不同铁矿粉的成品球矿相结构如图7所示。大堆料的成品球主要由赤铁矿、脉石和少量液相构成。赤铁矿晶粒粗大，边缘不规则或形成连晶。脉石含量较高为5％，其颗粒粗大，基本没有熔化，形成的液相很少，只有2％。孔隙分布均匀，孔隙率较低，只有22％。这是普通铁矿球团矿的结构特点，这种结构的球团矿强度较高，达到2506．8N／个，还原膨胀率较低。分析其原因，主要是大堆料品位较高，脉石含量较少，且其粒度较粗，相应脉石颗粒较大、分布集中，不易矿化形成液相，对赤铁矿连晶的破坏作用较小，经高温焙烧后赤铁矿连晶较发展，故球团矿强度较高。可见，对于颗粒较粗的大堆料，提高焙烧温度可显著提高球团矿强度，预热球与成品球强度差别较大。巴润矿的成品球主要由赤铁矿和液相构成。液相量较高为5％，孔隙较发育，大小不均匀，孔隙率较高为35％。较大的赤铁矿晶粒边缘浑圆，有晶须生成。较小的赤铁矿晶粒一般呈浑圆状，分布于液相之中。这是白云鄂博铁矿球团矿的特点，这种结构的球团矿强度较低，只有1915．3N／个，还原膨胀率较高。分析其原因在于：巴润矿品位较低，只有62．20％，脉石含量较高，且其中F、K、Na含量较高，一方面CaF₂较易与K₂O及Na₂O化合，形成易挥发的KF和NaF，使球团矿气孔率增大；另一方面焙烧过程中易于形成含F、K、Na的低熔点硅酸盐液相，阻碍连晶发展，致使球团矿强度降低。此外，巴润矿FeO含量只有11．40％，其磁铁矿含量低，属于混合型铁精矿，不利于连晶的发展。就连晶固结能力而言，磁铁矿要优于赤铁矿，因为在氧化性气氛下，赤铁矿只有在1300℃以上的高温下才能发生简单的晶粒长大和再结晶过程，从而获得连晶强度，而磁铁矿在200℃便开始氧化，并放出热量，生成的Fe₂O₃微晶具有高度的迁移能力，其结晶和晶粒长大的速度很快，从而可获得比赤铁矿高的连晶固结强度。因此，巴润矿的预热球及成品球强度均很低。巴润精矿的成品球主要由赤铁矿和液相构成。液相量较少为3％，孔隙率较低为25％，孔隙分布较均匀，赤铁矿连晶较发展，球团矿强度较高为2656．2N／个。其原因在于：铁精矿品位高，粒度细小，脉石含量低，分布均匀，焙烧过程中在细小的赤铁矿晶粒之间易于产生连晶，脉石易于矿化形成液相，少量液相在赤铁矿连晶的边缘上均匀分布，对连晶结构的破坏作用小，故球团矿强度高。

5  结论

1)铁矿粉粒度组成对其成球性及生球质量影响较大，粒度越细其成球性能越好，对应生球抗压强度和裂纹产生温度也越高。三种铁矿粉中巴润精矿的成球性较好，大堆料的成球性较差，但三种铁矿粉均属中等成球性。通过增加造球原料中细粒度巴润精矿的配比，可有效改善混合料的成球性能及生球质量。

2)大堆料品位较高，铁矿物粒度较粗，脉石含量较少、颗粒较大、分布集中。虽然在预热过程中铁矿物较难氧化产生连晶，预热球强度较低，但经过高温焙烧后赤铁矿连晶得到发展，脉石不易矿化形成液相，对赤铁矿连晶的破坏作用较小，因而球团矿强度较高。

3)巴润矿品位较低，粒度较细，脉石含量较高，且其中F、K、Na含量较高。一方面在预热和焙烧过程中CaF₂较易与K₂O及Na₂O化合，形成易挥发的KF和NaF，使预热球和成品球气孔率增大，强度降低；另一方面在焙烧过程中易于形成含F、K、Na的低熔点硅酸盐液相，阻碍连晶发展，影响球团矿强度；此外，巴润矿：FeO含量低，属于混合型铁精矿，不利于焙烧过程中铁矿物连晶的发展，也会影响球团矿强度。

4)巴润精矿品位高、粒度细、脉石含量低且分布均匀。在预热和焙烧过程中磁铁矿易于氧化形成连晶，成品球液相量少，孔隙率低，结构均匀，液相在赤铁矿连晶的边缘上均匀分布，对连晶结构的破坏作用较小，预热球及成品球强度均很高。

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