1  前言

    由于球团矿具有粒度均匀、还原性好、强度高、便于运输和贮存等优点，进入2O世纪以来，我国球团矿生产有了很大的发展。重庆钢铁股份有限公司也于2001年建成了2座8m2竖炉，生产酸性球团矿。球团矿在高炉炉料中的比例达15％～20％；烧结矿碱度1．8～2左右，还需配8％～10％的块矿来平衡碱度，但因富块矿采购困难，烧结矿必须维持在较高的碱度。烧结矿的碱度过高，则铁品位下降，生产成本上升，产量下降，而且过高的碱度使烧结矿中高熔点物质增多，导致烧结矿的软熔性能变坏。冈此，随着生产技术的发展，酸性球团矿已不能完全适应更为合理的炉料结构的要求，国内外许多厂家都纷纷研发和生产碱性球团矿。

    重钢将自产球团矿的碱度提高，既可改善球团矿的冶金性能，提高球团矿的人炉量，发挥已建成竖炉的潜能，又可适当降低烧结矿的碱度，提高其品位，改善其冶金性能，还可减少生矿的用量，提高熟料率，达到增铁节焦降低成本的目的。

    有鉴于此，重钢股份公司委托重庆大学和重钢合作，研究在重钢原料条件下，用竖炉生产熔剂性球团矿的可行性。

2原料物理化学性质

    试验用原料的物理化学性质列于表1。

 

 

3试验设备和试验方法

3．1生球制备及质量检验

    生球用Φl 000 mm圆盘造球机制备，转速25 r/min倾角45⁰。每次造球配料量4 kg，造母球时间3 min，生球长大时间10 min，生球紧密时间2 min总造球时间15 min。

    选取制得的1 0～15 mm生球作落下强度、抗压强度检测。

  选取10～12．5 mm生球50个测爆裂温度，风速为1．0～1．5 m／s。每次测定球的破裂数小于4％(即2个球以下)，则继续提高炉温，直到球的破裂个数大于4％，则当时的温度即为该生球的爆裂温度。

3．2焙烧设备

    实验室焙烧设备为卧式两段管式电炉，前段干燥、预热，后段焙烧，温度可自动控制，最高温度可到l 300℃。但由于硅碳管直径小，每次焙烧球的数量有限，只能作焙烧条件试验。

    为了获得足够数量的焙烧球团矿检测冶金性能，曾在川威钢铁集团球团厂的竖炉和重钢铁业公司球团车问投笼获得成功，焙烧量大，焙烧球团矿质量均匀，取得了很好的效果。

    焙烧球团矿的抗压强度检测：每个试样取不少于20个10～15 mm的焙烧球团矿测抗压强度，取20个球抗压强度的平均值为该试样的抗压强度。

 

4试验进程

4．1配矿方案

    冈重钢球团矿使用精矿多达4～5种，根据厂方对配矿方案修改意见，最后的配矿方案原则为：进口精矿(秘鲁球精、印度球精、巴两球精)70％～900%，同内精矿10％～30％，；巴两球精的比例为10％。熔剂用生石灰、白云石以及M型粘结剂。

    根据上述原则，拟定了4种配矿方案，每一个方案作3种碱度，共3 1种配料条件。用新编的配料程序对这31种条件作了配料计算，以高品位、低Si02和较高Mg0为原则，熔剂宜选用80%硅石灰和20％白云石、橄榄石或复合粘结剂M。考虑到生石灰用量大，膨润土降为2．5％。预备试验的造球方案见表2。

 

 

    根据上述计算结果，2005年9月16日双方讨论决定，先选一种配矿比，按0．8碱度，用消石灰和白云石作熔剂，二者以不同的比例制备生球，检测生球的各项指标，特别是爆裂温度能否达到要求。

4．2熔剂选择

    试验的目的在于探索消石灰和白云石两种熔剂不同配比时，生球的各项质量指标，特别是爆裂温度能否达到要求。本阶段试验各种精矿和熔剂配比见表3。

4，3试验结果

    按表3各个方案的试验结果列于表4，消石灰用量与生球的各项指标关系见图l。

 

 

    南表4和图l可见，在碱度相同时，随消石灰配比的降低，即白云石比例提高，生球的抗压强度、落下强度、爆裂温度均逐步提高；当白云石比例达70％时，爆裂温度最高，生球的其它指标也好，但铁品位与基准(方案1)比下降。可以认为，为了保证生球的质量，特别是爆裂温度合格，熔剂性球团矿不宜以消石灰作为主要熔剂。

    为了保证生球的爆裂温度，改善球团矿的冶金性能，球团矿应有一定的Mg0。采用白云石作熔剂虽可行，但球团矿铁品位下降较多；如碱度再提高，品位下降更大。

    橄榄石Mg0含量虽高(40％以上)，但Si02含量也高(30％以上)，在重钢精矿Si02含量较高的原料条件下，橄榄石也不宜用作熔剂。

  

4．4粘结剂的选择试验

4．4．1试验方案

    熔剂选择试验结果表明，全部用消石灰或比例较高的消石灰作熔剂，生球的质量指标均达不到要求。用比例较高的白云石加少量的消石灰作熔剂，生球的各项指标虽可达到要求，但球团矿品位下降太多。如果能使生球的质量合格，球团矿含有一定的Mg0，与不添加熔剂的酸性球团矿相比，而铁品位基本不下降，SiO2不升高甚至于有所降低，那么不论在技术上或经济上都是可行的。

    为达此目的，试验中使用了一种复合型粘结剂M，对碱度分别为0．8、1．0和1．2的3种试样进行试验，结果表明效果显著。

4．4．2复合型粘结剂M试验结果

    粘结剂的选择试验结果见表5、表6。

    由表5和表6可见，使用M粘结剂，在三种碱度条件下，生球的质量都很好，爆裂温度均大于600⁰C，特别是在三种碱度时，球团矿的Mg0有所增加，SiO2含量不仅没有增加，反而比基准试样下降了1．45个百分点，下降幅度达28．4％。三个阶段的试验表明，采用M型粘结剂生球质量好，随碱度升高，球团矿的品位下降最小，而SiO2下降较多，大于1个百分点。可见其优越性十分明显。

 

5  投笼试验

5，1投笼试验概况

    根据前三个阶段的试验，与厂方协商后，决定用M1010(碱度l，第2种配矿方案，加膨润土)和Ml 0l1(碱度l，第2种配矿方案，不加膨润土)两个试样进行投笼试验。2005年11月16日至17日在川威集团的竖炉对M1010和M1 0ll两个试样进行了投笼试验，两个试样分别投入两座竖炉。焙烧温度大约为l 250℃，焙烧周期6 h左右。在笼内的球团矿未发现粘结，只有个别投笼的外部粘附有几个川威集团球团厂的球团矿。从焙烧球的颜色看，焙烧是不均匀的。

    照片l、2、3、4是试样M1010和M10l1投笼后投笼的外观及焙烧球团矿外观。

 

5．2投笼焙烧球团矿的化学成分  

    试样M1010和M1011焙烧球团矿的化学成分见表7。

 

试样M1010和M10ll配料碱度为1．0，焙烧球团矿的碱度南于Si02比理论值高，所以碱度只有0．8，铁品位也下降了1个多百分点。

5．3投笼焙烧的球团矿抗压强度

  焙烧球团矿的抗压强度列于表8。

 

 

5．4投笼焙烧球团矿的冶金性能

    对投笼的试样Ml011的焙烧球团矿进行了冶金性能，即还原性、低温还原粉化性能和熔滴性能的测定，测定结果分述如下。

5．4．1球团矿的还原性(RI)

    按照国家标准对试样M101 1进行了还原性测定，结果见表9。SQS试样是自然碱度球团矿，列于表中以便比较。

    由冶金性能测定结果可见，试样M10ll还原性好，磨损指数和膨胀率较高，熔滴性能的最大压差也较高。

 

6焙烧制度研究

6．1焙烧条件试验

    焙烧制度对球团矿的强度和化学成分有很大的影响。熔剂性球团矿冈添加熔剂，当原料相同时，其渣相多于酸性球团矿。在竖炉中焙烧熔剂性球团矿，焙烧制度尤其重要。，焙烧试验在卧式球团焙烧炉中进行，焙烧条件设为：

    温度    时间

预热：900℃  10min

焙烧：l 200℃ 15 min，20 min，25 min

    I 250℃   l 5 min，20min，25 min

    l 300℃    15 min．20 min．25min

焙烧后测每一焙烧条件下的焙烧球团矿的强度，从而优选山最好的焙烧条件。焙烧条件试验的试样为M 10 Il，该试样在9种条件下焙烧的球团矿强度见表l 3和图2。

 

 

    从表l 3和图2可以看出熔剂性球团矿的抗压强度与焙烧温度、时间紧密相关：(1)l 200℃焙烧时，在20 min以内，强度可达l 500 N／个以上，球团矿的Fe0和硫含量均很低；  (2)l 250℃焙烧时，随焙烧时间的延长，强度有较大的提高，从1 7 l 8 N／个提高到2 378 N／个；  (3)l 300℃焙烧时，球团矿的抗压强度随时间的延长而有较大的下降。因此，选定焙烧条件为l 200～l 250℃，焙烧时间为15～20 min。

6．2焙烧制度验证和扩大试验

    按优选出的焙烧条件，对基准样JZ、M08 l 0、LM08(加菱镁石，碱度0．8)、M1010、M1210等5个试样进行了焙烧，焙烧球团矿的强度测定结果列于表14、表15。

    验证试验表明，不同碱度和熔剂的5个试样在l 200℃焙烧20 min球团矿的强度可以达到要求；随碱度的提高，球团矿强度有提高的趋势。

 

7球团矿矿物组成及显微结构

    对自然碱度的基准试样(Jz)、LM08和M1010三个试样的矿物组成及显微结构进行了分析。

7．1基准试样

    基准试样系自然碱度球团矿，主要矿物是磁铁矿在氧化气氛下焙烧时生成的赤铁矿再结晶聚集长大，使球内各颗粒连接成一个致密的整体，使球团矿强度大幅提高(见矿相照片5)。由于原料中Si0，含量较高，而且加了膨润土，所以有一定的渣相和脉石(照片5)。

 

 

7．2 LM08试样

    LM08试样是碱度0．8加菱镁石的碱性球团矿，其主要矿物仍为赤铁矿。由于加有熔剂，所以比酸性球团矿有较多的液相(照片6)；而日．形成较多的圆形大气孔，故还原性好。焙烧时氧化不充分，还可见少量的磁铁矿。

 

 

7．3试样M1010

    试样M101 0碱度为1．0，使用M型粘结剂，未加膨润土，其主要矿物还是赤铁矿。

一个显著的特点是气孔多、大，呈圆形(照片7)，相互连通，有利于还原气体的扩散，故还原性特好，但强度略低。另外也存在一定的渣相和磁铁矿。

 

 

8  熔剂性球团的经济效益分析

    生产熔剂性球团矿后，烧结矿碱度可下降，品位提高，产量上升，熔剂和燃料消耗下降，可给烧结带来效益。烧结矿品位提高，可给炼铁带来效益(具体分析略)。

 

9  结论

    本文研究了在重钢原料条件下，生产熔剂性球团矿的可行性。研究表明：

    1)重钢条件下生产熔剂性球团矿，熔剂可用消石灰，氧化镁用菱镁石，熔剂性球团矿的碱度可在0．8～1．0之间选择。

    2)碱度为1．0熔剂性球团矿的品位可达62．1％，扣有效Ca0品位比基准样高1．22个百分点，即高2％。由于不配膨润土或少配膨润土，SiO2要比基准样低1．26个百分点，即下降21．4％。

    3)熔剂性球团矿的焙烧温度为1 200～l 250℃，焙烧时间为20～25 min。

    4)在上述焙烧条件下，球团矿的平均强度可达1 800 N／个以上。

    5)熔剂性球团矿的还原率分别为83．94％和88．34％，比基准样分别高11和16．8个百分点，还原性好，消除了酸性球团矿还原滞后现象。

    6)熔剂性球团矿的低温还原粉化性能和熔滴性能优良。

    7)熔剂性球团矿的碱度为0．8～1．0时，球团矿的硫含量与基准样处于同一水平，并未因碱度提高而提高。

    8)实验室研究证明，M型复合粘结剂具有生球质量好，球团矿强度高、品位高等优点，但用于工业生产尚需进一步研究。

 

 

重钢股份公司烧结厂 

重庆大学