1  前言

    根据高炉生产实践，入炉品位每升高1个百分点，焦比可降低2％，产量可提高3％，渣量可减少20 kg／t，综合体现在生铁成本下降10元／t。球团矿因其强度好、粒度均匀、铁品位高、还原性好等特点，越来越受到现代高炉炼铁的青睐，其在炉料结构中的用量比例越来越高。但是目前我国只有个别球团厂的铁品位达到65％，大部分都在62％～63％左右，有的球团厂还低于60％；与国外的相比，我国球团矿铁品位一般要低3～4个百分点。所以，进一步提高球团矿铁品位是加快球团生产的首要任务。

    近年来湘钢球团矿铁品位基本上在62％～62．5％之间，为提高球团矿铁品位，针对湘钢原料条件，进行了添加有机粘结剂，配加赤铁矿、高硫矿和硫酸渣的配矿试验研究。

2  研究方法和原料物化性能

2．1研究方法

    先进行配矿试验，按试验方案，在实验室造球，检测其生球落下强度、抗压强度、爆裂温度和焙烧球强度，然后根据配矿试验结果进行有机粘结剂试验，同时进行各项检测，最后根据实验室试验结果进行配矿试验和有机粘结剂的现场投笼试验。

2．2原料的物化性能

    试验所用铁精矿、膨润土和有机粘结剂均由湘钢提供，含铁原料化学成分和膨润土物化性能见表l和表2。有机粘结剂PB，主要由碳、氢、氧、氮等元素组成，是一种黑色无定形高分子胶体，堆密度1．3～1．4 g／cm²，可溶于水，pH值8～9，水不溶物量小于10％，灼烧残渣小于20％，它有很大的内表面积和很强的吸附、交换、络合或螯合的能力。

3  配矿的试验研究

    竖炉的原料以磁铁矿为主，磁铁矿FeO含量比较高，一般在20％以上，在焙烧过程中，FeO氧化放出的热量占总体热收入的30％以上，这部分热量保证了竖炉中心部分的球团矿强度。但是，Fe²⁺氧化生成Fe³⁺要吸收一定的氧，吸氧增重，使球团矿品位下降，FeO对球团矿品位影响的经验公式为：0．07 l×f精矿中FeO含量一球团矿FeO含量)。为了提高球团矿铁品位，用赤铁矿替代部分磁铁矿，但磁铁矿配比降低，又会使：FeO氧化放热减少而影响球团矿质量。考虑FeS氧化放出的热量比FeO的高，所以，研究了赤铁矿(巴西矿和美国矿)、高硫矿和硫酸渣对球团质量的影响。

3．1实验室试验

    在添加2膨润土3．0％、造球时间10 min的条件下造球，其试验结果如表3所示。随着巴西矿配比的增加，生球落下强度逐渐减小，添加部分高硫矿和硫酸渣，生球落下强度仍小于3次／个。而用美国矿替代部分混合矿，再适量添加硫酸渣，球团矿的品位不仅提高了，其质量仍能达到要求。

3．2投笼试验

    为了研究赤铁矿的配加对竖炉球团矿质量的影响，进行了不同巴西矿配比的投笼试验，结果如表4所示。结果表明，巴西矿的配比对生球的落下强度影响不明显，对成品球强度的影响较显著。可见，用部分赤铁矿替代磁铁矿来提高球团矿的铁品位的同时，球团矿的质量仍可以满足生产要求。

4  有机粘结剂的试验研究

4．1实验室试验

    在混匀精矿90％，、巴西矿10％，造球时间10 min，不润磨的条件下造球，其试验结果如表5所示。结果表明，在粘结剂和膨润土总配比2．5％的条件下，随着PBl^#粘结剂比例的增加，焙烧球的抗压强度是逐渐降低的，粘结剂占50％以上时，焙烧球的抗压强度小于2 500 N／个。

    在生球落下强度满足生产要求的情况下，为了提高焙烧球强度：使其也达到生产要求，特针对粘结剂和膨润土总配比2．5％，PBl^#粘结剂占50％，的球团进行了预热和焙烧制度试验。结果表明：在预热温度900℃、预热时间10 min、焙烧温度l 250℃、焙烧时间10 min的条件下，焙烧球强度达到3 050 N／个；在预热温度850 ℃、预热时间10 min、焙烧温度l250℃、焙烧时间15 min，的条件下，焙烧球强度达到3 660 N／个。因此，与不加粘结剂的球团相比，配加粘结剂的球团的焙烧温度需要提高，在l 250℃以上，而预热温度可以降低到850℃；预热时间和焙烧时间变化不大，为10 min左右。

    PBl^#添加比例对球团矿铁品位和SiO₂含量的影响如图l所示。可见，随着PBl^#比例的增加， FFe逐渐提高，SiO₂含量逐渐降低。这是由于加入有机粘结剂PBl^#后，球团在焙烧过程中渣相减少，高温下有机粘结剂挥发，气孔增加，有利于Fe²⁺的充分氧化，从而使：FeO降低，还原度提高。

4．2投笼试验

4．2．1球团质量

    应用瑞通公司生产现场的混合精矿和临安膨润土，分别在膨润土配比2．4％(现场的用量)和l％PBl^#+0．5％膨润土的条件下，进行了造球试验，结果如表6所示。PB l^#球团和膨润土球团的生球抗压强度和爆裂温度差别不大，但生球落下强度差别比较大。

    对PBl^#球团和膨润土球团进行投笼试验，其化学成分如表7。可以看出，与膨润土球团矿相比，投笼的PBl^#球团矿铁品位提高0．89个百分点，SiO₂降低0．29个百分点，MgO降低0．4个百分点，其他成分差别不大，说明用PBl^#粘结剂起到了提高球团矿铁品位的作用。

4．2．2冶金性能和矿相结构

    投笼后的PBl^#球团矿和膨润土球团矿冶金性能检测结果见表8。由表8可知，与膨润土球团矿相比，PBl^#球团矿的低温还原粉化性能较好，+6．3 mm的高26．54个百分点，+3．15 mm的高8．07个百分点，一0．5 mm的低5个百分点；还原膨胀指数低6．75个百分点，其他指标差别不大，说明PBl^#改善了球团矿的冶金性能。

    投笼试验的膨润土球团矿和PB l^#球团矿的矿相结构见图2和图3。从图2和图3来看，PBl^#球团矿与膨润土球团矿的结构相似，以Fe₂O₃再结晶为主，从球团矿表层到球核，结构基本上是均匀的，大部分Fe₂O₃再结晶连接成网状结构，具有较理想的显微结构。

4．3经济分析

为进一步说明PBl^#用于球团生产的可行性，对有PBl^#和无PBl^#的球团矿进行了成本对比(见表9)，分析了其带来的经济效益。

  根据计算，PBl^#球团矿价格可以创效5．59元／t，按湘钢球团矿的年产量为34万t，那么配加PB l^#每年创造经济效益为l 90．06万元。

结论

    1)用部分赤铁矿替代磁铁矿，并添加适量硫酸渣或高硫矿，可以提高球团矿品位，而日．球团矿的质量也能达到生产要求。

    2)配加有机粘结剂PBl^#，可以降低膨润土的用量，达到提高球团矿铁品位、减少SiO₂含量的效果，而且球团矿的质量能满足生产要求。

    3)配加l％有机粘结剂PBl^#，可以减少膨润土用量79．2％左右，提高球团矿铁品位0．89个百分点，给冶炼带来明显的经济效益。

中南大学资源加工与生物工程学院  

湘潭钢铁股份有限公司烧结厂