摘要   对球团生产配加复合粘结剂和膨润土进行了对比试验。结果表明，复合粘结剂的成球性能远优于膨润土，能大幅度降低膨润土配比（由2.56%降低至1.46%），提高了球团矿品位（上升了0.77%），配加复合粘结剂的生球能满足包钢球团生产的要求。
关键词   球团粘结剂   复合粘结剂   膨润土    试验 
1 前言   球团矿作为高炉炼铁的酸性炉料，要求其品位高，抗压强度好，冶金性能优良。包钢目前有1台162m2带式焙烧机和4座8m2竖炉，球团生产所用原料为70%再磨再选铁精矿+30%外购无氟铁精矿，采用膨润土作粘结剂，所生产的球团品位维持在62%左右。由于膨润土中SiO2、Al2O3含量高，当其配比较高时，会影响球团矿品位，增加高炉渣量，不利于高炉利用系数的提高和焦比的降低。所以，降低球团生产种膨润土用量，对提高球团矿品位、改善其冶金性能有着重要的作用。
目前，包钢球团膨润土配比较高，带式球团在20kg/t以上，竖炉球团在25kg/t以上，与国内外先进水平相比，差距甚大（国外在10kg/t以内，国内在15kg/t左右）。为此，选择性能更优的球团粘结剂，降低膨润土配比，使包钢球团生产等待解决的问题。
根据同行业的经验，采用复合粘结剂代替膨润土，可有效提高球团矿品位，改善其质量。为此，我们先在实验室进行了球团配加复合粘结剂的试验。
2 实验室研究    
2.1 试验用原料及方案  
本实验所用原料的化学成分及粒度组成列于表1。所用复合粘结剂有两种（1#、2#），均有包钢小型厂研发并提供。符合粘结剂的颜色为灰黑色，据厂方介绍，其挥发物含量为50%左右。
表1  原料化学成分及粒度组成
原料名称    化学成分%    -200目所占比例%
    TFe    FeO    CaO    SiO2    MgO    F    S    Ig    
再磨再选铁精矿    66.10    27.00    0.60    4.80    0.67    0.078    0.081    1.12    87.10
外购无氟铁精矿    63.40    25.45    0.50    7.38    0.69    0.133    0.198    1.25    67.00
膨润土    1.75    0.25    6.15    66.60    0.20      Al2O3:11.67    6.20    99.0
根据包钢球团生产用料，本次试验铁精矿配比为：再磨再选铁精矿70%，外购无氟铁精矿30%；膨润土配比为1.5%、2.5%；粘结剂配比为0.6%、0.8%、1.5%。
2.2 试验结果及分析    
2.2.1 复合粘结剂对球团焙烧性能的影响   
按70%再磨再选铁精矿+30%外购无氟铁精矿的配料结构，其混合后铁精矿－200目占81.07%。该混合铁精矿与复合粘结剂经实验室造球，其生球的动、静态爆裂温度均在700℃，其成品球抗压强度超过2000N，能满足高炉生产的需求，其他性能指标见表2。
表2  复合粘结剂球团的焙烧性能指标
粘结剂种类    膨润土配比+粘结剂配比    水分/%    生球落下强度/次·个-1    生球抗压强度/N·个-1     干球抗压强度/N·个-1    成品球抗压强度//N·个-1
膨润土    1.5%+0%    7.7    2.5    11.0    46.5    3550
    2.5%+0%    8.0    4.2    11.54    70.3    3930
1#粘结剂    0+0.6%    6.6    2.7    9.1    34.5    2622
    0+0.8%    6.8    2.9    10.5    43.4    2904
    0+1.5%    7.2    4.1    11.4    82.2    2410
    0.6%+0.6%    7.1    4.1    11.7    74.5    3200
    0.5%+0.6%    7.1    4.0    12.1    79.9    2880
    1.0%+0.6%    7.0    4.3    10.8    92.5    3190
2#粘结剂    0+0.6%    6.5    2.6    9.4    34.5    2950
    0+0.8%    6.9    2.6    9.2    44.7    3270
    0+1.5%    7.2    3.8    11.7    78.7    2260
    0.6%+0.6%    7.0    3.8    11.8    71.1    3470
    0.8%+0.6%    7.0    3.9    11.1    83.8    3450
    1.0%+0.6%    7.0    4.2    10.3    93.5    3660
由于包钢竖炉球团的膨润土配比为2.5%左右，带式球团为1.5%左右，故此次试验的基准点分别是为膨润土配比2.5%及1.5%。由表2可以看出，1#粘结剂的球团指标略好于2#，采用这两种粘结剂全部或部分代替膨润土时，其生球落下强度、抗压强度与基准点相差不多。干秋的抗压强度明显下降，1#、2#粘结剂配比为0.6%、0.8%时与基准点相比，相差26~35N/个，以满足不了竖炉球团生产的要求；在其它配比情况下，如1#、2#粘结剂配比为1.5%或0.6%膨润土+0.6%粘结剂、0.8%膨润土+0.6%粘结剂、1.0%膨润土+0.6%粘结剂的情况下，干秋抗压强度均超过基准点，可以用于球团生产。但考虑到经济实用性，可采用0.6%膨润土+0.6%1#粘结剂替代2.5%膨润土用于生产，建议做工业试验，以验证其结果。
上述生球性能指标能满足带式焙烧机球团生产，1#、2# 复合粘结剂配比为0.6%，与配1.5%膨润土相比，只有干球抗压相差12N/个，理论上可以用于带式球团生产。而1#、2#复合粘结剂配比为0.8%时，其干球抗压与配1.5%膨润土的基准相差很小，可以用于带式球团生产，建议配用0.8%1#复合粘结剂做带式球团工业试验。
2.2.2加复合粘结剂球团矿的化学成分及冶金性能
对复合粘结剂球团矿进行化学成分及冶金性能分析，其结果列于表3。
   表3  复合粘结剂球团的化学成分和冶金性能
粘结剂种类    膨润土配比+粘结剂配比    化学成分%    冶金性能%
        TFe    理论TFe    FeO    CaO    SiO2    理论SiO2    MgO    膨胀率    还原度
膨润土    1.5%+0%    63.30    63.40    0.35    0.90    6.78    6.38    0.74    10.2    23.9
    2.5%+0    62.35    62.84    0.65    1.00    7.28    6.69    0.73    11.4    22.8
1#粘结剂    0+0.6%    64.00    64.07    0.10    0.57    5.42    5.67    0.68    10.6    25.3
    0+0.8%    64.00    64.02    0.15    0.59    5.54    5.73    0.70    9.1    22.3
    0+1.5%    64.00    63.82    3.20    0.65    5.53    5.94    0.67    9.2    18.0
    0.6%+0.6%    63.60    63.73    0.20    0.55    5.87    6.02    0.71    9.6    20.6
    0.8%+0.6%    63.80    63.62    2.00    0.75    5.66    6.14    0.67    9.0    20.6
    1.0%+0.6%    63.90    63.51    1.40    0.71    5.84    6.26    0.69    9.2    16.9
2#粘结剂    0+0.6%    64.00    64.07    0.40    0.66    5.49    5.67    0.66    10.5    23.9
    0+0.8%    64.00    64.02    0.20    0.61    5.43    5.73    0.66    12.5    20.7
    0+1.5%    64.20    63.82    3.40    0.63    5.46    5.94    0.66    14.1    28.3
    0.6%+0.6%    63.80    63.73    0.30    0.67    5.66    6.02    0.68    9.8    23.3
    0.8%+0.6%    63.60    63.62    0.40    0.71    5.96    6.14    0.69    12.7    27.3
    1.0%+0.6%    63.70    63.51    0.60    0.70    5.89    6.26    0.68    23.8    24.7
由表3可知，用1#、2#复合粘结剂全部或部分代替膨润土时，球团矿品位均有不用程度的提高，这与粘结剂所含挥发物在高温下挥发有关。在焙烧试验推荐的配比（竖炉为0.6%膨润土+0.6%1#粘结剂，带式球团为0.8%1#）粘结剂下，球团矿化学分析品位分别较基准提高了1.25%和0.70%，理论计算品位分别较基准提高0.89%和0.67%。二者的差距主要是分析误差所至，故此次试验的球团矿品位以理论计算为主。SiO2明显降低，这对提高入炉况品位，降低入炉渣量，提高产量，降低焦比有着积极的意义。另外，从冶金性能分析可知，球团配加复合粘结剂后，膨胀率均在15%一下，属优质球团矿，且还原性有不同程度的改善。但随2#复合粘结剂配比增加，膨胀率有增大的趋势。
3    工业试验    
3.1试验用原料情况  
工业试验所用铁精矿、膨润土及粘结剂的化学成分列于表4。
表 4    原料化学成分与粘结剂挥发物含量（%）
原料名称    TFe    FeO    CaO    SiO2    MgO    F    S    -200目    H2O
外购无氟精矿    64.6    21.1    0.7    5.30    0.685    0.086    0.053    70.2    7.15
再磨精矿    66.1    23.15    0.65    3.96    0.68    0.098    0.173    85.2    10.2
膨润土            2.54    67.80    3.14    Al2O3:14.44
3.2 试验安排   
工业试验分两个阶段进行：第一阶段从2006年11月3日至16日，在带式机上进行配加复合粘结剂的试验。其中，11月3~15日为基准期，15~16日为试验期；第二阶段试验从11月23日到12月12日，在3号、4号竖炉上进行。
3.3 试验过程及试验结果分析
3.3.1 试验过程
第一阶段试验由于带式机球团工艺中未设强力混合机，无法解决复合粘结剂配比小，分散性较差对混匀和造球的影响，生球粒度很不均匀，实验效果受到很大影响，故在此不做分析。
第二阶段竖炉试验从11月23日9：00开始，勇0.2%粘结剂替代部分膨润土，膨润土配比降为1.7%，采用100%再磨再选精矿。由于精矿水分较高，平均为10.4%，即使烘干后，混合料水分仍在9.0%左右，造求效果不好。考虑到外购精矿水分较低，在7.28%左右，因此从19：00开始，原料改为80%再磨再选精矿+20%外购精矿，来料平均水分降为9.78%，经烘干机烘干后，水分为8.5%左右，能够满足生产要求，；至此，原料水分降低后成球效果大为改善，至24日9：00，粘结剂配比增加至0.51%，膨润土配比降为0.9%~1.0%（配料室实测值），效果较好，生产比较稳定（转润磨机时膨润土配比为0.9%，不转润磨机时膨润土配比为1.14%）；此后，由于原料水分大的问题，为了避免产生波动，粘结剂配比维持在0.51%。试验期间，竖炉原料情况见表5。
表5   试验期间熟路原料情况（%）
原料    TFe    FeO    CaO    SiO2    MgO    F    S    -200目    H2O
外购精矿    63.13    21.74    1.01    6.22    0.68    0.14    0.11    70.69    7.28
再磨再选精矿    65.69    24.88    0.77    4.84    0.67    0.10    0.14    81.55    10.4
20:80配比    65.18    24.25    0.82    5.12    0.67    0.11    0.13    79.38    9.78
3.3.2 试验结果分析
1）    对生球指标的影响
11月24日，竖炉生产原料变为80%再磨再选精矿+20%外购精矿后，于9月5日~10日竖炉生产原料条件相似，故以9月5日~10日作为基准期进行比较。结果见表6 。
 表6   生球指标情况  
指标    合格率/%    抗压/N·个-1    落下/次·个-1    水分/%    干抗//N·个-1    爆裂温度/℃    膨润土消耗/kg·t-1
试验期    82.05    3.50    5.68    8.46    49.95    700    11.58
基准期    83.82    3.57    5.65    8.63    51.97    700    26.85
差值    -1.77    -0.07    003    -0.17    -2.02    /    -15.27
 从表6可以看出，配家粘结剂后生球指标变化不大，均能满足竖炉生产要求，这与实验室试验结果相同。但从现场的生求表现情况看，配家粘结剂后生求表面比较光滑，不易生成粉末，干球抗压强度与基准期基本接近。
从生产操作情况看，配家粘结剂后，11月24日~12月2日之间，生产比较稳定，竖炉炉况表现为：透气性增加，炉温控制在1050℃，炉篦温度480℃~580℃，燃烧室压力1.1±0.1kPa，两侧偏差小于0.1kPa，炉身温度稳定在1030℃。从操作上看，度气量提高了2000m3/h，达到18000m3/h，冷风量提高至29000m3/h。由于透气性增加，产量提高较明显。这一方面是由于生球表面光滑，不易因相互磨擦而产生粉末，另一方面干球抗压强度高，不易破碎产生粉末，因而炉内透气性较好，焙烧效果好，下料畅通。试验后期（12月3日~12月之间），受煤气压力低、原料水分高等因素影响，生产不稳定、波动大，对于风量及参数不宜作出定量分析。因此，在对生产数据进行分析时，以11月24日~12月2日为试验Ⅰ期，12月3日~12日为试验Ⅱ期。
2）    对球团矿质量的影响
球团矿质量指标变化列于表7 
        表7   球团矿指标情况 （%）
日期    TFe    FeO    CaO    SiO2    MgO    F    转鼓    抗磨    抗压/N·个-1
试验Ⅰ期平均    63.48    0.84    0.89    5.81    0.69    0.058    91.82    6.65    3257
试验Ⅱ期平均    63.14    0.58    0.89    6.11    0.70    0.057    90.12    8.08    3192
试验期总平均    63.33    0.73    0.89    5.94    0.70    0.06    91.08    7.28    3228
基准期平均    63.07    0.72    0.97    6.05    0.71    0.06    88.78    9.19    －
差值    0.26    0.01    -0.08    -0.11    -0.01    0.00    2.30    -1.91    －

由表7可知，配加复合粘结剂后，球团矿TFe平均为63.33%，比基准期（9月5~10日）提高了0.26%，SiO2含量降低了0.11%。若以生产稳定的试验Ⅰ期与基准期比较，球团矿TFe提高了0.41%，SiO2降低了0.24%。球团矿转鼓强度提高，试验期平均为91.08%，比基准期（9月5~10日）提高了2.30%；抗磨指数比基准期降低了1.91%；抗压强度平均为3228N/个。根据统计结果分析，未配复合粘结剂时，球团抗压强度在3000N/个左右，配加复合粘结剂后提高了约228N/个。另外，试验Ⅰ生产比较稳定，此阶段的转鼓温度和抗磨指数均较好，分别达到91.82%和6.65%，效果明显；试验Ⅱ受影响较多，转鼓强度和抗磨指数均变差，分别为90.12%和8.08%，但也要好于基准期。
4    结论     
1）    实验室研究及工业试验表明，用复合粘结剂（QNP）替代膨润土是可行的，可满足球团生产的要求
2）    由于包钢球团生产所用精矿水分大，带式机无烘干和润磨设备，暂不具备使用复合粘结剂（QNP）的条件，待其改善后亦可采用。
3）    竖炉用0.51%的粘结剂替代部分膨润土后，生球指标变化不大，球团矿转鼓强度、抗压强度呈上升趋势，TFe提高了0.41%。
4）    竖炉用0.51%的粘结剂替代部分膨润土后，炉内透气性增强，焙烧效果改善，产量呈增加趋势。
5）    鉴于目前精矿水分较高，粘结剂只能替代部分膨润土，待条件改善后（选矿过滤设备改造后），可以进一步提高替代比例，甚至全部替代膨润土。