关键词：生球爆裂温度 粘结剂 润磨

        1 前 言

        通常用1.0～2.0m/s气流速度下，10％生球有裂纹或爆裂时的温度作为生球的爆裂温度。爆裂温度是评价生球质量的一个重要指标，它对球团生产尤其是竖炉球团生产至关重要。目前，生产球团矿有三种形式：竖炉、带式焙烧机、链篦机－回转窑。对于带式焙烧机与链篦机－回转窑，可以根据生球的热敏感性选择合适的干燥工艺；而对于竖炉来说，干燥介质温度、气流速度等几乎不能调节，因此，与带式焙烧机和链篦机－回转窑相比，竖炉生产要求生球有较高的爆裂温度。《铁矿球团工艺技术规范（试行）》规定：竖炉生球的爆裂温度必须高于650℃。提高生球的爆裂温度，可以减少生球在竖炉干燥床上的爆裂，改善竖炉内料层透气性，减少结瘤结块事故，使竖炉操作顺行。提高生球的爆裂温度，可以强化带式焙烧机与链篦机－回转窑的干燥过程，爆裂温度愈高愈有利于加速干燥过程。因此，采取有效措施，提高生球爆裂温度，对于球团生产具有重要意义。

       2 影响生球爆裂温度的因素

         2.1 粘结剂对生球爆裂温度的影响

        2.1.1 膨润土对生球爆裂温度的影响

      （1）膨润土特性对生球爆裂温度的影响 浙江冶金研究所曾对35种膨润土进行了造球研究，经过多元逐步回归分析计算，建立了膨润土特性（胶质价X1、蒙脱石含量X2、pH值X3、膨胀倍X4、2小时吸水率X5、阳离子交换量X6、碱性系数X7）与生球爆裂温度Y的关系数学模型，数学模型为： Y＝5.86－1.374×10-2X1X6+0.266X2X3+6.255×10-4X52 数学模型表明，除膨胀倍数和碱性系数外，膨润土其余特性均对生球爆裂温度具有显著影响。蒙脱石含量和PH值之间的交互作用相当强烈，呈正相关性。

       （2）膨润土配比对生球爆裂温度的影响 大量研究表明，膨润土能显著提高生球的爆裂温度。膨润土能提高生球爆裂温度的原因有三：其一，膨润土可以降低生球中水份的蒸发速度，使水缓慢地释放出来，从而降低了生球内部的蒸气压；其二，膨润土能提高干球强度，这是爆裂温度升高的主要原因；其三，膨润土加入混合料后，生球产生孔隙，干燥时球团水分易于析出。

        2.1.2 消石灰对生球爆裂温度的影响 图1表明，消石灰对粗、细2种铁精矿的生球爆裂温度的影响相差较大。精矿A的比表面积为1020cm2/g，-200目占85.02％；精矿B的比表面积为433cm2/g，-200目占43.25％。对于细精矿A而言，添加适量的消石灰可以提高生球爆裂温度，但添加过多的消石灰，反而会降低生球爆裂温度。这主要是消石灰提高了干球强度和造球物料的最大分子水含量，但过多添加消石灰，会降低生球孔隙率而使生球爆裂温度降低。 精矿B因粒度较粗，生球孔隙率高，在不加任何粘结剂时，生球爆裂温度已大于1000℃，随消石灰的加入，生球爆裂温度急剧下降。

        2.1.3 有机粘结剂对生球爆裂温度的影响 有机粘结剂的共同特点是在室温下的水溶液具有较高的粘度，干燥后具有很高的粘结强度，因此，添加少量的有机粘结剂能明显提高干球的抗压强度和生球的爆裂温度；另外，有机粘结剂能提高干球的气孔率，这是有机粘结剂能使生球爆裂温度升高的另一个原因。但是当有机粘结剂量超过一定值后，溶液粘度对生球爆裂温度的不利影响起主导作用，生球爆裂温度将随有机粘结剂量的升高而下降。图2是荷兰恩卡公司开发的有机粘结剂Peridur 与生球爆裂温度的关系，图中XC3、XC7、XC8为3种不同规格的Peridur〔2〕。

        2.2 造球参数对生球爆裂温度的影响

        2.2.1 生球水分对生球爆裂温度的影响 生球水分对生球爆裂温度的影响很大。研究表明，生球水分从7.4％提高到8.7％时，爆裂温度降低了100℃左右。这是由于生球水分增大，在干燥过程中，生球内部的水分受热蒸发量增多而使生球内部形成了很大的内压力，故生球爆裂温度降低。

       2.2.2 造球时间对生球爆裂温度的影响 研究结果表明，随着造球时间延长，生球爆裂温度降低。当造球时间由8min延长到16min，生球爆裂温度由650℃降到550℃。这主要是随着造球时间延长，生球变得紧密，生球干燥过程中，由生球表面蒸发控制转变为内部扩散控制时，水分蒸发面逐渐移向生球内部，表面层形成干燥外壳，生球水分的排除靠球内的水蒸气通过干燥层的孔隙向外扩散达到进一步干燥的目的。当内部蒸发速度过快，产生剩余蒸气，这种过剩蒸气压就使生球产生爆裂，生球越紧密，过剩蒸气压就越容易形成，生球爆裂温度越低。

        2.3 高压辊磨与润磨对生球爆裂温度的影响 图3表明〔3〕，润磨与高压辊磨均显著降低生球爆裂温度，且辊磨又比润磨降低爆裂温度100℃多。这是由于物料经润磨或辊磨后，其平均粒径减小，其脱水速度必然加快；另外原料比表面积增大，球的孔隙率减小，球内蒸气压必然增大，所以润磨与高压辊磨降低生球爆裂温度。

        2.4 原料性质对生球爆裂温度的影响

        2.4.1 原料粒度对生球爆裂温度的影响 随着精矿粒度的降低，生球的爆裂温度急剧下降。精矿的比表面积由433cm2/g增加到1 160cm2/g，生球爆裂温度由1 060℃降到613℃。主要是因为随着精矿粒度的缩小，生球结构变得紧密，球团孔隙减少，妨碍了球内蒸汽向外部扩散，使内部过剩蒸汽压增加，所以降低了生球爆裂温度。

        2.4.2 碳酸铁精矿对生球爆裂温度的影响 某碳酸铁精矿的品位为34.66％，烧损为31.0％。图4表明随着碳酸铁精矿用量的增加，生球爆裂温度降低。

        2.4.3 褐铁矿对生球爆裂温度的影响 精矿C与精矿D为磁铁矿型，精矿E为赤铁矿并伴生褐铁矿型。从表1可以看出，精矿C与精矿D的生球爆裂温度远高于精矿E，精矿C与精矿D的生球爆裂温度均大于700℃，而精矿E的生球爆裂温度仅为320℃。这主要是因为精矿E中含有在320℃分解的褐铁矿。

                  名称                        生球爆裂温度℃                       铁矿物种类

                精矿C                              >700                                     磁铁矿

                精矿D                              >700                                    磁铁矿

                精矿E                               320                              赤铁矿并伴生褐铁矿

      3 提高生球爆裂温度的途径

       3.1 选择适宜的粘结剂 不同的粘结剂对生球的爆裂温度影响相差很大，下面将比较消石灰、膨润土、有机粘结剂对生球爆裂温度的影响，并提出粘结剂的选择原则。 从图5可以看出，添加膨润土的生球爆裂温度明显高于添加消石灰的生球爆裂温度。这是因为：其一，湿球加热时膨润土球团强度提高幅度比消石灰球团大许多，这是主要原因；其二，膨润土球团比消石灰球团脱水速度慢，从而降低湿球内的蒸气压。 图6表明添加有机粘结剂佩利多（Peridur）时生球爆裂温度比膨润土球团高许多。佩利多球团比膨润土球团爆裂温度高的原因为：与佩利多相比，水分子可以较牢固地粘结在膨润土的矿物结构中，并且突然较快被释放，而有机粘结剂则是逐渐释放水分子；此外，膨润土添加量大，而且吸收球团水分时膨润土的膨胀性特别易于使氧化颗粒之间的细小气孔闭合，对蒸发过程产生额外的阻力〔4〕。 综上所述，有机粘结剂球团的生球爆裂温度明显高于膨润土球团，膨润土球团的生球爆裂温度明显高于消石灰球团。因此，就生球爆裂温度而言，应优先选择有机粘结剂，其次为膨润土，最后为消石灰。由于消石灰球团的生球爆裂温度较低，目前已很少被用作球团粘结剂。实际生产中在选择球团粘结剂时，除了要考虑生球爆裂温度，还要考虑生球强度、干球强度、成品球质量、是否容易添加、生产成本等因素。事实上，目前膨润土仍是球团生产的主要粘结剂。 对于提高生球爆裂温度来说，应选择如下特性的膨润土：较高的蒙脱石含量、较大的膨胀倍和吸水率、较小的胶质价和阳离子交换量。 另外，粘结剂对生球爆裂温度有双重影响，过高或过低配比都不利于生球爆裂温度的提高，应根据不同的原料条件选择合适的添加量。

        3.2 优化造球参数 生球水分、造球时间等是影响生球爆裂温度的主要造球参数。在确保生球强度的条件下，应尽可能降低生球水分，以提高生球爆裂温度。对于提高生球爆裂温度而言，在确保生球强度的前提下，应减少造球时间。

       3.3 选择适宜的原料 不同性质原料的生球爆裂温度相差很大，需根据不同的球团生产工艺选择合适的原料。带式焙烧机和链篦机－回转窑对原料的适应性较强，而竖炉则对原料要求较高，尤其是要求原料有较高的爆裂温度，《铁矿球团工艺技术规范（试行）》规定：竖炉生球的爆裂温度必须高于650℃。爆裂温度较低的原料不能单独用于竖炉生产。象前面所述的赤铁矿并伴生褐铁矿精矿，由于生球爆裂温度仅为320℃，不能单独用于竖炉生产。对于爆裂温度低的铁精矿，可以采取将低爆裂温度的铁精矿与高爆裂温度铁精矿配矿，通过合理搭配使其满足球团生产要求。

       3.4 合理选择润磨或辊磨工艺 润磨或高压辊磨预处理铁精矿可以提高生球强度，降低膨润土用量，但润磨或高压辊磨会降低生球的爆裂温度，球团原料不同，降低的幅度不同。润磨一般降低爆裂温度100℃左右，高的可以降低150～200℃；而高压辊磨又比润磨降低爆裂温度100多℃。所以是否上润磨或辊磨预处理铁精矿，应通过试验来确定，尤其对竖炉球团更应是如此。避免象有的球团厂那样，因为润磨后生球在烘干床上爆裂，润磨机只好闲置不用，造成投资的浪费。生球爆裂温度受润磨时间的影响，随着润磨时间延长，爆裂温度降低，因此混合料润磨时间不宜过长，生产上一般润磨4～5min为宜。 高压辊磨的辊压、辊速、辊磨次数都不同程度地影响生球爆裂温度，增大辊压、增加辊磨次数将使生球爆裂温度降低，提高辊速将提高生球爆裂温度，因此辊压不宜过大、辊磨次数不宜过多，可以适当提高辊速。

        4 结 论

     （1）爆裂温度是评价生球质量的一个重要指标，它对球团生产尤其是竖炉球团生产至关重要，竖炉生球的爆裂温度必须高于650℃。

      （2）粘结剂、造球参数、润磨或辊磨、原料性质等是影响生球爆裂温度的主要因素。 （3）可以通过如下途径来提高生球爆裂温度：选择适宜的粘结剂、优化造球参数、选择适宜的原料、合理选择润磨或辊磨工艺。