摘要      本文对不同焙烧温度下。焙烧不同硼铁精矿配人量的球团矿抗压强度和还原性变化作了深入研究。球团矿配加适量的硼铁精矿有利于提高抗压强度、改善还原性，特别是在较低的焙烧温度条件下，硼铁精矿的作用更为明显。

关键词 球团矿 抗压强度 还原性 硼铁精矿

1  前  言   

    前人用硼泥和贫硼铁矿粉作为含硼添加剂用于烧结矿和球团矿的生产，取得了一定效果，但这两种添加剂还存在一定缺点。贫硼铁矿粉的Fe含量约为30％，B₂O₃为6％～7％，SiO₂为l0％～19％。而硼泥中SiO₂更多，达到16％一26％，两者都不可避免地要降低人造富矿的品位，而硼泥中B₂O₃的含量也不高。随着我国硼铁矿的开发利用，经过选矿可得到大量硼铁精矿，除了一部分直接用于高炉生产外，相当部分的硼铁精矿可以用作造块的添加剂。用它作含硼添加剂，一方面是由于它有一定的含硼量，另一方面是由于硼铁精矿Fe高，SiO₂低，不会影响品位。本文将就硼铁精矿作添加剂，对球团矿抗压强度和还原性的影响进行研究。

2   试验方法   

在实验室条件下，往铁矿粉中加入不同含量的硼铁精矿，然后造球，在不同焙烧温度下，测定球团矿的抗压强度和还原性。研究不同硼铁精矿含量以及在不同温度下焙烧对球团矿指标的影响，然后把球团矿制成光片和薄片，进行矿物学系统分析鉴定，从矿物学角度作出分析解释。

2．1原料组成

    铁精矿是大孤山磁选精矿和鞍钢烧结总厂自产铁精矿的混合精矿，膨润土是鞍钢现用的凌源膨润土，硼铁精矿为凤城矿所产硼铁精矿。混合精矿由60％大孤山磁选精矿和40％烧结总厂自产精矿组成，膨润土恒定为2％。各种物料的化学成分见表1，试样配比及编号见表2。

2．2造球装置和方法

  混合料在Ø600 mm，倾角为45度的圆盘造球机中造球，造球时间、物料和水分的加入均由人工控制，取粒度为10～12．5mm的生球进行焙烧。

2．3焙烧装置和制度

  球团的焙烧采用管式炉，炉管直径75mm，炉管高度1 000 mm，见图1。空气由炉管下部的透气孔自然抽入。为改善气流分布，在炉管下部放置部分石球。生球装在吊篮中，从炉管上部放入炉管的高温区进行焙烧。温度差不大于±5℃的高温恒温区有150～200 mm。生球焙烧制度示于表3。

2．4球团矿性能检测

2．4．1抗压强度

  取Ø 10一12．5 mm成品球团矿12个，在材料试验机上测定其抗压强度，在舍去最大值和最小值后，用其余球的平均抗压强度来表示。

2．4．2还原率

    采用失重法测定球团矿的还原率。还原温度恒定在850℃，保护气体为H₂和N₂的混合气体。N₂占60％(0．6 L／min)，H₂占40％(0．4 L／min)，还原气体总流量为l L／min。

3   试验结果及分析

3．1硼铁精矿对抗压强度的影响

    硼铁精矿含量不同的球团矿在l 150℃、l 200℃和l 250℃三个温度条件下焙烧，其抗压强度见表4。

    相同焙烧温度条件下，硼铁精矿含量对球团矿抗压强度的影响见图2。焙烧温度对不同硼铁精矿配加量球团矿的抗压强度的影响见图3。

    由图可见，配加硼铁精矿可以提高球团矿的抗压强度，特别是在较低焙烧温度条件下。如1 150℃时，加入2％的硼铁精矿可提高球团矿强度900N／个，而达到2 000N／个的水平。与不加硼铁精矿，焙烧温度为l 200℃时的强度相当，即焙烧温度可降低50℃。在硼铁精矿用量超过2％一4％以后，

   进一步增加硼铁精矿，对提高强度的作用减弱，甚至强度不变或有所降低。如l 250℃时，硼铁精矿的配加量超过4％以后，强度有下降的趋势，尽管此时强度水平还很高。焙烧温度的提高可以增加球团矿的强度。焙烧温度的提高可以增加球团矿的强度，但随硼铁精矿含量的增加，温度的作用逐渐减弱，甚至在6％硼铁精矿配量的条件下，焙烧温度超过1 200℃以后，强度有下降的趋势，尽管强度水平仍然很高。由此可见，硼铁精矿可以提高球团矿强度和降低焙烧温度，但并非是它的配加量越大越好。配加硼铁精矿有助于采用较低的焙烧温度，而较低的焙烧温度又有利于发挥硼铁精矿的作用。在本试验条件下，为保证球团矿的平均抗压强度不低于2 000N／个，硼铁精矿的配量以控制在2％～4％为宜，焙烧温度可低于基准样的焙烧温度。

    对12种球团矿所作的矿物学研究表明，试样中没有发现独立的含硼矿物，具有独立晶质的矿物有磁铁矿(包括Fe₃O₄、(Mg，Fe)O·Fe₂O₃)、赤铁矿(Fe₂O₃)、石英，其余为玻璃质或微晶物质和气孔。主要结构形式为粒状结构。随着球团矿内硼铁精矿含量的增加和温度的升高，铁矿物分布趋于均匀，并且自身相互连接，非金属矿物石英减少，橄榄石类矿物和玻璃体增加，气孔减少。

    随球团矿中硼铁精矿含量的增加和焙烧温度的上升，金属矿物Fe₂O₃和Fe₃O₄的含量基本不变，但Fe₂O₃的分布由杂乱无章过渡到趋于均匀。并且金属矿物(主要是Fe₂O₃)从基本由非金属矿物胶结逐步过渡到非金属矿物部分胶结铁矿物和铁矿物本身相互连接。孔洞由不规则过渡到圆、椭圆，虽大气孔增多，但气孔数量由多变少，所以抗压强度上升。但是由于非金属矿物的数量一般占20％左右，并且有一定的胶结作用，所以非金属矿物的强度在很大程度上影响着球团矿的抗压强度。当硼铁精矿的含量为6％，在2 250℃下焙烧时，非金属矿物中出现了既脆，强度又低的硼玻璃，所以强度有所下降。

3．2硼铁精矿含量对还原率的影响

    图4和图5示出了在不同焙烧温度，不同硼铁精矿配比下，制出的球团矿的还原率的变化情况。由图可见，配加2％的硼铁精矿可以提高球团矿的还原性，特别是在较低的温度下。在1 1 50℃的焙烧温度下，配2％硼铁精矿，球团矿的还原率从78．80％增加到92．70％。继续增加硼铁精矿配比，对提高球团矿还原性的作用就急剧减弱，甚至不变或降低。若在l 250 ℃时，硼铁精矿的配比超过2％以后，还原性有下降的趋热，尽管此时的还原率仍高于不配加硼铁精矿球团矿的还原率。焙烧温度提高对球团矿的还原性有降低作用，而且硼铁精矿的含量越高，这种降低还原性的作用就越显著。球团矿配加2％硼铁精矿时，焙烧温度从1 150℃升高到1 250℃，还原率从92．70％下降到86．47％。而配加6％的硼铁精矿时，温度从l 150℃升高到l 250 ℃，球团矿的还原率从95．64％下降到83．74％。不含硼铁精矿的球团矿，提高焙烧温度，其还原性基本不变。由此可见，从提高球团矿的还原性的角度来说，硼铁精矿的配比不宜太高，尤其是在较高的焙烧温度下。

  从球团矿的矿物组成和微观结构构造分析，球团矿内主要的铁矿物为Fe₂O₃，它占全部铁矿物的95％以上，所有球团矿中气孔的总量变化不大。所以球团矿还原性的好坏主要取决于Fe₂O₃的性质。而球团矿中加入2％硼铁精矿后，硼铁精矿中的硼离子由于半径小，可以进入Fe₂O₃的晶格，使之产生晶格畸变，使Fe₂O₃晶格不稳定，所以更容易还原。这就是所有含硼铁精矿的球团矿在相同的焙烧温度下，还原性显著增强的原因。而Fe₂O₃的晶格畸变是有限度的，硼铁精矿配量继续增加，由于这种Fe₂O₃畸变而改善还原性的作用减弱。同时，球团矿配加硼铁精矿对还原性也有不利的一面，特别是在焙烧温度高时，配加硼铁精矿将使球团矿中铁矿物上的细小孑L洞减少，铁矿物自身相互连接，同时，(Mg，Fe)O·Fe₂O₃、MgO·Fe₂O₃、橄榄石类非金属矿物(包括Mg—Fe橄榄石)、玻璃质(其中固溶一部分Fe)增加，而这些矿物都是难还原的。由于球团矿的气孔总量减少，胶结的增强也使非金属矿物对金属矿物的包围增强，使还原的动力学条件恶化。而温度的升高，又使上述作用增强。所以，高温时配加硼铁精矿，球团矿的还原性降低。

4  结  论

    以上对不同焙烧温度、不同硼铁精矿配入量的球团矿的抗压强度和还原性进行了试验，并且系统地进行了矿物学研究。从矿物学角度对球团矿抗压强度和还原性两项指标随硼铁精矿配加量和温度的变化作出了合理的解释，得出了以下3点结论：

    1)配加硼铁精矿可以提高球团矿的抗压强度，降低焙烧温度。但是，硼铁精矿的用量并非越高越好，超过一定限度时，它的作用减弱，甚至造成强度降低。配加硼铁精矿有利于采用较低的焙烧温度，而较低的焙烧温度又有利于发挥硼铁精矿的作用。

    3)配加2％硼铁精矿可以显著改善球团矿的还原性，特别是在较低的焙烧温度下。超过2％以后，硼铁精矿对改善还原性的作用减弱，甚至在焙烧温度高时，还原性还会降低。提高焙烧温度对球团矿的还原性不利。

    4)综合考虑抗压强度和还原性，在本试验条件下，硼铁精矿的配加量应控制在2％～4％的范围内，焙烧温度可适当降低。