針對赤鐵精粉成球性較差、焙燒溫度高，導致在鏈箅機-回轉窯球團原料中配比低的問題，對赤鐵精粉配加磁鐵精礦及采用高壓輥磨預處理造球原料的方法對巴西Minas Rio赤鐵精粉的成球性及焙燒性能進行了研究。結果表明，Minas Rio赤鐵精粉的成球性及焙燒性能比磁鐵精礦差，膨潤土用量大；按6:4的比例與不同種類的國內磁鐵精礦混合經高壓輥磨處理后造球，膨潤土添加量由1.5%以上最低可降至0.6%，球團焙燒溫度可降低50-100℃，生球和焙燒球團強度均可滿足生產要求。
目前，鐵品位高、焙燒特性好、性價比高的磁鐵礦資源越來越少。近年來，隨著鏈箅機-回轉窯球團工藝的發展和設備的大型化，尋找新的可用于球團生產的鐵礦資源迫在眉睫。綜合目前的鐵礦石資源分布及球團技術發展趨勢來看，巴西赤鐵精粉具有鐵品位高、雜質少、儲量豐富及價格相對較低等優勢，是用于球團生產的理想原料，但該類礦石表面光滑、結構致密導致其成球性能和焙燒性能相對磁鐵礦要差些，在豎爐球團生產中配加量不超過20%，在鏈箅機-回轉窯球團生產工藝中低于40%。如果能找到合適的方法提高其在球團生產原料中的配比，對我國鋼鐵行業的發展具有重要意義。本文對產于巴西的赤鐵精粉造球及球團焙燒特性進行了研究，并采用高壓輥磨、配加磁鐵精礦的方式強化了其球團焙燒特性，為其在球團生產中的大量配入提供了理論依據和技術指導。
1 試驗原料
1.1 鐵精礦
本研究所用鐵精礦包括細粒MRS赤鐵精粉，國產磁鐵精礦JC、BC和FC。其中，細粒赤鐵精粉MRS產于巴西Minas Rio，由英美資源集團生產。該礦已于2014年底投產，預計2016年產能可達2650萬t；JC、BC和FC三種磁鐵精礦均來自國內某鋼鐵企業。試驗所用鐵精礦的化學成分如表1所示，粒度組成見表2。
由表1可見，MRS赤鐵精粉鐵品位高，堿金屬和P、S等有害雜質少，是一種優質的鐵精礦；JC、BC和FC三種磁鐵精礦的鐵品位均在63%以上，為三種不同類型國產磁鐵精礦。其中，JC鐵精礦中MgO和S含量稍高，FC鐵精礦中SiO2含量較高，BC為普通磁鐵精礦。由表2可知，試驗所用的鐵精礦中，MRS赤鐵精粉的粒度最細，其-200目和-300目含量分別達95.86%和86.64%，JC和FC中-200目含量分別達85.95%和82.05%，BC鐵精礦中-200目含量最小，為75.85%。
試驗所用鐵精礦的成球性和比表面積如表3所示。靜態成球性指數是評價鐵精礦成球性能的重要參數。一般情況下，成球性指數高的鐵精礦擁有良好的成球性能。由表3可見，四種鐵精礦中，盡管MRS赤鐵精礦的比表面積最高，但其成球性指數僅為0.28，屬弱成球性物料，這可能與顆粒形貌和表面性質有關。FC磁鐵礦的成球性較弱，JC和BC磁鐵精礦的成球性指數則分別為0.53和1.32，成球性能較好。
1.2 膨潤土
試驗所用膨潤土為普通國產膨潤土，粒度組成為-200目含量95%，其化學成分和物理性質如表4和表5所示。按照我國對膨潤土的分類，該膨潤土性質良好，滿足試驗要求。
2 試驗方法
對單一MRS赤鐵精礦或者MRS赤鐵精粉與磁鐵礦按一定比例混合的混合鐵精礦進行高壓輥磨預處理，然后將MRS赤鐵精礦、經過高壓輥磨預處理的MRS赤鐵精礦和MRS赤鐵精礦與磁鐵精礦的混合鐵精礦進行造球、干燥、預熱、焙燒。
鐵精礦與一定量的膨潤土、水混合均勻后，在直徑1000mm，邊高25mm的造球圓盤中進行造球，造球時間固定為12min。完成造球后，取樣進行生球的落下強度、抗壓強度和爆裂溫度的檢測。生球在105℃的烘箱中干燥4h后，采用直徑50mm的臥式電阻管爐進行球團預熱焙燒試驗。按照設定的溫度和時間進行預熱焙燒后，檢測預熱焙燒球的抗壓強度。
高壓輥磨處理采用250mm×300mm高壓輥磨機，輥壓35kN，輥速40r/min,入料水分8%。為了保證高壓輥磨對提升鐵精礦比表面積的效果，同時充分利用高壓輥磨機的產能，鐵精礦進行高壓輥磨處理時進行20%邊料循環。
3 試驗結果與分析
3.1 MRS赤鐵精粉單礦造球與焙燒特性
3.1.1 赤鐵精粉造球特性
使用未經處理的MRS赤鐵精粉進行造球試驗。在適宜的水分條件下，膨潤土用量對生團質量的影響，膨潤土的增加對MRS赤鐵精粉球團生團的落下強度和抗壓強度改善作用并不大。盡管膨潤土用量由1.2%增加到3.0%，生團落下強度由1.0次/0.5m提高到3.0次/0.5m，抗壓強度由8.4N/個上升至9.7N/個，但與球團生產對生球質量的要求仍有一定差距。而且，過高的膨潤土用量不僅增加生產成本，同時會降低成品球鐵品位，影響高爐煉鐵的操作。由于成球性能差，未經處理的MRS赤鐵精粉難以用于球團生產。
將MRS赤鐵精粉進行高壓輥磨預處理，使其比表面積分別達到1640cm2/g，1870 cm2/g和2110 cm2/g。然后在膨潤土用量1.5%的條件下造球，比表面積對生球質量的影響如圖1所示。
由圖1可知，比表面積的提高對MRS赤鐵精粉生團的質量有明顯的提高，尤其是生團的落下強度和抗壓強度。經過高壓輥磨處理后，隨著MRS赤鐵精粉的比表面積由未經處理時的1390 cm2/g逐漸提高2110 cm2/g，生團落下強度由1.8次/0.5m提高到8.1次/0.5m，抗壓強度9.2N/個提高到20.1N/個后下降至19.4N/個，爆裂溫度由600℃以上下降到334℃。高壓輥磨提高MRS赤鐵礦粉的比表面積，是因為高壓輥磨使鐵精礦的粒度變細產生新生表面，同時使輥壓后的顆粒產生了裂縫。研究表明，高壓輥磨后鐵精礦中微細粒級的增加、顆粒形貌的不規則改變和礦物顆粒表面活性的提高，對提高鐵精礦成球性能均有明顯作用。由結果可知，MRS赤鐵精粉的比表面積達到1700 cm2/g以上時，生球質量可以滿足球團生產要求。
3.1.2赤鐵精粉球團焙燒特性
將未經高壓輥磨處理（S0）和經高壓輥磨處理比表面積達 到1640cm2/g（S1），1870 cm2/g（S2）和2110cm2/g（S3）的MRS赤鐵精粉添加1.5%膨潤土，造球、干燥后進行管爐預熱焙燒試驗。
預熱溫度、預熱時間對MRS赤鐵精粉球團預熱球抗壓強度的影響如圖2和圖3所示。由圖2可知，在試驗范圍內，幾種MRS赤鐵精粉球團的預熱球抗壓強度均隨著預熱溫度和預熱時間的增加而提高。其中，未經高壓輥磨處理的MRS赤鐵精粉球團（S0）預熱球抗壓強度即使在1150℃的預熱溫度下也只能達到408N/個，而延長預熱時間對其作用也不大，預熱球抗壓強度始終低于500N/個。
經高壓輥磨處理后的MRS赤鐵精粉球團（S1-S3）在預熱溫度1050℃時，預熱球抗壓強度均可以達到500N/個以上，延長預熱時間時預熱球抗壓強度緩慢增加。此外，當比表面積達到1870 cm2/g以上時，比表面積對MRS赤鐵精粉球團預熱球抗壓強度的影響有所減弱。
焙燒溫度、焙燒時間對MRS赤鐵精粉球團焙燒球抗壓強度的影響，與預熱球的情況類似，不同比表面積的MRS赤鐵精粉球團的焙燒球抗壓強度均隨著焙燒溫度和焙燒時間的增加而提高。其中，未經高壓輥磨處理的MRS赤鐵精粉球團，在焙燒溫度1350℃、焙燒時間12min時，焙燒球抗壓強度只有1501N/個，延長焙燒時間作用不大，無法滿足球團生產的要求。經高壓輥磨處理，MRS赤鐵精粉的比表面積達到1870cm2/g以上時，在焙燒溫度1250-1300℃、焙燒時間12min的條件下，球團焙燒球抗壓強度達到2540N/個以上；進一步延長焙燒時，焙燒球抗壓強度有所增加，但對于比表面積達到2110 cm2/g的MRS赤鐵精粉，延長焙燒時間時球團抗壓強度變化不大。
高壓輥磨明顯提高了MRS赤鐵精粉球團的預熱、焙燒性能，產品的抗壓強度得到大幅提高，原因在于經過高壓輥磨處理，MRS赤鐵精粉的粒度變細，顆粒形貌改變，原本致密的顆粒表面產生許多棱角和裂紋，部分機械能蘊藏在顆粒缺陷中，降低了高溫焙燒過程中固結反應的活化能，使預熱、焙燒過程中的反應更易進行，從而提高了球團礦的抗壓強度。
3.2 MRS赤鐵精粉配加磁鐵精礦造球與焙燒特性
3.2.1 赤鐵精粉配加磁鐵精礦造球特性
將MRS赤鐵精粉與磁鐵精礦JC、BC及FC分別按照6:4的比例混合，對三種混合精礦進行高壓輥磨預處理，經處理后的混合精礦比表面積為1800 cm2/g左右。混合精礦添加一定量的膨潤土和水分后造球，造球時間12min。
膨潤土對混合精礦生球質量的影響，MRS赤鐵精粉配加三種磁鐵精礦經高壓輥磨后造球，生球的質量指標均能滿足球團生產要求。其中，MRS- JC混合精礦球團在膨潤土配加量0.6%的條件下，生球的落下強度為5.3次/0.5m，抗壓強度22.3N/個，爆裂溫度405℃；MRS-BC和MRSFC混礦精礦球團則分別在在膨潤土添加量為1.5%和1.2%時，生球的落下強度達到5次/0.5m以上，抗壓強度分別達到26.3N/個、18.9N/個，爆裂溫度在460℃以上，均能滿足球團生產要求。與MRS赤鐵精粉球團相比，MRS赤鐵精粉配加磁鐵礦，可以降低膨潤土添加量，生球指標也更好，說明MRS赤鐵精粉適合于與磁鐵礦搭配使用。
3.2.2 赤鐵精粉配加磁鐵精礦的焙燒特性
MRS-JC、MRS-BC和MRS-FC三種混合鐵精礦造球干燥后，進行管爐預熱焙燒試驗。預熱溫度、預熱時間對三種混合精礦球團預熱球強度的影響，MRS赤鐵精粉與磁鐵礦混合后，隨著預熱溫度的提高和預熱時間的延長，預熱球強度逐漸增加，且預熱溫度的影響更加明顯。
對于三種混合精礦預熱球，在1100℃的預熱溫度下，MRS-BC預熱球強度最高達1436N/個，MRS-FC與MRS-JC次之，分別為1227N/個和992N/個。與圖2相比，配加磁鐵礦后，混合精礦預熱球強度明顯提高，說明除了高壓輥磨處理外，配合使用磁鐵礦是利用MRS赤鐵精粉生產球團礦的重要措施。
焙燒溫度和焙燒時間對混合精礦球團焙燒球抗壓強度的影響進行了研究。研究結果顯示，焙燒溫度和焙燒時間對MRS赤鐵精粉與磁鐵精礦混合球團的焙燒球強度均有明顯的作用。在焙燒溫度1250℃、焙燒時間12min的條件下，MRS-JC球團焙燒球抗壓強度達到3284N/個，MRSBC球團焙燒球抗壓強度為2904N/個，MRS-FC球團焙燒球抗壓強度為2400N/個，與球團生產要求差距不大。繼續延長焙燒時間對提高焙燒球抗壓強度作用不大。
與單純MRS赤鐵精粉球團相比，配加部分磁鐵礦可以顯著提高球團的焙燒性能。與沒有配加磁鐵礦的情況比較可以看出，球團焙燒溫度降低了50℃-100℃，同時成品球的抗壓強度大大提高。這是由于磁鐵礦的加入改善了單一赤鐵精粉的預熱、焙燒性能，磁鐵礦氧化生成的Fe2O3晶粒表面原子具有較高的遷移能力，可在較低溫度下促進相鄰顆粒之間形成晶鍵，使球團礦獲得較高強度；而高壓輥磨造成的礦物粒度變細、顆粒表面產生許多裂縫使晶鍵更便于聯結，球團礦強度得到提高。
4 結論
1）巴西MRS赤鐵精粉成球性和焙燒性能相對磁鐵礦要差些。在膨潤土添加量3.0%、造球時間12min的條件下，MRS赤鐵精粉球團的落下強度只有3.0次/0.5m，抗壓強度9.7N/個；在預熱溫度1150℃、預熱時間10min、焙燒溫度1350℃、焙燒時間12min的條件下，焙燒球抗壓強度也只有1501N/個，遠遠低于球團生產要求。
2）高壓輥磨處理能改善巴西MRS赤鐵精粉的成球性和焙燒性能。經高壓輥磨處理后MRS赤鐵精粉比表面積達到1870 cm2/g時，在膨潤土添加1.5%、造球時間12min的條件下，生球落下強度達到7.5次/0.5m，抗壓強度20.1N/個；在預熱溫度1100℃、預熱時間10min、焙燒溫度1300℃、焙燒時間12min的條件下，焙燒球強度為2588N/個。
3）配加磁鐵精粉并進行高壓輥磨處理能顯著提高MRS赤鐵精粉的成球性和焙燒性能。MRS赤鐵精粉按6:4的比例配加不同磁鐵精礦后，膨潤土添加量最多可降低至0.6%，球團焙燒溫度降低50℃-100℃，生球和焙燒球團指標均滿足生產要求。