周明順¹ ， 唐復(fù)平 ² ， 趙東明 ³ ， 楊熙鵬 ³ ， 王俊山 ¹ ， 李建軍 ³

（1. 鞍鋼集團(tuán)公司鋼鐵研究院，遼寧 鞍山114009； 2. 鞍鋼集團(tuán)公司，遼寧 鞍山114021； 3. 鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠，遼寧 鞍山114021）

摘 要：為生產(chǎn)含MgO的鎂質(zhì)球團(tuán)用來替代燒結(jié)礦中MgO，確保高爐造渣所需的適宜的MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)，考察了在球團(tuán)生產(chǎn)中添加一種新型球團(tuán)黏結(jié)劑（新型皂土）和一種氧化鎂質(zhì)熔劑（鎂石粉）時，對造球焙燒及球團(tuán)礦冶金性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，鎂質(zhì)球團(tuán)生球落下強(qiáng)度有所提高，350 ℃時未發(fā)生爆裂。配加新型皂土可提高球團(tuán)品位，降低SiO₂ 質(zhì)量分?jǐn)?shù)。鎂質(zhì)球團(tuán)的低溫還原粉化指標(biāo)和體積膨脹率指標(biāo)均有所改善。而且，軟化溫度升高，軟化溫度區(qū)間變窄，有利于軟熔帶由高爐上部往下部移動，改善高爐透氣性。在保證綜合入爐鐵料MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變的條件下，當(dāng)燒結(jié)礦自然帶入的MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%時，球團(tuán)礦中的MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1.90%，可滿足高爐要求。

關(guān)鍵詞：球團(tuán)礦；冶金性能；皂土；鎂質(zhì)熔劑；高爐煉鐵

大量的試驗(yàn)研究及生產(chǎn)實(shí)踐表明，MgO在燒結(jié)礦中存在負(fù)面影響 ^[1-5] 。為減少其負(fù)面影響，降低燒結(jié)礦中MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)，生產(chǎn)含MgO的鎂質(zhì)球團(tuán)來替代燒結(jié)礦中MgO，同時可確保高爐造渣所需的適宜的MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù) ^[6-8] 。本文探索了在球團(tuán)生產(chǎn)中添加一種新型球團(tuán)黏結(jié)劑皂土（簡稱新型皂土）和一種氧化鎂質(zhì)熔劑（鎂石粉）^[9-13] ，新型皂土選用高黏性有機(jī)高分子聚合材料為核心材料配制，具有親水性強(qiáng)、擴(kuò)散快、黏度高等特點(diǎn)。該材料對含鐵物料有很強(qiáng)的黏結(jié)性，是膨潤土的8～10倍。加入量比膨潤土降低50%以上，顯著地減少了SiO₂ 、Al₂O₃ 等有害雜質(zhì)的帶入，并且鐵品位可以提高0.4%以上。

球團(tuán)礦有機(jī)復(fù)合黏結(jié)劑超強(qiáng)的黏結(jié)能力使得在生產(chǎn)鎂基球團(tuán)過程中可以盡可能多地帶入含鎂質(zhì)材料，這一點(diǎn)膨潤土是無法辦到的。以鞍鋼煉鐵總廠帶式機(jī)球團(tuán)生產(chǎn)條件為基準(zhǔn)，在滿足高爐渣對氧化鎂成分要求的前提下，以及鎂質(zhì)熔劑型球團(tuán)的應(yīng)用計(jì)算及分析。

1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)所用鐵料為目前鞍鋼球團(tuán)生產(chǎn)所用的鞍千精礦、弓磁精礦、地精3種鐵精礦，基準(zhǔn)黏結(jié)劑為球團(tuán)生產(chǎn)用皂土（簡稱煉鐵皂土），試驗(yàn)皂土為新型球團(tuán)皂土，鎂質(zhì)熔劑為細(xì)磨鎂石粉，原料化學(xué)成分見表1。由表1可見，煉鐵皂土中 w(SiO₂ ) 為64.17%，新型皂土中 w(SiO₂ ) 為54.20%，比煉鐵皂土低9.97%。煉鐵皂 土 燒 損（LOI）為 12.44% ，新 型 皂 土 燒 損 為20.11%，比煉鐵皂土高 7.67%。新型皂土較低的SiO₂ 質(zhì)量分?jǐn)?shù)有利于提高球團(tuán)鐵品位。

2 造球及焙燒試驗(yàn)結(jié)果及分析

2. 1 造球試驗(yàn)結(jié)果及分析

生球的制備是在圓盤造球機(jī)上進(jìn)行。造球機(jī)直徑為1 000 mm，轉(zhuǎn)速為32 r/min，傾角為47°。造球過程分為母球形成、母球長大、生球緊密3個階段。將12 mm左右的生球作為檢測對象，測定生球各項(xiàng)指標(biāo)。

目前，鞍鋼煉鐵帶式機(jī)球團(tuán)配加“1.5%煉鐵皂土（基準(zhǔn)期，1號）”。根據(jù)高爐渣的成分要求，在降低燒結(jié)礦 MgO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)時，將球團(tuán)添加劑改為“1.5%煉鐵皂土＋2.60%鎂石粉（2號）”或“0.7%新型皂土＋2.60%鎂石粉（3號）”，以滿足高爐渣的成分要求。具體的造球試驗(yàn)配礦方案見表2。

生球指標(biāo)見表3。由表3可見，與基準(zhǔn)試驗(yàn) 1號比較，2號、3號 的生球落下強(qiáng)度均有所提高，但生球抗壓強(qiáng)度、干球抗壓強(qiáng)度略有下降。生球爆裂指標(biāo)的檢測結(jié)果表明，在350 ℃時3種配料結(jié)構(gòu)的生球均未發(fā)生爆裂。

2. 2 焙燒試驗(yàn)結(jié)果及分析

焙燒試驗(yàn)設(shè)備為兩段式臥式管式電爐，預(yù)熱焙燒試驗(yàn)是在臥式管爐中進(jìn)行（圖1），它由兩個管爐對接而成，硅炭硅電阻爐作焙燒用（圖1（a）），鐵鉻鋁絲電阻爐作預(yù)熱用（圖1 （b）），試驗(yàn)時干球裝在瓷舟中進(jìn)行預(yù)熱、焙燒試驗(yàn)。試驗(yàn)流程主要包括：生球干燥、預(yù)熱、焙燒、成品球冷卻及性能檢測幾部分。焙燒工藝條件及成品球抗壓強(qiáng)度見表4 ，成品球團(tuán)礦化學(xué)成分見表5。

與基準(zhǔn)試驗(yàn) 1號比較： （1）試驗(yàn) 2號的成品球團(tuán)礦品位降低1.13%， w(SiO₂ ) 升高0.14%， w(MgO) 由原料自然帶入的0.087%升高至1.93%； （2）試驗(yàn) 3號的成品球團(tuán)礦品位降低0.99%， w(SiO₂ ) 降低0.24%，w(MgO) 由原料自然帶入的0.087%上升至1.90%。

2號和3號都是用于生產(chǎn)鎂質(zhì)球團(tuán)的。3號球團(tuán)的新型皂土配加比例較低（僅為0.7%），而 2號球團(tuán)的煉鐵皂土配加比例較高（約為1.5%），因此，前者比后者品位高0.14%， w(SiO 2 ) 低0.38%。可見，配加新型皂土可提高球團(tuán)品位，降低SiO₂ 質(zhì)量分?jǐn)?shù)。從球團(tuán)的冷強(qiáng)度指標(biāo)來看，與基準(zhǔn)試驗(yàn) 1號球團(tuán)比較，試驗(yàn) 2號球團(tuán)、3號球團(tuán)抗壓強(qiáng)度均有所下降，但抗壓強(qiáng)度仍超過2 500 N/球，可以滿足高爐生產(chǎn)需要。

3 鎂質(zhì)球團(tuán)冶金性能檢測及分析

3. 1 鎂質(zhì)球團(tuán)的還原性能

關(guān)于球團(tuán)還原性能的檢測，低溫還原粉化率采用國標(biāo)GB/T 13242—91試驗(yàn)方法進(jìn)行，體積膨脹率指數(shù)采用鐵礦球團(tuán)相對自由膨脹指數(shù)的測定方法GB/T 13240—91進(jìn)行。成品球團(tuán)的還原性能的檢測結(jié)果見表6。從焙燒后的成品球團(tuán)礦冶金性能指標(biāo)來看，配加鎂石粉后成品球團(tuán)礦的低溫還原粉化指標(biāo)和體積膨脹率指標(biāo)均有改善。這是因?yàn)榍驁F(tuán)礦內(nèi)存在足量MgO時，在焙燒過程中就會形成穩(wěn)定的鐵酸鎂，在還原時不會發(fā)生Fe₂O₃ 轉(zhuǎn)變成Fe₃O₄ 反應(yīng)，而生成的是FeO和MgO的穩(wěn)定固熔體。

3. 2 鎂質(zhì)球團(tuán)的高溫軟熔性能

成品球團(tuán)礦的高溫軟熔指標(biāo)是評價球團(tuán)礦熱態(tài)性能的重要指標(biāo)，直接影響其在高爐中的使用效果，檢測指標(biāo)見表7。

由球團(tuán)礦的高溫軟熔特性分析可見，配加鎂石粉后的兩種球團(tuán)礦軟化溫度區(qū)間 Δt 數(shù)值均變小，不配加鎂石粉的基準(zhǔn)球團(tuán)（ 1號）軟化溫度區(qū)間 Δt 為85 ℃，鎂質(zhì)球團(tuán)（2號和3號）的軟化溫度區(qū)間 Δt 為71、75 ℃，軟化區(qū)間變窄；另外，軟化溫度 t m 提高，基準(zhǔn)球團(tuán)（ 1號） t m 為1 410 ℃，鎂質(zhì)球團(tuán)（ 2號、3號）t m 為1 465 、1 445 ℃。由于造球前向精礦中添加了含有 MgO 的添加劑，球團(tuán)焙燒時形成鐵酸鎂，這些鐵酸鹽的熔化溫度比酸性球團(tuán)礦內(nèi)成分的熔化溫度一般提高 80～160 ℃，使熔化開始溫度和熔化終了溫度的區(qū)間減小，這些都有利于軟熔帶由高爐上部往下部移動，改善高爐透氣性，提高冶煉強(qiáng)度。

4 鎂質(zhì)球團(tuán)的高爐質(zhì)量平衡計(jì)算

4. 1 計(jì)算依據(jù)

本文的爐料計(jì)算參考鞍鋼煉鐵總廠大部分高爐爐料結(jié)構(gòu)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），具體如下：

（1）燒結(jié)礦73%＋球團(tuán)礦22%＋塊礦5%。

（2）燒結(jié)取消配鎂石粉，不配加鎂石粉時燒結(jié)礦的 w(MgO) 分別按照1.2%、1.1%計(jì)算。

（3）球團(tuán)黏結(jié)劑配比，煉鐵皂土配比按1.5%計(jì)算，新型皂土配比按0.7%計(jì)算。

（4）現(xiàn)場燒結(jié)礦與塊礦的成分見表8。

4. 2 計(jì)算結(jié)果及分析

計(jì)算結(jié)果見表9。燒結(jié)取消配鎂石粉，在保證綜合入爐鐵料 w(MgO) 為1.3%條件下，當(dāng)燒結(jié)礦自然帶入的氧化鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.1%、1.2%時，在保證綜合入爐鐵料 w(MgO) 不變的條件下，當(dāng)燒結(jié)礦自然帶入的w(MgO) 為1.2%時，球團(tuán)礦中的 w(MgO) 大于1.90%，可滿足高爐要求；當(dāng)燒結(jié)礦自然帶入的 w(MgO) 為1.1%時，球團(tuán)礦中的 w(MgO) 大于2.27%，可滿足高爐要求。根據(jù)以往的文獻(xiàn)，球團(tuán)礦 w(MgO)/w(SiO₂ )為0.5時，球團(tuán)礦熱態(tài)冶金性能較好。

根據(jù)鞍鋼的原燃料條件，采用鎂質(zhì)球團(tuán)礦時的爐渣成分測算結(jié)果見表10。由表10可見，當(dāng)球團(tuán)礦w(MgO)/w(SiO₂ ) 等于0.5時，配加1.5%煉鐵皂土的球團(tuán)礦其 w(MgO) 大于2.64%時，可滿足高爐渣成分要求；配加0.7%新型皂土的球團(tuán)礦其 w(MgO) 大于2.38%時，可滿足高爐渣成分要求。

5 結(jié)論

（1）鎂質(zhì)球團(tuán)的造球焙燒性能。本試驗(yàn)所涉及的兩種鎂質(zhì)球團(tuán)生球落下強(qiáng)度均有所提高，但生球抗壓、干球抗壓略有下降，350 ℃時均未發(fā)生爆裂。配加新型皂土可提高球團(tuán)品位，降低SiO₂ 質(zhì)量分?jǐn)?shù)。鎂質(zhì)球團(tuán)抗壓強(qiáng)度有所下降，但抗壓強(qiáng)度仍超過2 500 N/球，可以滿足高爐生產(chǎn)需要。

（2）鎂質(zhì)球團(tuán)的冶金性能。本試驗(yàn)所涉及的兩種鎂質(zhì)球團(tuán)的低溫還原粉化指標(biāo)和體積膨脹率指標(biāo)均有所改善。而且，軟化溫度升高，軟化溫度區(qū)間變窄，有利于軟熔帶由高爐上部往下部移動，改善高爐透氣性，提高冶煉強(qiáng)度。

（3）鞍鋼鎂質(zhì)球團(tuán)的應(yīng)用分析。在保證綜合入爐鐵料MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變的條件下，當(dāng)燒結(jié)礦自然帶入的 w(MgO) 為1.2%時，球團(tuán)礦中的 w(MgO) 大于1.90%，可滿足高爐要求。

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