劉景權(quán)1, 羅果萍1, 劉吉濤2, 尚春江2, 周勝剛2

( 11 內(nèi)蒙古科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院, 內(nèi)蒙古 包頭 014010;21 內(nèi)蒙古包鋼還原鐵有限責(zé)任公司, 內(nèi)蒙古 包頭 014010)

摘 要: 結(jié)合包鋼西部鏈篦機(jī)- 回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)生產(chǎn)實(shí)踐, 對(duì)所使用的三種含鐵原料的成球性、生球質(zhì)量、預(yù)熱球強(qiáng)度、成品球團(tuán)強(qiáng)度等進(jìn)行了系統(tǒng)研究。其結(jié)果可為鞍鋼球團(tuán)生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞: 成球性; 生球強(qiáng)度; 爆裂溫度; 預(yù)熱球強(qiáng)度

1 前 言

隨著我國(guó)鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展, 高爐生產(chǎn)對(duì)含鐵原料的要求不斷提高, 高爐/ 精料0已成為降低成本、提高煉鐵競(jìng)爭(zhēng)力的有效手段。高堿度燒結(jié)礦配加高品位的酸性球團(tuán)礦被普遍認(rèn)為是較為合理的高爐爐料結(jié)構(gòu)。由于我國(guó)高質(zhì)量酸性球團(tuán)礦缺口較大, 而國(guó)際市場(chǎng)球團(tuán)礦價(jià)格日益升高, 因而近年來(lái)鏈篦機(jī)- 回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)生產(chǎn)線(xiàn)在我國(guó)得到快速發(fā)展。提高鏈篦機(jī)- 回轉(zhuǎn)窯氧化球團(tuán)生產(chǎn)能力和球團(tuán)礦質(zhì)量, 已成為我國(guó)煉鐵工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)[1~ 4]。

球團(tuán)礦生產(chǎn)中, 鐵礦粉占造球原料的 90%以上, 其性能好壞直接影響球團(tuán)生產(chǎn)效率和成品球質(zhì)量[ 5, 6], 從而影響球團(tuán)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。球團(tuán)生產(chǎn)對(duì)鐵精礦的最基本要求是: 粒度較細(xì); 水分適宜; 化學(xué)成分均勻穩(wěn)定。此外, 鐵礦粉的成球性、生球強(qiáng)度和爆裂溫度、預(yù)熱球強(qiáng)度等性能指標(biāo)對(duì)提高鏈篦機(jī)- 回轉(zhuǎn)窯的產(chǎn)量和質(zhì)量也至關(guān)重要。

2 鐵礦粉成球性實(shí)驗(yàn)

包鋼西部鏈篦機(jī)- 回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)生產(chǎn)所用含鐵原料化學(xué)成分見(jiàn)表 1。從表 1 可看出, 大堆料、巴潤(rùn)精礦的 FeO 含量均高于 20%, 為磁鐵礦; 巴潤(rùn)礦的 FeO 含量小于 20% , 為混合型精礦; 大堆料、巴潤(rùn)精礦中有害元素 S 含量均高于0130% , 屬高硫礦; 巴潤(rùn)礦中有害元素 F 、K、Na含量均較高。

鐵礦粉成球性的強(qiáng)弱可用成球性指數(shù) K 的大小來(lái)表示[7], 如式( 1) 所示。

式中: W分為鐵礦粉的最大分子水含量(% );W毛為鐵礦粉的最大毛細(xì)水含量( %)。一般可按成球性指數(shù)大小對(duì)鐵礦粉的成球性進(jìn)行評(píng)價(jià), K= 0120~ 0135 屬于弱成球性, K = 0135~0160 屬于中等成球性, K = 016~ 018 屬于良好成球性, K> 018 屬于優(yōu)等成球性。

2、1 最大分子水測(cè)量

實(shí)驗(yàn)采用壓濾法測(cè)定鐵礦粉的最大分子水[5], 所用裝置如圖 1 所示。取一定量的造球鐵礦粉, 加水潤(rùn)濕至飽和狀態(tài), 靜置 2 小時(shí), 以保證顆粒表面充分潤(rùn)濕。測(cè)量時(shí), 按圖 1 所示裝置裝料, 保證試樣受壓后厚度小于 2 mm。準(zhǔn)備工作完成之后, 把壓模放在萬(wàn)能壓力機(jī)上, 增大壓力到 6515 kg/ cm2, 恒壓 5 min 后取出試樣稱(chēng)重, 質(zhì)量記為 m1, 然后將試樣加熱到 105 e溫度下烘干 8 小時(shí), 冷卻后稱(chēng)重, 質(zhì)量記為 m2;計(jì)算質(zhì)量變化率, 連續(xù) 5 次實(shí)驗(yàn), 取其算術(shù)平均值。最大分子水含量按下式計(jì)算:

式中: W分) 試樣的最大分子水% ; m1) 試樣加壓后的質(zhì)量 g; m2) 試樣烘干后的質(zhì)量 g。

2、2 最大毛細(xì)水測(cè)量

采用容量法測(cè)量鐵礦粉的最大毛細(xì)水, 其測(cè)定裝置如圖 2 所示。容量法便于觀察毛細(xì)水的上升情況, 并且測(cè)定結(jié)果具有準(zhǔn)確性。將礦粉在 110 e 下烘干 8 小時(shí)并保持松散; 將洗凈的玻璃料管浸于熔融的石蠟溶液中, 使石蠟在玻璃壁上涂抹均勻, 提出空冷后放入砂形漏斗的篩板上; 在料管中放入松弛器, 裝料后旋轉(zhuǎn)提出松弛器, 達(dá)到松散試料的目的; 在料管上口加蓋以防止水分揮發(fā), 打開(kāi)滴定管開(kāi)始滴水, 直到試料吸水量達(dá)到飽和為止。比較試料吸水前后的質(zhì)量, 計(jì)算試料的飽和吸水量。最大毛細(xì)水按下式計(jì)算:

式中: W毛) 試樣最大毛細(xì)水% ; m水) 試樣吸水量 g; m干) 干試樣質(zhì)量 g 。

2、3 鐵礦粉成球性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)所測(cè)三種鐵礦粉的成球性指數(shù)如表 2所示。可見(jiàn), 三種鐵礦粉的成球性指數(shù) K 均在0135~ 0160 范圍之內(nèi), 屬中等成球性。相比較,巴潤(rùn)精礦的成球性最好, 大堆料的成球性最差,其原因可能是粒度組成不同所致。

3 鐵礦粉粒度組成分析

試驗(yàn)采用 Coakter ls230 激光粒度分析儀對(duì)三種鐵礦粉的粒度組成進(jìn)行了測(cè)定, 其粒度分布見(jiàn)圖 3~ 圖 5。

大堆料的平均粒徑為 77173 Lm, 中間粒度直徑為 56135 Lm; 巴潤(rùn)礦的平均粒徑為 54138Lm, 中間粒度直徑為 43118 Lm; 巴潤(rùn)精礦的平均粒徑為 39165 Lm, 中間粒度直徑為 30162Lm 。三種鐵礦粉粒度 - 200目和- 300目所占比例如表 3 所示。巴潤(rùn)精礦的粒度最細(xì), 巴潤(rùn)礦的粒度居中, 大堆料的粒度最粗。與鐵精礦成球性指數(shù)研究結(jié)果對(duì)照可知, 鐵礦粉粒度組成對(duì)其成球性影響較大, 粒度越細(xì)其成球性能越好[7~ 9]。

4 鐵礦粉球團(tuán)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)

4、1 實(shí)驗(yàn)條件

模擬包鋼西區(qū)鏈篦機(jī)- 回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)生產(chǎn)工藝條件, 對(duì)三種鐵礦粉進(jìn)行造球、干燥、預(yù)熱和焙燒, 測(cè)定生球、預(yù)熱球和成品球強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)所選工藝參數(shù)為: 干燥一段溫度 230 e , 時(shí)間 3 分鐘; 干燥二段溫度 320 e , 時(shí)間 6 分鐘; 預(yù)熱一段溫度 575 e , 時(shí)間 3 分鐘; 預(yù)熱二段溫度 950e , 時(shí)間 9 分鐘; 焙燒溫度 1 250 e , 時(shí)間 30 分鐘; 添加膨潤(rùn)土 115% 、粘結(jié)劑 0175%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表 4 所示。

4、2 結(jié)果分析與討論

4、2、1 生球抗壓強(qiáng)度及其裂紋產(chǎn)生溫度

生球裂紋產(chǎn)生溫度與生球抗壓強(qiáng)度的排列順序?yàn)?font face="Times New Roman">: 巴潤(rùn)精礦> 巴潤(rùn)礦> 大堆料。可見(jiàn), 鐵礦粉粒度越細(xì), 其成球性能越好, 對(duì)應(yīng)生球抗壓強(qiáng)度和裂紋產(chǎn)生溫度也越高。因此, 通過(guò)增加造球原料中細(xì)粒度巴潤(rùn)精礦的配比, 可有效改善混合料的成球性能及生球質(zhì)量。三種鐵礦粉的生球爆裂溫度都在 700 e 以上, 均滿(mǎn)足球團(tuán)生產(chǎn)要求。

4、2、2 不同鐵礦粉的預(yù)熱球強(qiáng)度及其礦相結(jié)構(gòu)

不同鐵礦粉的預(yù)熱球礦相結(jié)構(gòu)如圖6 所示。大堆料的預(yù)熱球主要由次生赤鐵礦、殘余磁鐵礦和脈石構(gòu)成松散結(jié)構(gòu), 顆粒之間基本孤立, 少有連晶。磁鐵礦表面或沿解理縫都發(fā)生了一定程度的氧化, 但由于鐵礦物與脈石顆粒粗大, 磁鐵礦氧化程度較弱, 次生赤鐵礦中心殘余磁鐵礦較多, 形成了赤鐵礦和磁鐵礦的共晶結(jié)構(gòu), 幾乎沒(méi)有連晶生成, 預(yù)熱球強(qiáng)度較低, 為 38612 N/個(gè)。巴潤(rùn)礦的預(yù)熱球主要由原生赤鐵礦、殘余磁鐵礦和脈石構(gòu)成松散結(jié)構(gòu), 磁鐵礦表面或沿解理縫發(fā)生了微弱的氧化, 顆粒之間基本孤立,少有連晶。預(yù)熱球原生赤鐵礦含量較高, 脈石含量多、顆粒細(xì)小, 不利于強(qiáng)度的提高。特別是預(yù)熱過(guò)程中 CaF2與 K2O 及 Na2O 化合, 形成了易揮發(fā)的 KF 和 NaF, 使預(yù)熱球團(tuán)氣孔率增大,強(qiáng)度顯著降低, 只有 23513 N/ 個(gè)。巴潤(rùn)精礦的預(yù)熱球主要由次生赤鐵礦和少量脈石構(gòu)成, 殘余磁鐵礦較少。磁鐵礦氧化程度較高, 形成了微弱的赤鐵礦連晶, 氣孔分布均勻, 預(yù)熱球強(qiáng)度很高, 達(dá)到 87913 N/ 個(gè)。其原因在于巴潤(rùn)精礦品位高、脈石含量少, 且粒度均勻、細(xì)小, 預(yù)熱過(guò)程中磁鐵礦易于氧化形成一定量的赤鐵礦連晶, 且氣孔分布均勻, 使預(yù)熱球強(qiáng)度升高。

4、2、3 不同鐵礦粉的成品球強(qiáng)度及其礦相結(jié)構(gòu)

不同鐵礦粉的成品球礦相結(jié)構(gòu)如圖 7 所示。大堆料的成品球主要由赤鐵礦、脈石和少量液相構(gòu)成。赤鐵礦晶粒粗大, 邊緣不規(guī)則或形成連晶。脈石含量較高為 5% , 其顆粒粗大,基本沒(méi)有熔化, 形成的液相很少, 只有 2%。孔隙分布均勻, 孔隙率較低, 只有 22% 。這是普通鐵礦球團(tuán)礦的結(jié)構(gòu)特點(diǎn), 這種結(jié)構(gòu)的球團(tuán)礦強(qiáng)度較高, 達(dá)到 2 50618 N/ 個(gè), 還原膨脹率較低。分析其原因, 主要是大堆料品位較高, 脈石含量較少, 且其粒度較粗, 相應(yīng)脈石顆粒較大、分布集中, 不易礦化形成液相, 對(duì)赤鐵礦連晶的破壞作用較小, 經(jīng)高溫焙燒后赤鐵礦連晶較發(fā)展, 故球團(tuán)礦強(qiáng)度較高。可見(jiàn), 對(duì)于顆粒較粗的大堆料, 提高焙燒溫度可顯著提高球團(tuán)礦強(qiáng)度, 預(yù)熱球與成品球強(qiáng)度差別較大。巴潤(rùn)礦的成品球主要由赤鐵礦和液相構(gòu)成。液相量較高為 5% , 孔隙較發(fā)育, 大小不均勻, 孔隙率較高為 35% 。較大的赤鐵礦晶粒邊緣渾圓, 有晶須生成。較小的赤鐵礦晶粒一般呈渾圓狀, 分布于液相之中。

這是白云鄂博鐵礦球團(tuán)礦的特點(diǎn), 這種結(jié)構(gòu)的球團(tuán)礦強(qiáng)度較低, 只有 191513 N/ 個(gè), 還原膨脹率較高。分析其原因在于: 巴潤(rùn)礦品位較低, 只有 62120%, 脈石含量較高, 且其中 F、K、Na 含量較高, 一方面 CaF2較易與 K2O 及 Na2O 化合,形成易揮發(fā)的 KF 和 NaF, 使球團(tuán)礦氣孔率增大; 另一方面焙燒過(guò)程中易于形成含 F、K、Na的低熔點(diǎn)硅酸鹽液相, 阻礙連晶發(fā)展, 致使球團(tuán)礦強(qiáng) 度降 低。此外, 巴 潤(rùn) 礦 FeO 含量 只有11140% , 其磁鐵礦含量低, 屬于混合型鐵精礦,不利于連晶的發(fā)展。就連晶固結(jié)能力而言, 磁鐵礦要優(yōu)于赤鐵礦, 因?yàn)樵谘趸詺夥障?/font>, 赤鐵礦只有在 1 300 e 以上的高溫下才能發(fā)生簡(jiǎn)單的晶粒長(zhǎng)大和再結(jié)晶過(guò)程, 從而獲得連晶強(qiáng)度,而磁鐵礦在 200 e 便開(kāi)始氧化, 并放出熱量, 生成的 Fe2O3 微晶具有高度的遷移能力, 其結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大的速度很快, 從而可獲得比赤鐵礦高的連晶固結(jié)強(qiáng)度。因此, 巴潤(rùn)礦的預(yù)熱球及成品球強(qiáng)度均很低。巴潤(rùn)精礦的成品球主要由赤鐵礦和液相構(gòu)成。液相量較少為 3%, 孔隙率較低為 25% , 孔隙分布較均勻, 赤鐵礦連晶較發(fā)展, 球團(tuán)礦強(qiáng)度較高為 265612 N/ 個(gè)。其原因在于: 鐵精礦品位高, 粒度細(xì)小, 脈石含量低, 分布均勻, 焙燒過(guò)程中在細(xì)小的赤鐵礦晶粒之間易于產(chǎn)生連晶, 脈石易于礦化形成液相, 少量液相在赤鐵礦連晶的邊緣上均勻分布, 對(duì)連晶結(jié)構(gòu)的破壞作用小, 故球團(tuán)礦強(qiáng)度高。