以磁铁矿为主配加赤铁矿的球团试验
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[摘要]针对磁铁矿精矿不能满足球团产量的需求，采用赤铁矿与磁铁矿混合配置生产球团。通过调整竖炉相关热工参数，最高可以搭配50%的外购矿制成合格优质球团。
[关键词]赤铁矿 球团 磁铁矿 热工参数 焙烧
[中图分类号] P611.5 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-7-32-2
0前言
烧结矿、球团矿、天然块矿是当前高炉炼铁的原料。含铁品位高的天然块矿日趋减少，因此利用富矿粉或精矿生产的烧结矿、球团矿成为当前高炉炼铁的主要原料。
球团矿具有强度好、粒度均匀、形状规则、含铁品位高、还原性好等优点，在高炉冶炼中可起到增产节焦、改善炼铁技术经济指标、降低生铁成本、提高经济效益的作用，被认为是实现高炉炉料结构优化所必需的优质炉料 。为适应钢铁工业快速发展、高炉精料技术和合理炉料结构的要求，近年来，球团矿作为优质原料得到青睐和高度重视，一些钢铁厂对球团矿的入炉比例逐渐提高，其需求量也随之增大。
为了进一步满足市场的需要，导致了球团原料由单一向的多元化发展，除了立足于本原再磨再选的铁精矿外，还需寻求低廉的外购矿。当前，大量外购矿主要是赤铁矿，由于赤铁矿在球团焙烧过程中所需的固结温度较高，从而导致生产出强度较高的球团矿增加了难度，而且由于其预热球强度也较低，导致在竖炉中产生大量粉末，易在高温下发生粘结造成结圈，影响炉况，导致球团质量不合格。因而本文研究了配加赤铁矿对磁铁矿球团质量及热工制度的影响，以期在保证球团矿质量和降低生产成本的情况下，满足市场需要。
1原料性能和研究方法
1.1原料性能
试验所采用的含铁原料为磁铁精矿、外购赤铁矿。其铁精矿的化学成分分析结果如表1所示。
根据表1可看出，磁铁矿的铁品位在62%以上，FeO含量高，其含有害杂质少，酸性脉石含量较高，属于优质磁铁矿。外购矿赤铁矿品位分别为58.68%，FeO含量较低，而与磁铁矿相比，有害杂质S和As的含量较高。
铁精矿的粒度特性见表2，从铁精矿粒度组成可知，原有磁铁矿的粒度比较细，小于O.074mm粒级均超过90%以上，小于O.043mm粒级也达到了75%以上，从粒度上完全满足球团对原料的要求，而外购赤铁矿由于产地不稳定，粒度也随着其波动，小于O.074mm粒级约在44%左右，总体粒度较粗。为了从粒度上完全满足球团对原料的要求，这给配料也带来了一定的难度。
造球粘接剂采用膨润土，各项性能均满足铁矿球团用膨润土的质量指标要求。
1.2研究方法
全部含铁原料均在堆场自动风干，然后按质量比例配加铁精矿和适宜膨润土混匀，并使其水分约低于生球水分，然后造球。生产出不同粒度的生球，然后经过调整竖炉热工参数生产球团。生球制备采用实验室圆盘造球机，其直径为1000mm，调节适宜转速和倾角度，生成Φ10-14mm生球，将同数量的生球分别装在铁笼中并标记。采用12M2竖炉生产，主要通过调节燃烧室温度、炉蓖温度及冷却风的大小。球团矿在ZQYC—智能抗压测量仪上测定抗压强度，并检测成品球团矿的冶金性能。其球团工艺流程图如图1所示。
磁铁矿、赤铁矿、膨润土配料混匀制球生球筛分竖炉焙烧预还原球团
1.3球团固结机理
磁铁矿的焙烧固结形式，磁铁矿球团在氧化氛围中焙烧时，当加热到200—300℃，由磁铁矿粒表面和裂缝中时开始氧化形成Fe2O3微晶。温度达到800℃时，颗粒表面完全氧化成Fe2O3。当磁铁矿球团在氧化氛围中焙烧时，氧化过程由表向内推进，当温度达到1000℃时，磁铁矿基本氧化成Fe2O3，并形成微晶键。在适宜焙烧制度下，部分残留的磁铁矿继续氧化，而已氧化的赤铁矿晶粒扩散增强，并生成结晶和聚晶长大，颗粒间的孔隙率下降，球体积缩小，其各颗粒连成一个致密的整体，从而使球的强度大大提高。
赤铁矿的焙烧固结形式，赤铁矿球团在氧化气氛中焙烧时，主要是靠加入的膨润土粘连剂与赤铁矿形成CaO·Fe2O3·SiO2而使生球固结，生成这些化合物的过程在温度达到1000℃-1200℃即完毕。
2试验结果及分析
通过各物料品位的理论计算及工艺要求，配加不同比例的铁精矿与粘接剂。生球制备条件为混合料水分约为8.5%，造球时间为13min左右，确保生球落下强度均大于4次/0.5m，生球抗压强度大于10N/个。试验主要从球团的冷态机械强度和冶金性能两个方面来考察赤铁矿对以磁铁矿为主生产的球团质量的影响。
在配加不同比例赤铁矿的生球分别装入铁笼内并标记，通过12m2竖炉焙烧球团，主要采取以下方案进行投笼实验。通过改变炉篦温度、竖炉燃烧室温度和冷却风量等热工参数。各参数详见表3
通过调整热工参数，都有一定的改善效果，5的效果最为明显，可以配加高达50%的赤铁矿，焙烧球强度都高于于2500N/个以上，在各影响因素中以提高焙烧温度对提高焙烧球强度的效果最显著。
磁铁矿中配加一定量的赤铁矿，在预热过程中磁铁矿将迅速氧化成Fe2O3并形成颗粒之间的粘结相，同时，磁铁矿氧化生成的Fe2O3晶粒表面原子具有较高的迁移能力，促进相邻颗粒之间形成晶键，能够满足预热球强度。
在该预热焙烧制度条件下，单一的赤铁矿焙烧球团中Fe203结晶细小、松散，Fe203再结晶也只有部分开始互连，部分Fe203呈单独粒状处于初晶态，钙铁橄榄石也呈细粒状，结构松散，欠致密，因而焙烧球团矿的强度较低，如要进一步提高强度，需提高焙烧温度或延长焙烧时间；而全磁铁矿焙烧球团中，FeO氧化较完全，新生的Fe203较粗大，与原生的Fe203紧密连接在一起，Fe203结晶优良，构成互连晶的高强度结构。
因此，配加赤铁矿对磁铁矿为主的球团，在焙烧温度适当提高的情况下，可提高球团的生产率和球团氧化球团强度。
2.2配加赤铁矿对磁铁矿球团冶金性能的影响
配加赤铁矿对磁铁矿球团冶金性能的影响。配加赤铁矿后，球团矿的低温粉化性能变差，但还原度和还原膨胀性能均有所改善。
对配矿方案的球团矿所作的矿相分析表明，磁铁矿球团矿的球团金属相除含有赤铁矿（Fe203）以外，还含有一定量的磁铁矿（FeO），粘结相中钙铁橄榄石（CaO·FeO·SiO，）的含量较高。由于在900℃时微量的CO就能使Fe203还原，而Fe3O4 还原所需的CO含量较高，即Fe203比Fe3O4易还原，另外钙铁橄榄石液相也是一种难还原的矿物。
配加赤铁矿对磁铁矿的成品球团还原粉化程度。由于Fe2O3比Fe3O4易还原，在500～600℃区间。单一磁铁矿，由于FeO在此温度区间较难还原，还原速度降低，球团本身强度也较高；而加入赤铁矿的球团还原速度快，在还原过程中FeO还原时发生晶形变化，加之球团本身强度较低，导致还原粉化程度加大；当提高焙烧温度以后，可大大改变还原粉化程度。
3结论
（1）磁铁矿中配加一定量的赤铁矿可以满足预热球团和焙烧球团的强度的要求。
（2）配加赤铁矿需要通过修改相关热工参数，其中以提高焙烧温度最为明显，生产出优质的球团矿。
（3）在低价的外购矿的情况下，适当改变竖炉生产焙烧系数、适度配加外购矿也能生产出优质高产的球团是可行的，不但可以满足市场的需求，而且还可以带来良好的经济效益。