高压辊磨改善赤铁精性能研究

2020-12-16刘敏媛侯盼盼

矿业工程 2020年5期

刘敏媛汤勇吴云侯盼盼

(华菱湘钢技术质量部，湖南湘潭 411100)

0 引言

球团矿作为优良的高炉炉料，具有品位高、强度大、粒度均匀等优点，随着我国钢铁产量的发展及冶炼技术的提升，球团矿使用量及其在炉料中的配加比例也在不断增加[1]。由于原料稳定性差，使得我们球团矿品质较差，为改善球团矿品质、降低膨润土用量，国内外学者作了大量研究，主要方法有对原料进行润磨、球磨、高压辊磨预处理以及使用有机粘结剂等[2]，其中高压辊磨预处理工艺具有处理能力大、能耗低等优势，因而被我国众多球团厂所采用。因此，研究高压辊磨在球团原料预处理中的作用对发展我国球团技术具有重要意义。

为了降低配矿成本，现场准备采用高压辊磨对赤铁精进行预处理，以可能采购到的赤铁矿为研究对象，研究高压辊磨预处理对赤铁精矿生球性能和球团预热焙烧性能的影响。

1 原料性能及研究方法

1.1 原料性能

实验所用赤铁精矿的化学成分见表1。分别用某种经高压辊磨处理后的赤铁精代替澳精，澳精是磁铁精，具有粒度细、比表面积大、成球性能好、结晶强度好的特点。实验所用膨润土为印度膨润土，其主要化学成分及物理性能见表2。

表1 原料化学成分(质量分数) %

表2 膨润土性能

1.2 实验内容及实验设备

实验主要包括赤铁精矿的高压辊磨预处理、生球的制备、球团的预热和焙烧等。

实验所用高压辊磨机规格为250 mm×120 mm，圆盘造球机规格为1 000 mm，生球爆裂温度在650 mm×1 000 mm竖式管炉中采用动态介质法测定，球团预热焙烧在50 mm卧式管炉中进行，采用DBT-127型勃氏透气比表面积仪测定铁精矿的比表面积，采用JSM-56600LV型扫描电镜研究颗粒形貌。

造球时间为10 min，紧密2 min，转速23 r/min，造球水分7.5%～8.0%，造球原料干料为5 kg，膨润土配比1.1%；预热温度920 ℃、时间10 min，焙烧温度1 280 ℃、时间10 min。以生球的落下强度和抗压强度评判生球质量，以球团的抗压强度评判球团的预热焙烧性能。

2 结果与分析

2.1 高压辊磨预处理对赤铁矿性能的影响

2.1.1 粒度方面

表3 粒度组成和平均粒度

图1 赤铁精激光粒度分布

由表3可知，经过一次高压辊磨后，辊后原料粒度较辊前粒度变细。粗矿(加拿大)变细的多，<0.043 mm增加22.32%，0.074～0.043 mm增加8.07%；细矿(安徽和巴西)<0.043 mm部分也增加，巴西精增加5.85%，安徽精增加6.49%。

由图1可知，安徽精经高压辊磨后平均粒度由72.98 μm降至54.70 μm，降低25.05%，其中<100 μm部分显著增加。巴西精经高压辊磨后平均粒度由38.05 μm降至34.34 μm，降低9.76%，其中<10 μm部分少量增加。加拿大精经高压辊磨后平均粒度由251.97 μm降至128.20 μm，降低49.12%，其中<100 μm部分显著增加。从这组激光粒度分析结果看，高压辊磨对原矿粒度粗的矿效果显著，对细矿稍改善。

从原料粒度筛分和激光粒度分析均可看出高压辊磨可改善赤铁精矿的粒度，并且粗矿的效果更好。

2.1.2 成球性能和比表面积

表4 成球性能和比表面积

由表4可知，高压辊磨后较辊磨前，原料粒度变细，产生了新的表面，因此辊后较辊前原料的比表面积增加。比表面积加拿大精增加280 cm2/g、安徽精增加289 cm2/g、巴西精增加160 cm2/g，粗矿增加的较多，细矿增加的较少。

高压辊磨后较辊磨前，因为原料粒度变细，因此分子水增加、毛细水减少，这样成球性提高。安徽精增加较多，加拿大精增加较少。与前面的粒度和比表面积变化稍显不同。

①2耕土：灰褐色，湿，饱和，流～可塑，主要为粘粒、粉粒和粉细砂，夹含少量植物根须（茎）及有机质，灰褐色淤泥质粉质粘土及小碎石，稍有嗅味。

2.1.3 孔隙率和结晶强度

表5 堆比重、真比重、孔隙率和结晶强度

由表5可知，高压辊磨后较辊磨前，由于原料粒度变细，颗粒与颗粒之间更紧密，因此孔隙率下降；由于孔隙率下降，矿粉与矿粉之间接触面更多，有利于再结晶的生成，因此结晶强度提高，安徽精提高112 N、巴西精提高8.4 N、加拿大精提高134 N，同样对原始粒度的效果更显著。

2.1.4 颗粒形貌

图2 颗粒形貌

由图2可知，安徽精有些微细颗粒，粒度分布较为分散，颗粒形状不规则，解理面相对较为粗糙；经高压辊磨后，颗粒内部出现明显的裂纹，细颗粒增加，表面粗糙度增加。巴西精微细颗粒多，粒度较均匀，颗粒形状很规则，解理面致密光滑；经高压辊磨后，新的裂纹少，细颗粒增加少。加拿大的粒度粗，微细颗粒很少，粒度较均匀，颗粒形状比较规则，解理面较为致密光滑；经高压辊磨后，产生了一些新的裂纹，细颗粒增加。

2.1.5 高压辊磨预处理对赤铁矿基础性能的影响

因此通过高压辊磨对原料进行预处理后，产生新的裂纹，细颗粒增加可提高原料的细度、增加比表面积、改善造球性能和焙烧性能，对粒度粗的原料效果更显著。

2.2 高压辊磨预处理对生球质量的影响

图3 赤铁矿配比对生球质量的影响

由图3可知，随着安徽精配比的增加，生球落下强度和抗压强度变化不明显。安徽精经高压辊磨后，虽然粒度较澳精粗，但比表面积与澳精相当，并且是新增的比表面积多，活化能大，对造球有利。

随着巴西精配比的增加，生球的落下强度和抗压强度均下降，在巴西精30%以下生球质量可达要求；加拿大精与巴西精类似，只是配比10%以下达要求；因这两种精矿颗粒形状很规则、解理面致密光滑，而澳精颗粒形状不规则，解理面粗糙，并且成球性较澳精差。

2.3 高压辊磨预处理对预热球和焙烧球质量的影响

图4 赤铁矿配比对焙烧球质量的影响

由图4可知，随着安徽精配比的增加，焙烧球的压强度提高。在球团预热焙烧过程中，加热升温及氧化反应过程是由表及里的，固相反应过程也是如此。高压辊磨预处理后微细颗粒增加，对固相结晶反应有促进作用，并且安徽精有烧损，在焙烧过程中会形成微细孔，有利于内部磁铁矿的氧化，并随着安徽精配比的增加，这种作用更明显，因此配加安徽精时球团氧化充分；另外由于安徽精含CaO会促进低熔点物的生成，从而使焙烧球的强度提高。

巴西精和加拿大精随着其配比的增加，在30%以内时焙烧球强度变化不明显，但超过此值后，强度显著下降。这两种矿均为赤铁精，而澳精为磁铁精，随着赤铁精代磁铁精比例的提高，磁铁精比例减少，氧化放热减少，赤铁精直接再结晶能力较磁铁精氧化成赤铁矿的再结晶能力较弱，因此强度下降。但由于原料经高压辊磨预处理后，微细颗粒含量增加，增大了颗粒间的接触面积，有利于固相结晶过程的发展，削弱了赤铁矿的负面影响。