低品质含铁原料制备氧化球团试验研究

田仕友

(重庆赛迪热工环保工程技术有限公司，重庆 401122)

0 引言

球团矿是高炉炼铁原料之一，球团生产工艺和烧结矿生产工艺比较，在节能、环保和经济效益上有明显的优势，且具有添加辅料少，品位高、粒度均匀、强度高、易于转运和储存的特点，提高球团矿配比目前已成为各大钢企和机构的研究方向[1-2]。球团矿生产原料常规以优质高品位精矿为主，目前国内富矿缺少不利于球团工艺进一步的发展，使用高品质进口精矿生产成本高[3]，拓展用料渠道降低工艺要求门槛已成趋势，在用料选择方面，根据现有含铁资源，选用国产低品位精矿和低锌高铁尘泥作为球团矿生产的原料成为共识。国产低品位精矿因其因成分复杂、铁品位低等原因价格较低，且储量较大，根据最新研究，诸如国产低品精矿中含有MgO等有助于降低热膨胀的成分，适量的配加有助于提高球团矿的品质和高炉的顺行[4]。钢铁企业含铁尘泥属于工业固废，目前高锌尘泥采用转底炉工艺已得很好的处置，该工艺已在宝武、新余钢铁和首钢京唐等多个公司建成投产，并产生了较大的经济效益，但大宗的高铁低锌泥料因其采用转底炉工艺不具有提锌的经济性，仍需要在钢铁工艺内部循环，通过各公司的实际尘泥物化性质开展相应的烧结和球团的配矿研究，具有较大的环保效益和经济效益[5]。因此，研究是在分析常规球团原料、低品位精矿和低锌含铁尘泥的物化性能的基础上，开展了在常规球团原料中配加一定比例的低品位精矿和低锌含铁尘泥的造球、配矿、焙烧和冶金性能试验研究，得到的生产参数和冶金性能结果可以用于指导球团和高炉的生产调整。

1 含铁原料的物化性能

试验所使用的含铁原料共有3种原料：原料1为常规优质球团精矿、原料2低品位精矿、原料3为钢铁厂各种含铁尘泥的混合料。研究中分别对含铁原料的化学组成、粒度组成、微细粒含量、成球性、颗粒形貌等进行了分析测试。

1.1 化学组成

含铁原料的化学组成见表1，原料1的铁品位较高，在66%以上；原料2为为低品位精矿、含MgO高；原料3为各种灰泥(炼钢灰和污泥料等)的混合料，品位偏低、FeO高、杂质成分高，烧失量大。

表1 含铁原料的化学组成 %

1.2 粒度组成

表2是含铁原料的粒度组成。由表原料1粒度中-200目含量为79.03%；原料2为粒度中-200目含量为77.01%；原料3粒度中-200目含量为57.01%，矿粒度较粗。

表2 含铁原料的粒度组成 %

铁精矿中的微细粒含量也对成球过程有较大影响，为了查明试验所用原料的微细粒含量，试验采用激光粒度分析仪对含铁原料进行了粒度分析。表3为含铁原料的微细粒含量，图1～3分别为各种含铁原料的粒度频率分布和下累积分布图。由此可得到如下粒度特性：

图1 原料1粒度频率分布和下累积分布图

表3 含铁原料微细粒含量 %

1) 平均粒径：原料1的平均粒径最小，为53.608 μm，其次为原料2为73.055 μm、原料3为157.480 μm，平均粒径的差异十分显著。

2) 微细粒级含量：-5 μm级含量原料3为14.08%最高，原料2为9.32%，其中原料1最低6.55%。

-20 μm级含量原料1为29.45%、原料2为30.26%、原料3为31.50%。

-30 μm级含量原料1为40.99%、原料1为40.77%、原料3为38.29%。

图2 原料2粒度频率分布和下累积分布图

图3 原料3粒度频率分布和下累积分布图

1.3 颗粒形貌

除了粒度、粒度组成、表面特性等因素以外，原料颗粒的形貌特性对其成球性能也有一定的影响。粒状、表面光滑、颗粒规则的颗粒成球性能较差，条状、片状、板状、表面粗糙的颗粒造球性能较好。研究利用扫描电镜对各种含铁原料的颗粒形貌进行了分析，见图4～6。生球的强度决定于造球物料间的粘结力，粘结力愈大，则生球的机械强度愈大，粘结力决定于物料的物理性质，颗粒形貌是其中的重要因素。

1)原料1(见图4)：颗粒粗细不均，微细粒含量较多，颗粒形状不规则多为条状，少量呈粒状，大多数颗粒具有光滑且不平整的断面，即使很细颗粒的断面也是光滑的。

图4 原料1的颗粒形貌

2)原料2(见图5)：颗粒粗细不均，微细粒含量较多，颗粒呈粒状，具有平整但不光滑的断面。

图5 原料2的颗粒形貌

3)原料3(见图6)：单个颗粒极细，但单体颗粒间发生团聚，形成较大的球状颗粒群。

图6 原料3颗粒形貌

1.4 物理性能

静态成球性指数是物理性能的综合指数，静态成球性一定程度上说明物料在毛细水的作用下颗粒之间静态聚结强度，一定程度上反应物料的成球性能。含铁原料的物理性能见表4，可以看出就静态成球性指数而言，原料3具有优等成球性，成球性指数为0.91，原料1和原料2成球性指数分别为0.45和0.43。

表4 铁原料的物理性能

2 基准试验研究

作为研究的基准，在试验室条件下，按照现场实际使用的原料1制备氧化球团时的参数进行生球制备试验研究。

现场使用原料1制备氧化球团时膨润土用量为2.5%，全润磨，润磨水分为6.5%，造球时间为10 min，生球水分9%，预热温度920 ℃，预热时间10 min，焙烧温度1 250℃，焙烧时间10 min。在此条件下，焙烧球抗压强度4 421 N/个。

通过实验室试验结果如表5。

表5 基准条件下试验结果

3 配矿球团试验研究

3.1 单矿球团对比试验研究

单矿球团制备对比试验用于研究3种原料的成球性能，膨润土配比分两种，润磨时用量为1.5%，不润磨时用量为2.5%，试验结果见表6和表7。

从表6中可知，润磨时，原料1和原料2都具有良好的造球性能，能获得较高的生球强度、爆裂温度、焙烧球团强度。在1.5%的膨润土用量条件下，原料2和原料3的生球强度最好，落下强度达20次/0.5 m以上，原料1为6.7次/0.5 m。在生球热性能方面，所试验的3种矿中，原料1爆裂温度为590 ℃，原料2为534 ℃，原料3为340 ℃，在焙烧特性方面，原料1焙烧球强度为4 154 N/个，其次为原料2为2 728 N/个，最低为原料3为1 441 N/个。

表6 润磨时的单矿球团试验结果

由表7可知，不润磨时，各种矿的单矿造球性能比部分润磨时有比较明显的下降。尽管如此，在2.5%膨润土用量条件下，原料1降低至2.4次/0.5 m；爆裂温度较润磨料上升(主要原料为膨润土配比上升)，焙烧球强度明显下降。

表7 不润磨时单矿造球试验结果

比较表6和表7，各种精矿生球强度的对比关系基本一致，只是润磨时各矿种的生球强度都比不润磨时高，而不润磨时爆裂温度比润磨时高。

3.2 配矿试验研究

原料1为主要生产原料，根据尘泥原料3的处理需要，原料3的配比需为5%，原料2的配比调整为0%～25%之间调整，见表8。

表8 单矿配比试验调整配比方案示例 %

各单矿的配比在其调整范围内改变，改变某一种单矿配比时，其它矿种的相对配比保持不变。膨润土用量为1.5%，润磨处理，造球时间为10 min；预热温度950 ℃，预热时间10 min；焙烧温度1 250 ℃，焙烧时间10 min。

原料配比的试验结果见表9,可以看出,当配加5%的原料3时，焙烧矿质量和原料质量均大幅度降低，但能满足生产，但生球水分过高，焙烧过程中造成设备损坏和能源浪费。原料2中含有11%的MgO，试验四综合料含MgO为2.84%，试验五含MgO为3.37%，低硅球团随着含MgO成分的升高，还原膨胀率得到控制，但当MgO继续升高时抗压强度会降低，因形成稳定的铁酸镁需要提高焙烧温度，在现有的焙烧温度下，MgO为2.84%～3.37%较为适宜。随着原料2配比的变化，落下强度降低，趋近于6.8次；生球抗压先升高后降低，在试验四时最优；爆裂温度均满足要求，生球水分试验五较低；焙烧球强度先升高后降低，试验五最优达到3 320 N/个。根据试验结果建议选择配比方案为试验五或试验四。

表9 配比试验结果

3.3 冶金性能试验

冶金性能试验选用，基准试验焙烧球、试验四焙烧球和试验五焙烧球，还原性能和熔滴性能的冶金性能检测，结果见表10和表11。

表10 球团矿的还原性能 %

表11 球团矿的熔滴性能

由表10可以看出：球团矿的低温还原粉化率低，基准配比和试验四的RDI+3.15达到均在98%以上，试验五球团低温还原粉化率虽然有所提高，但也在96%以上，充分体现了试验的几种球团具有良好的低温还原粉化性能。基准配比和试验四的还原度相对较低，不足60%，试验五还原度有了明显提高。基准配比球团矿还原膨胀率较低，为13.80%，试验四和试验五低于基准值。表11结果显示：基准配比球团的滴下开始温度较低，在1 000℃左右，熔滴区间较窄，为209 ℃，试验四熔滴区间提高到340 ℃左右，试验五球团熔滴区间降至275 ℃。结合试验结果，应选择试验五方案进行生产。

4 结语

1)三种原料中原料1是常规的优质球团生产原料，其化学成分、粒度、颗粒形貌和热性能均能满足生产；原料2是低品位精矿，化学品位低、高MgO，粒度和颗粒形貌较原料1偏差；原料3是含铁尘泥的混匀料，具有低品位，高FeO，颗粒团聚大的特点。

2)采用实际生产的生产参数、配矿制度作为基准试验条件，得到生球落下强度12.54 N/个，爆裂温度大于600 ℃，焙烧球强度为4 421 N/个。

3)单矿球团对比试验研究结果表明单独使用原料2和原料3是无法满足生产需要；配矿试验研究结果表明试验四方案和试验五方案各项指标均能满足生产，进一步冶金性能试验结果，试验五(即常规球团原料配比75%、低品位矿配比20%、含铁尘泥配比5%)生球落下强度6.6次、焙烧球强度3 320 N/个、还原度RI72.56%、还原膨胀率10.71%、球团熔滴区间为275 ℃，与其他试验比较，生球质量、焙烧球强度、还原度、还原膨胀率和熔滴性能最佳，推荐试验五的试验参数和配矿制度进行实际工业生产。