富鎂膨潤土用于球團(tuán)生產(chǎn)的試驗研究

孫俊波

（鞍鋼股份鲅魚圈鋼鐵公司  煉鐵部）

摘  要：介紹富鎂膨潤土用于球團(tuán)生產(chǎn)的試驗情況，配比為2.0%-4.0%范圍內(nèi)，隨膨潤土配比的增加，生球的抗壓強(qiáng)度和落下強(qiáng)度逐漸提高，可以滿足球團(tuán)生產(chǎn)，球團(tuán)配加富鎂膨潤土后，成品球團(tuán)礦冶金性能指標(biāo)明顯改善。

關(guān)鍵詞：富鎂膨潤土；焙燒溫度；鐵礦球團(tuán)

1 前言

在燒結(jié)生產(chǎn)大量使用進(jìn)口粉礦的原料條件下，入爐燒結(jié)礦中Al2O3含量不斷攀升，導(dǎo)致高爐爐渣中Al2O3含量增加，使得渣的流動性變差。為了改善高爐爐渣性能，通常在燒結(jié)配料中添加含MgO物質(zhì)，通常控制燒結(jié)礦中MgO含量在2.0%左右，以改善爐渣流動性和脫硫能力，但同時燒結(jié)礦產(chǎn)量、質(zhì)量指標(biāo)也因 MgO 添加而受到嚴(yán)重影響。

隨著球團(tuán)礦產(chǎn)能的不斷增加，生產(chǎn)MgO球團(tuán)越來越受到重視，據(jù)資料報道，當(dāng)球團(tuán)中MgO含量由0.4%提高到1.7％，軟化開始溫度提高10℃，軟化結(jié)束溫度提高19℃，熔滴溫度提高71℃，還原膨脹率由13.3%下降到6.7%，其高溫冶金性能向燒結(jié)礦靠近，有利于高爐透氣性改善。

2 試驗原料條件

球團(tuán)試驗所使用的原料主要有大磁精礦、弓磁精礦、富鎂膨潤土和普通膨潤土，均取自鞍鋼球團(tuán)生產(chǎn)廠，其原料物化性能分別見表1、表2。

表1 原料的化學(xué)組成  %

表2  鐵精礦的粒度組成與比表面積

3 試驗設(shè)備及試驗方法

球團(tuán)試驗主要設(shè)備有：φ800mm圓盤混料機(jī)，爆裂溫度檢測爐，比表面積測定儀，WKD型（0-4000N）微機(jī)控制球團(tuán)抗壓儀，φ40mm×900mm管式電爐，φ300mm×500mm鏈蓖機(jī)－回轉(zhuǎn)窯，低溫還原粉化爐，還原性和軟熔滴落性能檢測爐。

球團(tuán)試驗按設(shè)計配比進(jìn)行配料、混勻，然后配加膨潤土并調(diào)整水分，待混合均勻后，燜料30min并在圓盤造球機(jī)上造球，造球過程分4個階段，母球形成3分鐘，生球長大7分鐘，  生球密實3分鐘，總計造球時間13分鐘，最后對生球進(jìn)行檢測（抗壓、落下、爆裂溫度）。在焙燒過程中，采用管式電爐和鏈蓖機(jī)－回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行焙燒，探索球團(tuán)在不同焙燒制度下的性能。

試驗方案根據(jù)現(xiàn)場情況制定，采用50%大磁和50%弓磁，混合料水分控制在8.0%-8.5%，生球水分控制在9.5%-10.5%的水平，以建平膨潤土為基準(zhǔn)樣，其配比固定為1.5%，富鎂膨潤土的配比為1.5%-4.0%。

4 試驗結(jié)果與分析

4.1富鎂膨潤土造球試驗

富鎂膨潤土配比2.0%-4.0%范圍內(nèi)，隨著配比的增加，生球的落下強(qiáng)度由3.6 次/球逐漸增加到4.3次/球，且抗壓強(qiáng)度也隨之增加，當(dāng)富鎂膨潤土配比增至4.0%時，抗壓強(qiáng)度可達(dá)15.21N/球，爆裂溫度超過330℃，富鎂膨潤土造球試驗生球指標(biāo)見表3。

表3 富鎂膨潤土造球指標(biāo)

綜合考慮生球指標(biāo)的控制水平（落下4.0次/球，抗壓12 N/球），同時考慮到富鎂膨潤土添加所帶來球團(tuán)礦品位下降的不利影響（普通球團(tuán)品位為65.33%，當(dāng)富鎂膨潤土添加量為3.5%時，品位降為64.22%，當(dāng)添加量為4.0%時，品位降為64.03%），在以弓磁和大磁為主的鐵料組成下富鎂膨潤土的配比不宜超過3.5%。

4.2 不同預(yù)熱和焙燒時間下的成品球性能

固定干燥時間為5min，預(yù)熱溫度960℃、焙燒溫度1290℃、均熱溫度900℃，就預(yù)熱時間（10min、12min、14min）和焙燒時間（10min、12min、14min）對成品球抗壓強(qiáng)度的影響進(jìn)行研究。在預(yù)熱10min和12min，焙燒均為12min的情況下，隨著富鎂膨潤土配比的增加，成品球抗壓強(qiáng)度逐漸降低，相同富鎂膨潤土配比下，預(yù)熱時間越長，球團(tuán)強(qiáng)度越高，兩者相差250N/球，見圖1。

在預(yù)熱溫度為960℃、焙燒溫度1290℃的條件下，提高預(yù)熱時間即氧化時間能增加球團(tuán)抗壓強(qiáng)度，但是超過12 min后對球團(tuán)抗壓強(qiáng)度影響較小，見圖2，而焙燒時間則不宜過長。本試驗結(jié)果表明超過14min則球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度下降明顯，12min-14min比較適宜。

綜上所述，在預(yù)熱溫度為960℃、焙燒溫度1290℃的條件下，球團(tuán)配加富鎂膨潤土的適宜預(yù)熱時間和焙燒時間均為12min，此時抗壓強(qiáng)度指標(biāo)最佳。      

4.3 成品球品位和冶金性能

通過對成品球進(jìn)行化學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，隨著富鎂膨潤土添加量的增加，成品球品位呈下降趨勢，不同富鎂膨潤土配比，成品球團(tuán)礦化學(xué)分析見表4。當(dāng)建平膨潤土的配比為1.5%時，球團(tuán)礦品位可達(dá)65.33%，而當(dāng)采用富鎂膨潤土替代建平膨潤土?xí)r，球團(tuán)礦品位下降，最多下降1.3%，此時富鎂膨潤土的配比為4.0%。

根據(jù)造球試驗和管式電爐焙燒結(jié)果，采用1#－5#樣品進(jìn)行球團(tuán)的鏈蓖機(jī)－回轉(zhuǎn)窯焙燒，焙燒制度為：鼓風(fēng)干燥300℃－3min，抽風(fēng)干燥500℃－5min，預(yù)熱960℃－12min，焙燒1290℃－12min，熱風(fēng)流速1.5m/s，結(jié)果表明，1#和4#球團(tuán)相比，球團(tuán)添加MgO后，膨脹率降低了3.65%，低溫還原粉化指標(biāo)由83.04%提高到84.03%，還原性則降低了1.23%，球團(tuán)的軟熔滴落性能也得到改善，軟化開始溫度提高16℃，滴落溫度提高了235℃，而軟化區(qū)間則降低了11°，此外，特征值Sn隨富鎂膨潤土添加量的增加而降低，球團(tuán)透氣性較好，但最高壓差變化不明顯。總之，在添加富鎂膨潤土后，球團(tuán)的高溫冶金性能得到了明顯改善。

表4 成品球團(tuán)化學(xué)成分（%）

表5 富鎂球團(tuán)的低溫還原粉化和還原性能

表6 富鎂球團(tuán)的軟熔性能  ℃

注：T4、T10、T40－收縮率為4%、10%和40%時的溫度；   Ts、Td－壓差陡升溫度和滴落溫度

5 分析與討論

5.1 富鎂膨潤土對精礦成球性能的影響

  與普通膨潤土相比，富鎂膨潤土的造球性能略微遜色一些，一方面，富鎂膨潤土添加量要高于普通膨潤土，前者的添加比例高達(dá)3.5%，而后者僅為1.5%，另外，富鎂膨潤土球團(tuán)的生球性能低于普通膨潤土球團(tuán)，生球抗壓強(qiáng)度降低了1-4N/球不等，落下強(qiáng)度也有所降低。分析其原因：1)普通膨潤土的理化性能高于富鎂膨潤土，后者的吸水率、吸蘭量和膨脹容等指標(biāo)與前者有一定的差距，而這些恰恰是影響精礦造球的重要因素，特別是吸水率，該指標(biāo)是普通膨潤土的一半；2) 粒度組成方面，普通膨潤土多微粒，呈蓬松狀，分布較為均勻，富鎂膨潤土粒度較粗，多粘結(jié)塊，有團(tuán)聚現(xiàn)象發(fā)生。但從成球方面考慮，富鎂膨潤土的添加量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通膨潤土，是后者的2倍多，添加量增加，其粒度對最終混合效果相應(yīng)減少，同時，根據(jù)現(xiàn)場混合經(jīng)驗，密度相似，粒度相近，質(zhì)量相似最易混合，因此，綜合考慮添加量和配比情況，富鎂膨潤土盡管性能劣于普通膨潤土，但仍可以用于精礦造球。

5.2 MgO對球團(tuán)冶金性能的影響

以富鎂膨潤土方式向球團(tuán)中添加MgO后，球團(tuán)的膨脹率、低溫還原粉化和軟化開始溫度等高溫冶金性能得到了明顯的改善，分析認(rèn)為，含鎂球團(tuán)在焙燒過程中會形成穩(wěn)定的鐵酸鎂相，其形成條件要求焙燒溫度高，實驗中，進(jìn)行了1240℃、1260℃、1280℃和1300℃的球團(tuán)焙燒實驗，結(jié)果表明，當(dāng)溫度超過1250℃后，Mg2+擴(kuò)散進(jìn)入赤鐵礦相，MgO·Fe2O3的存在穩(wěn)定了Fe3O4的晶格結(jié)構(gòu)，晶格結(jié)構(gòu)在還原過程中的變化小，因此，膨脹應(yīng)力減弱，體積膨脹降低，氧化鎂球團(tuán)礦的還原膨脹率要低于普通酸性球團(tuán)，還原度（失氧能力小）也降低，另外，MgO·Fe2O3為一高熔點相，它的存在提高了軟化開始溫度和滴落溫度，對軟熔滴落性能有益。此外，需要說明的是，Mg2+在球團(tuán)中的分布比較均勻，富鎂膨潤土在混合中很好的解決了多段混合導(dǎo)致的混合不均問題。

5.3 球團(tuán)適宜MgO含量

  MgO酸性球團(tuán)同普通酸性球團(tuán)相比，其礦物組成中含有大量的鐵酸鎂等高熔點相，焙燒條件亦較為苛刻，已有研究表明，MgO球團(tuán)需要較長的焙燒時間和較高的焙燒溫度，焙燒溫度區(qū)間較窄，普通酸性球團(tuán)的適宜焙燒時間和溫度分別為10min－16min和1220℃－1310℃，而MgO酸性球團(tuán)的則為11min-14min和1240℃－1270℃，這是因為富鎂球團(tuán)要求有較高的焙燒溫度，否則焙燒不充分，強(qiáng)度不夠，而焙燒溫度過高，則球團(tuán)主要礦相再結(jié)晶赤鐵礦分解，球團(tuán)強(qiáng)度指標(biāo)下降，同時，焙燒溫度過高，耐火材料長時間高溫工作，對爐襯壽命也是一個大的考驗，為此，保持球團(tuán)MgO含量在一定范圍內(nèi)，放寬焙燒條件，既有利于焙燒制度的選擇，亦有利于現(xiàn)場實施。

針對3.5% 富鎂膨潤土的球團(tuán)，在1240℃、1260℃、1280℃和1300℃下其成品球的強(qiáng)度可達(dá)到2.81KN/球，2.97KN/球，3.57KN/球和3.61KN/球，此時，球團(tuán)中MgO含量為1.67%，相比于MgO/SiO2為0.4-0.6的富鎂球團(tuán)（MgO＝2.5%-3.3%），其焙燒制度亦明顯改善，不似后者條件苛刻，此外，球團(tuán)的適宜MgO含量還與爐料結(jié)構(gòu)（根據(jù)高爐爐渣堿度計算）、綜合效益（燒結(jié)指標(biāo)改善和球團(tuán)品位下降帶來的綜合煉鐵效益）有關(guān)，因此，結(jié)合MgO添加量和添加方式，綜合考慮上述因素，針對本富鎂膨潤土，球團(tuán)添加3.5%的膨潤土為宜。

6 結(jié)論

與普通膨潤土相比，富鎂膨潤土的吸蘭量、吸水率、比表面積等性能指標(biāo)較低，但因其配加量高，混合效果好，利于現(xiàn)場應(yīng)用。

富鎂膨潤土配比為2.0%-4.0%的范圍內(nèi)，隨膨潤土配比的增加，生球的落下強(qiáng)度由和抗壓強(qiáng)度隨在以弓磁和大磁為主的鐵料組成下富鎂膨潤土的配比不宜超過3.5%。

在預(yù)熱溫度為960℃、焙燒溫度1290℃的條件下，球團(tuán)配加富鎂膨潤土的適宜預(yù)熱時間和焙燒時間均為12min。

球團(tuán)添加富鎂膨潤土后（球團(tuán)中MgO為1.67%），相比于普通酸性球團(tuán)，冶金性能指標(biāo)改善。