合理配加進口礦，提高球團礦質量

    馮根生

(北京科技大學冶金與生態工程學院)

摘要  結合我國球團礦生產的資源、工藝和裝備，分析我網球團礦提高質最的途徑，針對目前球團礦的生產和資源，合理配加和使用高品位進口鐵精礦，有利于提高球團礦質量。本文針對配加進口巴西赤鐵精礦生產球團礦的影響因索進行了分析討淪。

關鍵詞  球團礦  辦鐵礦  工藝參數

1  前  言

         球團礦作為一種人造富礦，其特點是具有品位高、強度好、易還原、粒度均勻等優點，是良好的高爐爐料，同時酸性球團礦與具有良好高溫冶金性能的高堿度燒結礦搭配，可以構成合理的高爐爐料結構，是高爐煉鐵增產節焦、提高經濟效益的有效措施。同時球團礦的生產能耗低、污染小、節能環保，并可以在礦山和港口進行生產，有利于合理的利用國內外鐵精礦資源。

         近年來，球團礦的生產在我國越來越受到重視，球團礦的產量逐年提高，到2008年底，球團礦的產能已達1．2億t，促進了我國煉鐵生產的發展。“精料”是煉鐵技術發展的基礎，我國煉鐵精料技術的進步體現之一是酸性球團礦的產量明顯增加，高爐爐料結構中的酸性球團礦比例得以提高，帶動了入爐含鐵原料品位的提高，使得高爐煉鐵產、質量和經濟指標明顯改善。

         但我國球團礦的生產能力仍不能滿足高爐煉鐵生產發展的需要。目前，武鋼鄂州已建成投產年產500萬t的球團廠，寶鋼湛江、鞍鋼鲅魚圈、首鋼京唐鋼鐵公司、山西海鑫鋼鐵公司、柳鋼、昆鋼、沙鋼、邯鋼等企業正在設計、新建和擴建大型球團廠。如何合理的利用國內外鐵礦資源，一方面提高球團礦的產量，滿足高爐煉鐵爐料結構的要求，同時針對我國球團礦的質量問題，改善球團礦質量是今后球團礦發展面臨的問題，也是推動我國煉鐵精料技術發展的關鍵問題之一。

2  我國球團礦的質量及差距         

          我國球團礦的生產在一定程度上受到了國內鐵礦粉資源、加工條件與設備條件等因素的制約。從球團礦生產原料看，一方面大量的細精礦粉被用于燒結，造成球團原料短缺；同時存在使用的球團鐵精礦粉品位低、粒度粗、脈石含量高、水分大等幾個方面問題，因此國內的鐵精礦粉造球性能較差，對于球團礦的生球質量產生較大的影響。為了保證生球的質量，球團礦造球過程需要配加大量的膨潤土，造成球團礦的品位低、SiO₂高。

           獲得優質球團礦是我們所追求的目標。“十五”期間確定的高質量的球團礦應該具有的指標：TFe≥65％；FeO≤1．0％；SiO₂≤4．0％；球團礦粒度8～16 mm占95％以上；轉鼓指數(ISO)≥95％；抗壓強度≥2250 N／個球。近幾年來，隨著我國選礦技術的進步，細磨精選、反浮選等技術的應用，使得鞍鋼、太鋼、首鋼礦山的鐵精礦品質有了明顯提高，為生產高品質球團礦創造了條件。但總體上，我國球團礦質量與優質球團礦有較大的差距，集中表現在品位低、SiO₂高；堿度、MgO含量低；高溫冶金性能差；豎爐球團強度不均勻等幾個方面。

          針對鐵礦粉資源造成的球團礦質量問題，應采用合理配加進口高品位鐵精礦的措施。而對占我國球團礦產能將近一半的豎爐球團質量不均勻的問題，以及我國目前和今后煉鐵生產發展，高爐容積的不斷擴大，對原料要求的不斷提高，而適合高質量、大型化球團礦生產的工藝裝備將是鏈篦機一回轉窯和帶式機。同時今后將不可避免的要使用部分高品位赤鐵礦精礦進行球團礦的生產，帶式焙燒機的建設和應用應得到高度重視。

3  進口鐵精礦資源

           隨著國內球團礦生產規模的擴大，大量的使用進口鐵精礦粉勢在必行，進口鐵精礦粉的使用有助于改善我國球團礦生產的原料條件。特別是進口鐵精礦粉大部分為高鐵、低硅型鐵礦粉，對于改善我國球團礦的質量具有重要的作用。

          目前進口和將來有可能使用的進口鐵精礦粉主要有巴西赤鐵礦精礦粉、智利磁鐵礦精礦粉、委內瑞拉磁鐵礦精礦粉、秘魯磁鐵礦精礦粉和澳大利亞磁鐵礦精礦粉。

          由于進口鐵精礦粉產地、礦物特征、結晶程度、晶粒大小、表面形態、粒度構成等方面存在較大的差異，使得進口鐵精礦粉在球團礦生產中差異很大，這些差異將對球團生產及球團礦質量產生不同的影響。

          對于智利、委內瑞拉、秘魯等國家及澳大利亞將要開采的磁鐵礦精礦粉，由于磁鐵礦在焙燒中氧化成赤鐵礦，同時氧化放熱，并伴隨晶形轉變，高溫作用下的鐵精礦粉固體質點易擴散反應形成晶橋，進而再結晶將鐵礦粉顆粒粘結起來，具有較好的固相再結晶強度，需要的球團礦焙燒溫度低、球團礦質量較好，雖然國內企業在球團礦生產中愿意配加這些進口礦，且具有生產經驗，但因資源緊張，不能滿足國內球團礦發展的需要。

          從國內球團礦的生產發展來看，鐵精礦粉資源主要將來自鐵礦資源豐富的巴西，其特點是品位較高，粒度較細。雖然巴西卡拉加斯赤鐵礦球團粉具有較好的性能，但巴西出口的球團精礦的鐵礦類型將來主要是鏡鐵礦類型。

          鏡鐵礦在礦物類型上屬于赤鐵礦，是結晶非常好的赤鐵礦，外觀呈片狀，具有金屬光澤，明亮如鏡，因此通常稱該類型赤鐵礦為鏡鐵礦。對于鏡鐵礦生產球團礦而言，存在兩方面的困難，一是造球，二是焙燒。從造球來看，由于其是片狀結構，表面光滑，親水性弱、成球性差；從焙燒性能看，其結構致密，Fe₂O₃晶粒擴散阻力大，固相再結晶難以進行。

           對于巴西球團精礦粉的焙燒性能來講，赤鐵礦在氧化性氣氛下焙燒，不發生晶型轉變，原子的活動能力比氧化新生成的赤鐵礦弱，固相再結晶強度要低于磁鐵礦。特別是鏡鐵礦，要求更高的焙燒溫度。

          雖然巴西鏡鐵礦在球團生產中存在一定困難，但其品位高、SiO₂低、A1₂O₃低，通過實驗研究探索，在一定的工藝條件下，合理的使用巴西球團精粉能夠生產合格的高質量球團礦。

4  典型巴西球團精礦生產球團礦影響因素及分析

4．1原料處理及造球

          從典型的巴西球團精礦——鏡鐵礦的性能來看，其致密、表面光滑、親水性差，雖然粒度較細，但對于球團礦生產的關鍵環節——造球來講，是非常不利的。

          適合球團礦生產造球的鐵精礦粉，不僅僅要求鐵精礦粉具有一定的粒度，同時要求鐵精礦粉有部分超細粉并達到較高的比表面積、良好的親水性。因此，對于直接進口的巴西球團精礦必須進行處理，以使其達到滿足造成球和造好球的要求，為球團礦的焙燒提供高質量的生球。

           對巴西球團精礦的處理應采取包括高壓輥磨或磨礦+高壓輥磨工藝，使得細精礦比表面積達到1700 cm²／g以上，否則將造成成球困難，或大量配加膨潤土，使得球團礦質量下降。

         采用磨礦工藝使礦粉顆粒在鋼球作用下，受碰撞、擠壓，使得鐵精礦粉細粒度的比例增加，比表面積提高，表面活性提高，親水性變好，有利于造球。高壓輥磨同樣是將精礦進行擠壓、開裂，顆粒被破壞，增加精礦的細顆粒比例，提高比表面積，新增加的礦粉表面晶格缺陷可以大大增加礦粉的表面活性，不僅改善精礦的造球性能，同時有利于焙燒性能的改善。

           從實驗結果來看，未處理的巴西精礦是不能滿足造球要求的，必須要經過磨礦處理。處理結果表明，對該類型巴西精礦單純采用高壓輥磨的方式進行簡單處理，雖然生球質量得到一定改善，但與合格生球還有差距，不能滿足焙燒要求，這與該精礦致密、硬度較高有關。而采用磨礦+高壓輥磨工藝通過球磨和高壓輥磨，精礦不僅細度增加、比表面積提高、成球性改善，生球質量達到了合格的要求。因此生產中需要根據使用的礦種，確定適宜的精礦處理工藝。

4．2焙燒溫度和時間

通過鐵精礦粉固相再結晶實驗，該精礦的固相再結晶溫度高，因此需要較高的焙燒溫度和適當的延長焙燒時間。

     從焙燒溫度來看，100％巴西精礦焙燒在1280 ℃條件下，需要30 min，球團礦抗壓強度才能達到2000 N以上。

          70％巴西精礦+30％，遷安精礦后，在1280℃條件下，焙燒時間縮短，球團礦具有優良的抗壓強度；降低焙燒溫度，球團礦的強度將有所下降。

          50％巴西精礦+50％遷安精礦后，在1250℃條件下，球團礦即具有優良的抗壓強度；焙燒時間縮短，球團礦的強度有所下降，但仍達到較好的強度指標。

          從以上結果可以看到，使用巴西精礦-鏡鐵礦進行球團礦生產，為達到合格成品球的質量要求，需要高的焙燒溫度和適當延長焙燒時間。同時從巴西精礦的使用比例來看，在目前的鏈篦機-回轉窯工藝條件下，從生產角度和設備材質、壽命、燃料種類等因素考慮，配加50％左右的巴西精礦搭配國產磁鐵礦是比較合適的。

4．3適宜的內配炭

          由于配加巴西精礦需要較高的溫度，在球團礦生產中，進行少量的內配炭，有利于提供部分熱源并降低焙燒溫度，或縮短焙燒時間，有利于提高巴西精礦的配比。

           從實驗結果看到，內配0．5％燃料后，在焙燒溫度1280℃、25 min的焙燒條件下，球團礦的抗壓強度提高；降低焙燒溫度后，在1250℃、25min的焙燒條件下，球團礦的抗壓強度仍達到較好水平；球團礦在焙燒溫度1250 ℃、縮短焙燒時間到20 min的條件下，球團礦的抗壓強度達到2000 N以上。因此，內配炭有利于配加巴西精礦的球團焙燒。

             該種巴西精礦的內配炭的比例為0．5％左右，粒度小于0．074 mm，并和精礦混合均勻。內配炭球團表層的炭在預熱過程將燃燒，球團內部的炭在焙燒過程燃燒產生的熱量被球團吸收和利用，促進再結晶的進行。因此內配炭有利于改善赤鐵精礦球團的預熱和焙燒。

4．4合理的MgO配加量

           我國酸性球團礦質量問題之一是球團礦的高溫冶金性能較差，為改善球團礦的高溫性能，配加部分MgO生產鎂質球團是有效的手段。與普通酸性球團礦相比，鎂質球團礦的還原膨脹率低、軟熔溫度高，軟熔區間窄，使得高爐透氣性改善，因而提高了高爐內間接還原率，使爐況順行、穩定，降低了焦比，提高了生產率，從而降低了煉鐵成本。

           生產鎂質球團需要選擇合適的鎂質熔劑，并和精礦一起混磨，鎂質熔劑的粒度要求小于0．074 mm。球團生產使用的鎂質熔劑主要有白云石、輕燒白云石、菱鎂石和輕燒菱鎂石等。

從實驗效果來看，細磨的白云石和菱鎂石具有良好的效果。其原因是，由于白云石和菱鎂石在預熱過程開始分解，產生新生的MgO，其反應性好，有利于化合反應的進行，在一定程度上減弱了由于MgO反應溫度高帶來的需要大幅度提高焙燒溫度的影響，同時也有利于緩解配加輕燒鎂質熔劑帶來的爆裂溫度的問題。

5  結  論

            針對國內外球團精礦的資源和改善球團礦的質量需要，合理的配加部分巴西球團精礦不僅可以緩解國內球團精粉緊缺的狀況，同時有利于利用巴西球團精礦的優勢，改善球團礦質量。針對巴西鏡鐵礦的特點，在球團生產過程中必須要對精礦進行處理，達到造球要求；同時應合理選擇巴西鏡鐵礦的配比和合理的焙燒參數；少量的內配炭對于赤鐵礦球團的生產是有益的；同時針對國內球團礦多為酸性球團礦，生產鎂質球團礦有利于改善球團礦高溫冶金性能。