翁慶強(qiáng)，郭宇峰

(1．四川省川威釩鈦冶金科技開(kāi)發(fā)有限公司，四川成都 610100;2．中南大學(xué)，湖南長(zhǎng)沙 410083)

1 引言

已有的研究和生產(chǎn)實(shí)踐表明，采用高壓輥磨預(yù)處理技術(shù)對(duì)含鐵原料進(jìn)行預(yù)處理，能改善含鐵原料的造球性能、提高預(yù)熱球及焙燒球強(qiáng)度，使球團(tuán)廠對(duì)原料性質(zhì)波動(dòng)的適應(yīng)性顯著增強(qiáng)。為此，對(duì)川威自產(chǎn)的釩鈦磁鐵礦進(jìn)行高壓輥磨試驗(yàn)研究，并獲取其用于改善釩鈦磁鐵精礦造球性能的適宜高壓輥磨制度，系統(tǒng)研究了高壓輥磨對(duì)川威釩鈦磁鐵精礦粒度組成、比表面積、靜態(tài)成球性指數(shù)和實(shí)際造球性能的影響，為川威鏈篦機(jī)－回轉(zhuǎn)窯全釩鈦球團(tuán)礦磨礦成球等提供技術(shù)參考。

2 川威釩鈦鐵精礦物理性能

通過(guò)試驗(yàn)的檢測(cè)，川威自產(chǎn)的釩鈦磁鐵精礦化學(xué)成分、粒度組成、比表面積分別見(jiàn)表1、表2、表 3。

表1 川威鐵精礦化學(xué)成分

表2 川威鐵精礦粒度分析

表3 川威釩鈦磁鐵精礦比表面積

由表1、表2、表3可知，川威釩鈦磁鐵精礦中屬高鈦型釩鈦磁鐵礦，但粒度較粗，不利于成球。

3 釩鈦鐵精礦高壓輥磨原理

高壓輥磨機(jī)是根據(jù)層壓粉碎的原理設(shè)計(jì)的，傳統(tǒng)的基于沖擊粉碎原理設(shè)計(jì)的破碎機(jī)使物料“一分為二”，而高壓輥磨機(jī)的料層靜壓粉碎則使物料“粉身碎骨”。因此高壓輥磨物料不是在破碎機(jī)工作面上或其它粉碎介質(zhì)間作單個(gè)顆粒的破碎或粉磨，而是作為一層(或一個(gè)料層)得到粉碎(見(jiàn)圖1)。該料層在高壓下形成，壓力導(dǎo)致顆粒擠壓其它鄰近顆粒，直至其主要部分破碎、斷裂，產(chǎn)生裂縫或劈碎，從而使顆粒表面明顯存在裂隙，出現(xiàn)大量棱角、尖角及新生表面。實(shí)際生產(chǎn)中，影響高壓輥磨效果的因素主要有輥磨壓力、入磨原料水分、入磨原料比表面積、給料量、輥磨次數(shù)以及是否采取輥磨邊料循環(huán)等。

圖1 高壓輥磨料層示意圖

4 釩鈦鐵精礦高壓輥磨試驗(yàn)

基于高壓輥磨在實(shí)驗(yàn)室研究與實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用上存在一定差異，本試驗(yàn)固定輥磨壓力31．36KN(約1MP)，重點(diǎn)對(duì)入磨原料水分和輥磨次數(shù)進(jìn)行了研究。根據(jù)高壓輥磨預(yù)處理所得物料造球性能，確定實(shí)驗(yàn)室條件下適宜的高壓輥磨入磨原料水分和輥磨次數(shù)。由此獲取適宜的高壓輥磨入磨原料水分和高壓輥磨預(yù)處理所需達(dá)到的物料比表面積，作為工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)選擇高壓輥磨設(shè)備及操作制度的依據(jù)。

4．1 入磨原料水分試驗(yàn)

表4為入磨原料水分對(duì)川威釩鈦磁鐵精礦性能的影響。試驗(yàn)時(shí)僅在實(shí)驗(yàn)室高壓輥磨機(jī)上進(jìn)行了1次高壓輥磨預(yù)處理。

表4 入磨原料水分對(duì)鐵精礦性能的影響

由表4可知，入磨原料水分對(duì)鐵精礦性能影響的規(guī)律性不強(qiáng)，但高壓輥磨后，鐵精礦中小于200目的含量明顯提高，比表面積顯著增大，毛細(xì)水遷移速率總體上呈下降趨勢(shì)，靜態(tài)成球性指數(shù)K在入磨水分6.5%以下時(shí)有所增大，水分達(dá)到7.0%時(shí)則略有下降。高壓輥磨預(yù)處理將會(huì)有利于改善川威釩鈦磁鐵精礦造球性能，但可能會(huì)使生球長(zhǎng)大速率降低。

表5為入磨原料水分對(duì)鐵精礦造球性能的影響，造球試驗(yàn)時(shí)，膨潤(rùn)土配比為1.5%，造球機(jī)轉(zhuǎn)速為22 r/min，造球時(shí)間為12 min。

表5 不同入磨原料水分對(duì)生球性能的影響

由表5可知，生球落下強(qiáng)度隨入磨原料水分增加呈提高趨勢(shì)，但生球抗壓強(qiáng)度略有下降，生球水分則有上升趨勢(shì)，生球爆裂溫度都在600℃以上。高壓輥磨后，生球落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度都有明顯提高。上述研究結(jié)果證實(shí)了高壓輥磨具有改善川威釩鈦磁鐵精礦的造球性能、提高生球質(zhì)量的作用。綜合考慮后，建議高壓輥磨的入磨鐵精礦水分控制在6.5%左右。

4．2 高壓輥磨次數(shù)試驗(yàn)

表6為實(shí)驗(yàn)室高壓輥磨次數(shù)對(duì)川威釩鈦磁鐵精礦性能的影響。試驗(yàn)時(shí)，固定高壓輥磨入磨原料水分為6.5%。

表6 不同輥磨次數(shù)后物料的物化性能

由表6可見(jiàn)，高壓輥磨一次后，鐵精礦粒度組成中小于200目的含量和比表面積提高幅度較大，之后隨著次數(shù)增加，增加幅度較小。從鐵精礦毛細(xì)水遷移速率變化情況來(lái)看，高壓輥磨一次后，鐵精礦毛細(xì)水遷移速率下降幅度較大，之后隨著次數(shù)增加，下降幅度較小。從鐵精礦靜態(tài)成球性指數(shù)k變化情況來(lái)看，鐵精礦靜態(tài)成球性指數(shù)k幾乎隨著高壓輥磨的次數(shù)增加呈線性增加。這表明，隨著高壓輥磨次數(shù)的增加，有利于改善鐵精礦的靜態(tài)成球性能，這是高壓輥磨有利的一面;但不利的一面是，毛細(xì)水遷移速率下降，有可能會(huì)使適宜的造球時(shí)間延長(zhǎng)。

表7為實(shí)驗(yàn)室高壓輥磨次數(shù)對(duì)川威釩鈦磁鐵精礦生球性能的影響。造球試驗(yàn)時(shí)，膨潤(rùn)土配比為1.5%，造球機(jī)轉(zhuǎn)速為22 r/min，造球時(shí)間為12 min。

表7 不同輥磨次數(shù)后物料的生球性能

表7表明，隨著輥磨次數(shù)的增加，物料的成球性能明顯增強(qiáng)，落下強(qiáng)度改善最為明顯，呈直線上升狀態(tài)。爆裂溫度隨著輥磨次數(shù)增加而逐漸降低，說(shuō)明顆粒越細(xì)，造球時(shí)顆粒間越緊密。生球抗壓強(qiáng)度也有明顯提高，不過(guò)輥磨不同次數(shù)之間變化并不明顯。

輥磨次數(shù)增加，鐵精礦比表面積增加，意味著破碎的能耗將會(huì)升高。兼顧生球性能和高壓輥磨能耗，實(shí)驗(yàn)室條件下推薦輥磨三次所得鐵精礦比表面積，作為將來(lái)工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)高壓輥磨預(yù)處理所要達(dá)到的鐵精礦比表面積。即在入磨原料水分6.5%的條件下進(jìn)行高壓輥磨預(yù)處理使鐵精礦比表面積達(dá)到1717.96 cm2/g左右。

4．3 造球條件優(yōu)化試驗(yàn)

根據(jù)以上試驗(yàn)，高壓輥磨預(yù)處理適宜的制度為:入磨原料水分為6.5%時(shí)，預(yù)處理所得鐵精礦比表面積為1717.96 cm2/g左右。為獲取在推薦的高壓輥磨處理制度下川威釩鈦磁鐵精礦的適宜造球制度，進(jìn)行了造球條件優(yōu)化試驗(yàn)。試驗(yàn)重點(diǎn)研究了膨潤(rùn)土配比、造球時(shí)間和生球水分等因素，造球時(shí)，造球機(jī)轉(zhuǎn)速22 r/min，造球時(shí)間12 min。

4．3．1 膨潤(rùn)土配比

膨潤(rùn)土配比對(duì)高壓輥磨預(yù)處理的川威釩鈦磁鐵精礦生球性能的影響試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 膨潤(rùn)土配比對(duì)高壓輥磨預(yù)處理鐵精礦生球性能的影響

由表8可見(jiàn)，隨著膨潤(rùn)土用量的增加，生球的落下強(qiáng)度和爆裂溫度逐漸提高，生球抗壓強(qiáng)度先升后降。考慮到膨潤(rùn)土用量過(guò)多會(huì)降低球團(tuán)礦品位，膨潤(rùn)土配比選為1.0%。

4．3．2 造球時(shí)間

造球時(shí)間對(duì)高壓輥磨預(yù)處理的川威釩鈦磁鐵精礦生球性能的影響試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9。造球時(shí)，膨潤(rùn)土配比為1.0%。

表9 造球時(shí)間對(duì)高壓輥磨預(yù)處理鐵精礦生球性能的影響

由表9中可知，隨造球時(shí)間的延長(zhǎng)，對(duì)提高生球的性能有利。但造球時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)降低造球機(jī)的生產(chǎn)效率，因此，推薦造球時(shí)間為12 min左右。

4．3．3 生球水分

生球水分對(duì)生球性能的影響見(jiàn)表10。試驗(yàn)時(shí)，膨潤(rùn)土配比為1.0%，造球時(shí)間為12 min。

表10 生球水分對(duì)生球性能的影響

由表10可知，生球水分由6.8%提高到7.5%，生球強(qiáng)度整體上呈提高趨勢(shì)。在實(shí)驗(yàn)室條件下，生球水分提高到7.5%時(shí)，開(kāi)始出現(xiàn)粘球盤(pán)現(xiàn)象，因此，推薦生球水分控制在7.0%左右。相對(duì)于未經(jīng)高壓輥磨預(yù)處理而言，經(jīng)高壓輥磨預(yù)處理的鐵精礦適宜的生球水分略有下降。

4．4 高壓輥磨對(duì)預(yù)熱球抗壓強(qiáng)度的影響

對(duì)于鏈篦機(jī)—回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)礦生產(chǎn)工藝，為避免生產(chǎn)過(guò)程中回轉(zhuǎn)窯“結(jié)圈”事故的發(fā)生，通常采取的重要措施之一是盡可能減少入窯粉末量。在生產(chǎn)中為達(dá)到上一目的，一般都對(duì)入窯的預(yù)熱球團(tuán)抗壓強(qiáng)度提出一定的要求。為考察高壓輥磨對(duì)預(yù)熱球抗壓強(qiáng)度的影響，本研究分別對(duì)未經(jīng)高壓輥磨預(yù)處理和經(jīng)高壓輥磨預(yù)處理的川威釩鈦磁鐵精礦在各自適宜造球制度下制備的球團(tuán)進(jìn)行了預(yù)熱試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表11。由表11可知，高壓輥磨預(yù)處理后，預(yù)熱球抗壓強(qiáng)度略有降低，但仍然遠(yuǎn)超川威公司提出的預(yù)熱球抗壓強(qiáng)度大于500 N/P的要求。導(dǎo)致高壓輥磨預(yù)處理后預(yù)熱球抗壓強(qiáng)度略有降低的原因與膨潤(rùn)土配比減少有關(guān)。

表11 高壓輥磨對(duì)預(yù)熱球抗壓強(qiáng)度情況表

5 結(jié)語(yǔ)

(1)高壓輥磨具有改善川威釩鈦磁鐵精礦的造球性能、提高生球質(zhì)量的作用。實(shí)驗(yàn)室適宜的高壓輥磨制度為:入磨原料水分為6.5%，預(yù)處理所得比表面積為1717.96 cm2/g左右。

(2)在入磨原料水分為6.5%，高壓輥磨預(yù)處理所得比表面積為1717.96 cm2/g左右的條件下，適宜的造球條件為:膨潤(rùn)土配比為1.0%;造球時(shí)間12 min;生球水分為7.0%左右;所得生球落下強(qiáng)度大于5次/(0.5 m·個(gè));抗壓強(qiáng)度大于10 N/P;爆裂溫度在520℃左右;在預(yù)熱溫度為980℃，預(yù)熱時(shí)間為10 min的條件下，所得預(yù)熱球抗壓強(qiáng)度為711 N/P。

［1］ 張一敏．球團(tuán)礦生產(chǎn)技術(shù)［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，2005．

［2］ 劉華．潤(rùn)磨技術(shù)在濟(jì)鋼球團(tuán)生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］．燒結(jié)球團(tuán)，2000，7(4)．

［3］ 張一敏．球團(tuán)理論與工藝［M］．第4版．北京:冶金工業(yè)出版社，2004．