不同配比下PMC礦粉和司家營(yíng)礦粉造球工藝試驗(yàn)研究

陳樹軍，劉 凱，呂 慶

（1.東北大學(xué)材料與冶金學(xué)院，沈陽110004；2.華北理工大學(xué)冶金與能源學(xué)院，教育部現(xiàn)代冶金技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北唐山063009）

不同配比下PMC礦粉和司家營(yíng)礦粉造球工藝試驗(yàn)研究

陳樹軍1，劉 凱2，呂 慶2

（1.東北大學(xué)材料與冶金學(xué)院，沈陽110004；2.華北理工大學(xué)冶金與能源學(xué)院，教育部現(xiàn)代冶金技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北唐山063009）

為了確定PMC礦粉和司家營(yíng)礦粉兩種礦粉造球的最佳配比，利用實(shí)驗(yàn)室的球團(tuán)設(shè)備對(duì)兩種礦粉在不同配比下的球團(tuán)工藝進(jìn)行了試驗(yàn)研究.研究發(fā)現(xiàn)，在PMC礦粉∶司家營(yíng)礦粉＝8∶2的配比下，生球的成球率為91%，落下強(qiáng)度為4.15次/0.5 m個(gè)，抗壓強(qiáng)度為0.825 dN，爆裂溫度為440℃；成品球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度接近300 dN，并且通過對(duì)PMC礦粉∶司家營(yíng)礦粉＝8∶2時(shí)成品球團(tuán)礦的顯微結(jié)構(gòu)的觀察發(fā)現(xiàn)，此配比下的球團(tuán)礦礦相以赤鐵礦為主，晶粒分布密集且聯(lián)結(jié)成片，成品球團(tuán)礦的抗壓強(qiáng)度最高.因此，PMC礦粉：司家營(yíng)礦粉＝8∶2時(shí)為最優(yōu)方案.

PMC礦粉；司家營(yíng)礦粉；礦粉配比；球團(tuán)試驗(yàn)

PMC磁鐵礦是近年來河北省所使用的一種重要外礦資源，其具有較高的含鐵品味，SiO2的含量?jī)H為1%，細(xì)磨之后的礦粉成球性指數(shù)高于0.8屬優(yōu)等成球性，然而該礦的鈦、磷、銅、堿金屬含量偏高，因此，使用率受到了限制；司家營(yíng)礦粉是冀東地區(qū)重要的礦產(chǎn)資源，該礦的含鐵品味位低、硬度高、細(xì)磨困難，成球性指數(shù)僅為0.33屬弱成球性［1－4］.為了充分利用以上兩種資源，本文以這兩種礦粉為原料進(jìn)行了球團(tuán)試驗(yàn).球團(tuán)技術(shù)是一種重要的人造塊礦手段，能夠提高資源利用率［5－7］，通過對(duì)這兩種礦粉在不同配比下的球團(tuán)進(jìn)行研究，為充分利用這兩種礦產(chǎn)資源提供了重要的數(shù)據(jù)參考.

1 試 驗(yàn)

1.1 原料成分

試驗(yàn)以PMC礦粉和司家營(yíng)礦粉為原料，鈣基膨潤(rùn)土為粘結(jié)劑，進(jìn)行造球試驗(yàn)，物料成分如表1所示.

礦粉粒度對(duì)球團(tuán)工藝有著直接的影響［8］，試驗(yàn)所用的PMC礦粉和司家營(yíng)礦粉的粒度由美國(guó)庫爾特（COULTER）公司生產(chǎn)的LS230激光粒度分析儀測(cè)定，兩種礦粉的粒度分布如表2所示.

表1 物料化學(xué)成分/%Table 1 Chemical composition of material/%

表2 礦粉粒度Table 2 Particle size of mineral powder

1.2 試驗(yàn)方法

造球試驗(yàn)在圓盤造球機(jī)中進(jìn)行.其主要技術(shù)參數(shù)為：直徑 1 000 mm，邊高 250 mm，轉(zhuǎn)速20 r·min－1，傾角45°，線速度1.05 m·s－1.造好的生球經(jīng)過人工篩分，將粒徑10～16 mm的生球作為合格生球.取部分合格生球測(cè)定其抗壓強(qiáng)度、落下強(qiáng)度和生球水分等，其余合格生球干燥后備用.

把生球置于烘箱內(nèi)烘干，溫度恒定為（110±5）℃，烘干時(shí)間保證在12 h以上［9］.使用METTLER PM4000型電子天平對(duì)其進(jìn)行稱重并計(jì)算生球水分.

取直徑為10.0～12.5 mm成品球12個(gè)，從0.5 m高度自由落在10 mm厚的鋼板上，以不破裂次數(shù)計(jì)數(shù)，去除一個(gè)最大值和一個(gè)最小值，取剩下10個(gè)球的算術(shù)平均值為落下強(qiáng)度的測(cè)定結(jié)果（次·0.5－1m－1·個(gè)－1）.

取直徑為10.0～12.5 mm成品球22個(gè)，用彈簧壓力機(jī)測(cè)定每個(gè)球的強(qiáng)度，去除一個(gè)最大值和一個(gè)最小值，取剩下20個(gè)球的平均值作為抗壓強(qiáng)度的測(cè)定結(jié)果.

生球爆裂溫度的測(cè)定裝置與生球干燥裝置相同.試驗(yàn)采用動(dòng)態(tài)介質(zhì)法測(cè)定，即在Ф50×150 mm，底部均勻分布有Ф3 mm篩孔的測(cè)定罐中裝入直徑為10.0～12.5 mm生球50個(gè)，高約60 mm，將測(cè)定罐放置在以 1.0 Nm·s－1的熱介質(zhì)氣體中5.0 min，每隔50℃換一批新球，以被測(cè)生球出現(xiàn)≥4%爆裂的溫度作為生球爆裂溫度（有裂紋者即算作破裂）.

球團(tuán)焙燒試驗(yàn)在Φ80 mm管式爐內(nèi)于氧化氣氛下進(jìn)行.當(dāng)爐溫升高到指定的預(yù)熱溫度時(shí)，把預(yù)熱球放入爐內(nèi)，升溫到一定的焙燒溫度，恒溫焙燒一定時(shí)間后降溫冷卻后取出試樣.球團(tuán)抗壓強(qiáng)度測(cè)定方法按照GB/T14201—93標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行［10］.

1.3 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)分為兩個(gè)部分：生球試驗(yàn)如表3所示，焙燒試驗(yàn)如表4所示.

表3 生球試驗(yàn)方案Table 3 Scheme of the pellet test

表4 焙燒試驗(yàn)方案Table 4 Scheme of pellet roasting

2 結(jié)果與分析

2.1 生球試驗(yàn)結(jié)果與分析

生球試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示.由圖1（a）可知隨著PMC礦粉配比的增加，成球率呈先增大后降低的趨勢(shì).在PMC礦粉∶司家營(yíng)礦粉＝8∶2時(shí)，成球率最高達(dá)到了91%，與PMC礦粉∶司家營(yíng)礦粉＝1∶0的配比方案相比，高出了近8個(gè)百分點(diǎn).因此，單從成球率上看PMC礦粉∶司家營(yíng)礦粉＝8∶2的配比方案是這四個(gè)方案中最優(yōu)的.

圖1 生球試驗(yàn)結(jié)果Fig.1 Results of pellet tests

由圖1（b）可知隨著PMC礦粉配比的增加，生球的落下強(qiáng)度呈先增大后降低的趨勢(shì).PMC礦粉∶司家營(yíng)礦粉＝8∶2時(shí)，生球的落下強(qiáng)度最大.在實(shí)際生產(chǎn)中，生產(chǎn)出來的生球需要經(jīng)過多次篩分運(yùn)轉(zhuǎn)才能焙燒成成品球團(tuán)，因此，試驗(yàn)中利用落下強(qiáng)度來衡量生球抗破裂變形的能力，落下強(qiáng)度越高其能力則越強(qiáng)，按照這一標(biāo)準(zhǔn)PMC礦粉∶司家營(yíng)礦粉＝8∶2的配比方案效果最佳，能夠滿足生產(chǎn)要求.

由圖1（c）可知隨著PMC礦粉配比的增加，生球的抗壓強(qiáng)度呈先增大后降低的趨勢(shì).PMC礦粉∶司家營(yíng)礦粉＝8∶2時(shí)，生球的抗壓強(qiáng)度為0.825 dN，可以滿足生產(chǎn)要求.由于生球在焙燒過程中會(huì)受到一定的壓力，因此生產(chǎn)出來的生球必須有一定的抗壓強(qiáng)度，從試驗(yàn)結(jié)果看，PMC礦粉∶司家營(yíng)礦粉＝8∶2的配比方案，生球的抗壓強(qiáng)度最高，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)最有利.

由圖1（d）可知隨著PMC礦粉配比的增加，生球的熱爆裂溫度呈先下降后升高的趨勢(shì).PMC礦粉∶司家營(yíng)礦粉＝1∶0的配比方案熱爆裂溫度為500℃，是四個(gè)方案中最高的；PMC礦粉∶司家營(yíng)礦粉＝8∶2的配比方案的熱爆裂溫度最低為440℃.生球在進(jìn)入預(yù)熱焙燒流程之前，需要經(jīng)過干燥除去水分，這一過程中提高介質(zhì)溫度和流速能夠加速干燥的進(jìn)行.然而，若介質(zhì)溫度過高會(huì)使水分的蒸發(fā)劇烈，導(dǎo)致生球“爆裂”最終影響到球團(tuán)礦的質(zhì)量.生球爆裂溫度提供了干燥介質(zhì)能達(dá)到的最高溫度，因此，PMC礦粉：司家營(yíng)礦粉＝1∶0的配比下的生球干燥過程中介質(zhì)能達(dá)到的溫度最高，對(duì)于提高生產(chǎn)效率比較有利.

由于實(shí)際生產(chǎn)的參數(shù)確定需要綜合考慮多個(gè)因素，因此，通過以上分析可知PMC礦粉∶司家營(yíng)礦粉＝8∶2的配比方案的多項(xiàng)指標(biāo)都是四個(gè)方案中最優(yōu)的，盡管其爆裂溫度最低，但也達(dá)到了440℃，綜合考慮認(rèn)為PMC礦粉∶司家營(yíng)礦粉＝8∶2的配比方案對(duì)制造生球比較有利.

2.2 成品球試驗(yàn)結(jié)果與分析

成品球團(tuán)礦的試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示.由圖2可知，隨著PMC礦粉配比的增加成品球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度呈先增高后降低趨勢(shì).PMC礦粉∶司家營(yíng)礦粉＝8∶2的配比方案下的成品球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度最高，接近300 dN比PMC礦粉∶司家營(yíng)礦粉＝1∶0的配比方案下的成品球團(tuán)礦高出了近40 dN.球團(tuán)礦主要是通過晶橋聯(lián)結(jié)的［11］，在預(yù)熱焙燒過程中Fe3O4被氧化成Fe2O3，生成的Fe2O3晶粒在焙燒過程中進(jìn)一步長(zhǎng)大，彼此之間通過晶橋聯(lián)結(jié).形成的Fe2O3晶粒越多晶橋聯(lián)結(jié)越緊密，球團(tuán)礦的抗壓強(qiáng)度就越高.

PMC礦粉∶司家營(yíng)礦粉＝8∶2的配比方案下，成品球團(tuán)礦的顯微結(jié)構(gòu)如圖3（a）所示；PMC礦粉∶司家營(yíng)礦粉＝1∶0的配比方案下，成品球團(tuán)礦的顯微結(jié)構(gòu)如圖3（b）所示.

圖2 抗壓試驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Results of compressive strength of finished pellets

圖3 成品球團(tuán)礦的顯微結(jié)構(gòu)（反射光×600）Fig.3 Microstructures of roasted pellets

由圖3（a）可以看到，PMC礦粉∶司家營(yíng)礦粉＝8∶2的配比方案下，成品球團(tuán)礦中赤鐵礦分布密集，連晶緊密，而PMC礦粉∶司家營(yíng)礦粉＝1∶0的配比方案下，成品球團(tuán)礦中的赤鐵礦分布比較稀疏，彼此之間的聯(lián)結(jié)較少且晶體之間的晶橋細(xì)小.球團(tuán)抗壓強(qiáng)度主要是由Fe3O4氧化而來的再生赤鐵礦晶粒的發(fā)展、連接起作用［12～15］，赤鐵礦晶粒越多，連晶越緊密球團(tuán)礦的抗壓強(qiáng)度就越高，因此，PMC礦粉∶司家營(yíng)礦粉＝8∶2配比方案下的成品球團(tuán)抗壓強(qiáng)度最高.

3 結(jié) 論

試驗(yàn)表明，PMC礦粉與司家營(yíng)礦粉配比為8∶2的方案下，生球的成球率、抗壓強(qiáng)度、落下強(qiáng)度均是這4個(gè)方案中最高的，其爆裂溫度達(dá)到了440℃，成品球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度接近300 dN，綜合考慮此方案為最佳的生產(chǎn)方案.

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（編輯 張積賓）

Experimental study on the pelletizing with PMC and sijiaying ore mineral powder under different ratio

CHEN Shujun1，LIU Kai2，Lü Qing2
（1.School of Materials and Metallurgy，Northeastern University，Shengyang 110004，China；2.Key Laboratory for Advanced Metallurgy Technology，College of Metallurgy＆Energy，North China University of Science and Technology，Ministry of Education，Tangshan 063009，China）

In order to get the best proportion of PMC（Palabora Mining Co.）ore mineral powders and Sijiaying mineral powders for pelletizing，investigation was conducted on pelletizing with the two kinds of mineral powders.The results show that，the rate of ball production is 91%，drop strength is 4.15 times/0.5 m per ball，the compressive strength of green ball is 0.825 dN，explosion temperature is 440℃ and the compressive strength of roasted ball is about 300 dN，under the ratio of PMC∶Sijiaying＝8∶2，which can meet the production requirements.Besides，through the observation of its microstructure，it shows that under the ratio of PMC∶Sijiaying＝8∶2，the main mineral phase of roasted ball is hematite pellet，state of which is intensive and connecting into piece，so the compressive strength is the highest，hence the ratio of PMC∶Sijiaying＝8∶2 is the best ratio to pelletize with the two kinds of mineral powders.

PMC ore mineral powders；sijiaying mineral powder；the ratio of the powders；pelletizing tests

TF521

A

1005－0299（2016）06－0085－05

2016－07－29.

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（U1360205）.

陳樹軍：（1972—），男，高級(jí)工程師，博士.

劉 凱，E?mail：251546353＠qq.com.

10.11951/j.issn.1005－0299.20160615