巴西赤鐵精粉用于鞍鋼鲅魚(yú)圈球團(tuán)生產(chǎn)試驗(yàn)研究

國(guó)泉峰 ，蔣益 ，騰雪亮 ，汪立東 ，徐震 ，張小芳

（1.鞍鋼股份有限公司鲅魚(yú)圈鋼鐵分公司，遼寧 營(yíng)口 115007；2.遼寧科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院，遼寧 鞍山 114051）

球團(tuán)礦的生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)包括球團(tuán)礦穩(wěn)定的化學(xué)成分、良好的物理性能（抗壓強(qiáng)度、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度和粒度組成等）、優(yōu)質(zhì)高溫冶金性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)四個(gè)部分，其中球團(tuán)礦化學(xué)成分是最重要的指標(biāo)之一，尤其是鐵品位和SiO2含量指標(biāo)［1-4］。國(guó)外球團(tuán)礦鐵品位較高，為65.0%～66.9%；SiO2含量非常低，為1.15%～4.32%。鞍鋼股份有限公司本部球團(tuán)車(chē)間球團(tuán)礦鐵品位為64.3%～64.9%、SiO2含量為5.72%～7.14%。而鞍鋼股份有限公司鲅魚(yú)圈鋼鐵分公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“鲅魚(yú)圈”）球團(tuán)礦鐵品位年平均值為63.88%，SiO2含量年平均值為7.55%。從球團(tuán)礦化學(xué)成分指標(biāo)看，目前鲅魚(yú)圈球團(tuán)礦最突出的問(wèn)題是鐵品位低、SiO2含量超高，造成高爐煉鐵入爐礦品位低、渣比高。

巴西赤鐵精粉鐵礦石具有鐵品位高、雜質(zhì)少的優(yōu)勢(shì)，是用于球團(tuán)生產(chǎn)的理想原料之一，但該類(lèi)礦石表面光滑、結(jié)構(gòu)致密，導(dǎo)致其成球性能和焙燒性能相對(duì)磁鐵礦要差些。為了提高鲅魚(yú)圈球團(tuán)礦鐵品位，降低SiO2含量，進(jìn)行了球團(tuán)配加巴西Minas Rio赤鐵精粉部分替代高硅卡拉拉鐵精礦的實(shí)驗(yàn)室研究和工業(yè)試驗(yàn)，重點(diǎn)研究了球團(tuán)的造球性能、成品球團(tuán)冷強(qiáng)度和球團(tuán)礦鐵品位及SiO2含量變化情況。

1 實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)所用含鐵原料為卡拉拉鐵精礦、巴西Minas Rio赤鐵精粉和復(fù)合膨潤(rùn)土。原料化學(xué)成分見(jiàn)表1，鐵精礦粒度分析見(jiàn)表2，復(fù)合膨潤(rùn)土物理性能見(jiàn)表3。

表1 原料化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）Table 1 Chemical Compositions in Raw Materials（Mass Fraction） %

表2 鐵精礦粒度分析Table 2 Analysis on Grain Size of Iron Concentrates %

表3 復(fù)合膨潤(rùn)土物理性能Table 3 Physical Properties of Composite Bentonite

由表1、2可以看出，巴西Minas Rio赤鐵精粉鐵品位高達(dá)67.09%，高于卡拉拉鐵精礦1.72個(gè)百分點(diǎn)，其中SiO2含量為3.07%，遠(yuǎn)低于卡拉拉鐵精礦3.96個(gè)百分點(diǎn)，單純從化學(xué)成分方面看，球團(tuán)配加巴西Minas Rio赤鐵精粉能夠明顯實(shí)現(xiàn)提鐵降硅的目的；但是巴西Minas Rio赤鐵精粉的FeO含量較低，從FeO氧化放熱的角度分析，生產(chǎn)工藝過(guò)程需要增加煤氣的使用量來(lái)補(bǔ)償生球中FeO含量降低減少的熱量。巴西Minas Rio赤鐵精粉和卡拉拉鐵精礦不僅鐵品位高，而且粒度細(xì)，粒度＜0.074 mm比例超過(guò)97%，從粒度組成上來(lái)看，巴西Minas Rio赤鐵精粉與卡拉拉鐵精礦均可用于造球。由表3可以看出，復(fù)合膨潤(rùn)土的質(zhì)量是符合球團(tuán)生產(chǎn)要求的。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

在直徑為Φ800 mm圓盤(pán)造球機(jī)上制備生球，造球機(jī)傾角為45°，轉(zhuǎn)速為17 r/min。造球過(guò)程分為三個(gè)階段，造球時(shí)間總計(jì)12 min，其中母球形成 3 min，生球長(zhǎng)大 6 min，生球密實(shí) 3 min。落下強(qiáng)度檢測(cè)方法為取10個(gè)直徑Φ（10～15）mm的生球，從0.5 m處落下到10 mm厚的鋼板上，直到生球產(chǎn)生裂紋為止，取落下次數(shù)平均值作為生球落下強(qiáng)度的指標(biāo)，單位為次/球［5-7］。

抗壓強(qiáng)度檢測(cè)方法為取生球10個(gè)，逐個(gè)放在壓力機(jī)上，勻速壓下（加壓速度為15 mm/min），記下生球破裂時(shí)的壓力值，取壓力值的算數(shù)平均值作為抗壓強(qiáng)度指標(biāo)，單位 N/球［6-7］。

爆裂溫度檢測(cè)在豎式管爐中進(jìn)行，采用美國(guó)AC公司提出的動(dòng)態(tài)法，具體方法為取50個(gè)生球裝入不銹鋼罐中，生球在爐膛內(nèi)停留5 min，使熱氣流以1.5 m/s速度穿過(guò)生球?qū)?，?%生球破裂時(shí)的溫度定義為生球爆裂溫度［8-9］。

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

依據(jù)鲅魚(yú)圈球團(tuán)生產(chǎn)實(shí)際鐵料與復(fù)合膨潤(rùn)土配比情況，設(shè)計(jì)鲅魚(yú)圈球團(tuán)配加巴西Minas Rio赤鐵精粉實(shí)驗(yàn)方案，其中復(fù)合膨潤(rùn)土外配比為1.1%，保持不變，鐵料用巴西Minas Rio赤鐵精粉分別按0%、10%、20%、30%、40%等比例替代卡拉拉鐵精礦。

2 實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 造球?qū)嶒?yàn)結(jié)果

造球?qū)嶒?yàn)與生球爆裂溫度測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 造球?qū)嶒?yàn)與生球爆裂溫度測(cè)定結(jié)果Table 4 Results of Pelletizing Experiment and Measurement of Temperature in Green Pellet Cracking

由表4可以看出，隨著巴西Minas Rio赤鐵精粉配比的升高，生球落下強(qiáng)度下降，從基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)（0%巴西Minas Rio）的6.5次/球下降到配加40%巴西Minas Rio赤鐵精粉時(shí)的2.3次/球，較基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)下降了4.2次/球；生球抗壓強(qiáng)度降低，但降低幅度不大。可見(jiàn)，配加巴西Minas Rio赤鐵精粉對(duì)生球落下強(qiáng)度有較大影響。當(dāng)巴西Minas Rio赤鐵精粉配比為20%時(shí)，生球落下強(qiáng)度為5.1次/球，生球抗壓強(qiáng)度為12.2 N/球，滿足鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯工業(yè)生產(chǎn)要求；進(jìn)一步增加巴西Minas Rio赤鐵精粉配比，則生球指標(biāo)均降低，不符合工業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，球團(tuán)配加巴西Minas Rio赤鐵精粉比例不宜超過(guò)20%。

2.2 氧化焙燒實(shí)驗(yàn)結(jié)果

焙燒實(shí)驗(yàn)在小型電爐進(jìn)行，焙燒介質(zhì)為自然空氣。實(shí)驗(yàn)包括生球干燥、預(yù)熱、焙燒、成品球團(tuán)冷卻四部分，并對(duì)冷卻后成品球團(tuán)礦進(jìn)行理化性能檢測(cè)。電爐焙燒工藝參數(shù)見(jiàn)表5，成品球團(tuán)礦化學(xué)成分和抗壓強(qiáng)度見(jiàn)表6。

表5 電爐焙燒工藝參數(shù)Table 5 Technological Parameters for Roasting by Electric Furnace ℃

表6 成品球團(tuán)礦化學(xué)成分和抗壓強(qiáng)度Table 6 Chemical Compositions and Compressive Strength of Finished Pellets

由表6可以看出，隨著巴西Minas Rio赤鐵精粉配比的升高，球團(tuán)礦鐵品位提高，SiO2含量降低；成品球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度逐漸降低，但仍能夠滿足大型高爐要求的抗壓強(qiáng)度大于2 200 N/球的要求。當(dāng)巴西Minas Rio赤鐵精粉配比為20%時(shí)，球團(tuán)礦鐵品位比基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)提高了0.65個(gè)百分點(diǎn)，SiO2含量降低了0.74個(gè)百分點(diǎn)?？梢?jiàn)，用巴西Minas Rio赤鐵精粉替代卡拉拉鐵精礦有利于球團(tuán)礦鐵品位的提高、SiO2含量的降低。

3 工業(yè)試驗(yàn)

基于實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在鲅魚(yú)圈進(jìn)行球團(tuán)配加巴西Minas Rio赤鐵精粉工業(yè)試驗(yàn)，工業(yè)試驗(yàn)分為兩個(gè)階段，具體情況如下：

（1） 基準(zhǔn)期

2020年4月1-20日，球團(tuán)礦配加100%卡拉拉鐵精礦，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量274 t/h。

（2） 試驗(yàn)期

第一階段：2020年 4月26日-5月 7日，球團(tuán)配加10%巴西Minas Rio赤鐵精粉，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量260 t/h。

第二階段：2020年5月8-15日，球團(tuán)配加20%巴西Minas Rio赤鐵精粉，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量252 t/h。

工業(yè)試驗(yàn)期間鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯熱工參數(shù)見(jiàn)表7，球團(tuán)礦主要化學(xué)成分見(jiàn)表8，球團(tuán)礦強(qiáng)度指標(biāo)及物理冶金性能見(jiàn)表9。

表7 鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯熱工參數(shù)Table 7 Thermal Parameters for Drying Grate-Rotary Kiln

表8 球團(tuán)礦主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）Table 8 Main Chemical Components in Pellets（Mass Fraction） %

表9 球團(tuán)礦強(qiáng)度指標(biāo)及物理冶金性能Table 9 Strength Indexes and Physical Metallurgical Properties of Pellets

由表7～9可以看出，隨著巴西Minas Rio赤鐵精粉配比的升高，生球臺(tái)時(shí)水平降低，返料升高；由于巴西Minas Rio赤鐵精粉屬于赤鐵礦，F(xiàn)eO含量低，需要通過(guò)增加煤氣用量進(jìn)行熱量補(bǔ)償，因此窯頭溫度分別提高20℃和29℃，煤氣用量分別升高了57 m3/h和366 m3/h；TFe含量分別提高了0.47個(gè)百分點(diǎn)和0.62個(gè)百分點(diǎn)，SiO2含量分別降低了0.53個(gè)百分點(diǎn)和 0.35個(gè)百分點(diǎn)，CaO、MgO、Al2O3含量變化不明顯，成品球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度逐漸升高，還原膨脹率升高。綜上可見(jiàn)，配加巴西Minas Rio赤鐵精粉生產(chǎn)球團(tuán)礦的提鐵降硅效果明顯。

4 結(jié)論

（1）在化學(xué)成分方面，巴西Minas Rio赤鐵精粉鐵品位高達(dá)67.09%，SiO2含量為3.07%，粒度細(xì)，粒度＜0.074 mm比例超過(guò)97%，有利于造球。

（2）實(shí)驗(yàn)室研究表明：① 隨著巴西Minas Rio赤鐵精粉配比的升高，生球落下強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度均有所下降；成品球團(tuán)礦鐵品位提高、SiO2含量降低，成品球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度降低，但仍能滿足大型高爐指標(biāo)要求。②巴西Minas Rio赤鐵精粉配比不宜超過(guò)20%，此時(shí)生球落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均可滿足鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯工業(yè)生產(chǎn)要求。③ 當(dāng)巴西Minas Rio赤鐵精粉配比為20%時(shí)，球團(tuán)礦鐵品位較基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)提高了0.65個(gè)百分點(diǎn)，SiO2含量降低了0.74個(gè)百分點(diǎn)。

（3）工業(yè)試驗(yàn)表明：隨著巴西Minas Rio赤鐵精粉配比的升高，生球臺(tái)時(shí)產(chǎn)量降低，返料升高，成品球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度逐漸升高，還原膨脹率升高。當(dāng)巴西Minas Rio赤鐵精粉配比為20%時(shí)，窯頭溫度提高了29℃，煤氣用量升高了366 m3/h；TFe含量提高了0.62個(gè)百分點(diǎn)，SiO2含量降低了0.35個(gè)百分點(diǎn)，CaO、MgO、Al2O3含量變化不明顯，配加巴西Minas Rio赤鐵精粉生產(chǎn)球團(tuán)礦的提鐵降硅效果明顯。