第31卷第1期廣冶工程Vol.31 Nol2011年02月MINING AND METALLURGICAL ENGINEERINGFebruary 201 I復(fù)合添加劑對赤鐵礦球團性能影響的機理研究”周友連,許斌,李騫,姜濤(中南大學(xué)資源加工與生物工程學(xué)院,湖南長沙410083)摘要: 研究了復(fù)合添加劑對赤鐵礦球團性能的影響,并對其機理進(jìn)行了探索。研究表明,適量的硼砂在低溫下能生成- -定 量的液柏,有助于球團培燒過程中的固相反應(yīng),從而改善赤鐵礦球團抗壓強度,但過量的液相會阻礙晶粒的直接接觸,不利于球團中Fe2O,再結(jié)晶,降低焙燒球強度;而8I由于液相過多,還原過程粘結(jié)力減弱.惡化還原膨脹。MgO低溫下穩(wěn)定,阻礙了赤鐵礦球團中Fe20,的微結(jié)晶,降低預(yù)熱球抗壓強度,但高溫下形成高強度高熔點的鐵酸鎂系提高了焙燒球抗壓強度且改善了還原膨脹。優(yōu)化試驗表明，0. 2%硼砂和1. 75% Mg0所形成的復(fù)合添加劑能使得赤鐵礦球團既有良好的冶金性能,又能滿足球團生產(chǎn)的抗壓強度要求。關(guān)鍵詞:燒結(jié)球團;赤鐵礦;抗壓強度;還原膨脹;復(fù)合添加劑中圖分類號: TF046文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A文章編號: 0253 - 6099(2011)01 0066 -04Mechanism Research for Influence of Compound Additiveson the Properties of Hematite PelletsZHOU You-lian, XU Bin, LI Qian, JIANG Tao( Schoo of Minerals Processing & Bioengineering, Central South University, Changsha 410083 , Hunan, China)Abstract: The influence of compound additives on the properties of hematite pellets and its mechanism have beenstudied. The results show that a certain amount of liquid phase can be produced at low temperature with a moderate doseof borax, which is good for solid phase reaction in the pellet roasting process and can improve the compressive strength ofhematite pellet. But excess liquid-phase prevents erystal particles contacting each other directly, being unfavorable forFe203 rerystallization and lowering pellet compressive strength. The excess of liquid-phase results in the weakness of thebonding and worsening of reduction swelling. MgO is stable at low temperature and hinders micro-crystal of Fe2O3 inhematite pellet, so as to lower the compressive strength of preheated pellet. However it improves the compressivestrength and reduction swelling of pellet since it produces high strength ，high meling point magnesium frrite at a hightemperature. Result from optimization test shows that the compound additives which are formed with 0. 2% borax ，1.75% MgO can make the hematite pellets with good metallurgical properties ，meeting requirement of compressivestrength in pellet production.Key words: sintering and plletizing; hematite; compression strength; reduction swelling; compound additives21世紀(jì)以來,我國經(jīng)濟高速發(fā)展,對鋼鐵的需求竭,人們開始將月光投向鐵品位高的赤鐵礦。但赤鐵量不斷增大,而與此同時人們對生存環(huán)境越來越重視，礦 需要在較高的預(yù)熱、焙燒溫度和較長的預(yù)熱、焙燒時因此,高產(chǎn)、低耗、長壽且環(huán)境友好成為鋼鐵廠追求的間下才能達(dá)到生產(chǎn)要求1-10。因此降低使用赤鐵精:目標(biāo)[1-3)。合理的高爐爐料結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)這些日標(biāo)的途礦制備球團的能耗,提高其單位產(chǎn)量將在很大程度上徑。而在高爐熟料中,相對于燒結(jié)礦,球團礦在高爐冶解決資源短缺的問題,并帶來巨大的經(jīng)濟效益。煉中可起到增產(chǎn)節(jié)焦改善煉鐵技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)降低生不少研究者探索過含硼添加劑、含鎂添加劑對磁鐵成本、提高經(jīng)濟效益并且對環(huán)境友好的作用4-71。鐵礦 球團的影響,范廣權(quán)等人"-1認(rèn)為含硼添加劑雖因此,在高爐煉鐵中,加大球[團礦的比例是高爐爐料結(jié)可以中國煤化工! .焰燒球的強度,但構(gòu)的發(fā)展趨勢。隨著生產(chǎn)球團礦的高品位磁鐵礦資源的日益枯有對冶MH°認(rèn)為含鎂添加劑只.C NMHG高預(yù)熱、焰燒球的強①收稿日期: 2010-08-05作者簡介:周友連(1985-),女,江西南呂人,碩士研究生,主要從事燒結(jié)球團研究。第1期周友連等:復(fù)合添加劑對赤鐵礦球團性能影響的機理研究67度,但可以改善磁鐵礦球團的冶金性能。而在含硼、鎂壓力可調(diào)。生球制備采用圓盤造球機,其直徑為1000復(fù)合添加劑對赤鐵礦球團的影響這方面的探索研究在mm,轉(zhuǎn)速18 r/min ,傾角為47°。造球試驗中生球水分國內(nèi)較少。為10% ,造球時間為12 min, 膨潤土用量為1.8%。將本研究針對赤鐵精礦制備球團礦的缺陷,探索了制 備好的生球在105 C下烘千,在臥式管爐中進(jìn)行預(yù)復(fù)合添加劑對赤鐵礦球團抗壓強度及冶金性能的影熱焙燒試驗,預(yù)熱溫度950C,預(yù)熱時間8min;焙燒響,以期使得赤鐵礦球團既有良好的冶金性能,又能在溫度1 280 C ,焙燒時間15 min。在ZQYC智能抗壓測磁鐵礦常見的預(yù)熱、焙燒時間及溫度下滿足球團生產(chǎn)量儀上測定球團抗壓強度。然后在此基礎(chǔ)上對成品球的抗壓強度要求。的還原膨脹率進(jìn)行檢測，探索出兩種添加劑對赤鐵礦還原膨脹的影響。最后通過優(yōu)化試驗,尋找出硼砂、1原料 性能和研究方法MgO適宜配比，兩者所形成的復(fù)合添加劑能使赤鐵礦1.1 原料性能球團既有良好的冶金性能,又能在預(yù)熱溫度950 C,預(yù)本試驗所用含鐵原料為來自巴西的PFCJ赤鐵精熱時間8 min,焙燒溫度1250 C，焙燒時間12 min下礦,其化學(xué)成分見表1。從表1可知,PFCJ赤鐵精礦的滿足球團生產(chǎn)的抗壓強度要求。鐵品位高,二氧化硅含量低,其它有害雜質(zhì)少,是生產(chǎn)2結(jié)果及分析氧化球團礦的優(yōu)質(zhì)原料。由于未經(jīng)高壓輥磨預(yù)處理的PFCJ赤鐵精礦比表面積遠(yuǎn)低于球團生產(chǎn)對鐵精礦比2.1單一添加劑對球團抗壓強 度的影響表面積要求，因此,對PFCJ赤鐵精礦進(jìn)行了高壓輥磨2.1.1硼砂對球團 抗壓強度的影響硼 砂對球團抗預(yù)處理,處理后的PFCJ赤鐵精礦粒度組成見表2,其壓強度的影響見圖1。從圖1可以看出,隨著硼砂添比表面積為1 626 cm/g,靜態(tài)成球指數(shù)為0.62。試驗加 量的不斷增加,預(yù)熱球抗壓強度不斷增大,焙燒球抗所用膨潤土化學(xué)成分見表1 ,物理性能見表3。壓強度先增大后減小。這是因為,加入硼砂后,在較低溫度下就開始熔融且與球團中脈石礦物形成低熔點物表1 PFCJ 赤鐵精礦和膨潤土化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%質(zhì),它們?nèi)塾|所產(chǎn)生的少量液相使球團中顆?？拷?拉名稱FeOSiO2 Al203CaOMg0緊,并且有助于固體擴散反應(yīng)的進(jìn)行,加強了赤鐵礦球赤鐵精礦65.72 0.531.25 1.510.040.06團中預(yù)熱階段Fe203的微晶連接和焙燒階段的Fe2O3膨潤土_8.36 0.85 47.51 16. 151.59 3. 33再結(jié)晶連接,使得預(yù)熱球、焙燒球抗壓強度增大。但是Mn0_NaOK20Ps燒失當(dāng)硼砂添加量過多時,產(chǎn)生過多的液相,反而會阻礙固赤鐵精礦0.79 0.008 0.0012 0.036 0.011 2.29體顆粒直接接觸,不利于赤鐵礦球團中Fe203再結(jié)晶膨潤土0.13 1.29 1.05 0.011 0.25 14. 38連接,焙燒球強度反而降低。表2 PFCJ 赤鐵精礦粒度組成(質(zhì)量t分?jǐn)?shù))/%3200+0. 10E0. 106~ 0. 074 ~0.045~-0.0385-80mi0.074 mm0.045 mm0.0385 mm28001.725.8712.928.44 .71. 05700定-6表3膨潤士物理性能-50吸水率(2h)膨脹容膠質(zhì)價蒙脫石含址 -0.074 mm/(ml. g-'粒級含量/%-300187.56.591.088.6100.01600.00.2 0.4 0.6翱砂裕加量/%本試驗所采用的添加劑為硼砂和MgO,均為分析圈1硼砂添加對球團抗壓強度的影響純試劑。1.2 研究方法2.1.中國煤化工響MgO 對球團抗首先，分別研究單一添加劑硼砂、MgO對赤鐵礦壓強MHCNMHG看出,隨著MgO添球團抗壓強度的影響。將經(jīng)過高壓輥磨預(yù)處理的PF-加量的不斷增加,預(yù)熱球抗壓強度不斷減小，焙燒球抗CJ赤鐵精礦、硼砂或MgO同膨潤土混勻,造球。采用壓強度不斷增大。 這是因為, Mg0是高熔點物質(zhì),在中南大學(xué)研制的φ200x75mm高壓輥磨機,其轉(zhuǎn)速和較低溫度下穩(wěn)定存在，它的加入阻礙了赤鐵礦球團中6礦冶工巷第31卷預(yù)熱階段Fe203的微晶連接,從而降低了預(yù)熱球的抗Fe20,轉(zhuǎn)變成Fe,04的反應(yīng),而是生成FeO與MgO的壓強度。而在1280 C下,MgO與Fe2O,生成了鐵酸固溶體,抑制了球團礦還原體積膨脹,降低了還原膨鎂體系,此類鐵酸鹽除了本身具有較高強度外,其熔融脹率形成的液相也有利于固相擴散反應(yīng),有助于赤鐵礦球2.3優(yōu)化試驗團中顆粒的連接,均能提高焙燒球強度。在單一添加劑硼砂、MgO對赤鐵礦球團的抗壓強1350度、還原膨脹影響研究的基礎(chǔ)上,綜合考慮球團的冶金340性能及抗壓強度,進(jìn)-一步進(jìn)行了優(yōu)化試驗,此時預(yù)熱制330度為:預(yù)熱溫度950C,預(yù)熱時間8min;焙燒溫度三3003201250C,焙燒時間12min;硼砂添加量為0.2%,MgO-310添加量為1.75%。優(yōu)化試驗結(jié)果見表5。2500-300表5優(yōu)化試驗i 2000290預(yù)熱球烙燒球還原 還原 . 低溫還原粉化指數(shù)/%028抗壓強度抗壓強度膨脹+6.3 +3.15 -0.5MgO添加量/%/(N.個-) /(N.個i) /% /%mm___ mm_ mm213 75682.5913.57 99.98 99.98 0.02圈2 MgO 添加對球團抗壓強度的影響從表5可以看出,0. 2%硼砂和1. 75% MgO所形2.2添加劑對球團還原膨脹的影響取預(yù)熱溫度950 C,預(yù)熱時間8 min,焙燒溫度成的復(fù)合添加劑能使得赤鐵礦球團既有良好的冶金性1280C,焙燒時間15min的成品球進(jìn)行還原膨脹試能,又能在磁鐵礦常見的預(yù)熱、焙燒時間及溫度下滿足驗。在研究硼砂、MgO對赤鐵礦球團還原膨脹影響的球團生產(chǎn)的抗壓強度要求。同時，,兼顧預(yù)熱球、焙燒球抗壓強度,本試驗中選取以2.4機理分析下3個試驗點進(jìn)行了還原膨脹率的測定,試驗結(jié)果見分別對優(yōu)化試驗點0.2%硼砂.1. 75% Mg0和無添表4。加劑的試驗點進(jìn)行了礦相顯微結(jié)構(gòu)研究,見圖3~4。表4添加劑對球團還原膨脹的影響添加劑用量預(yù)熱球抗壓強度焙燒球杭壓強度RSI/(N.個-I) /(N.個I) /%無添加劑17929.950. 40%矚砂6593 0969.390. 40%硼砂+1. 00% MgO48385615.69圖3無添加劑焙燒球礦相顯微結(jié)構(gòu)從表4可見,無添加劑的赤鐵礦球團還原膨脹率(a)球核部分; (b)球團礦外層雖然小,但其抗壓強度在本試驗條件下遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)要求。與無添加劑的球團相比,添加0. 4%硼砂后,赤鐵礦球團抗壓強度大幅度提高,但還原膨脹率明顯增大,接近異常膨脹。而添加0.4%硼砂和1. 00%Mg0的赤鐵礦球團,預(yù)熱球抗壓強度雖有所降低,但仍高于無添加劑球團的抗壓強度，能滿足生產(chǎn)要求,而其還原膨脹率相對僅添加0.4%硼砂的球團有所下圖4有添加劑焙燒球礦 相顯微結(jié)構(gòu)降。這些說明硼砂惡化赤鐵礦球團的還原膨脹,而Mg0能改善赤鐵礦球團的還原膨脹。這是因為,赤鐵中國煤化工礦球團加入硼砂后,硼砂產(chǎn)生的低熔點物質(zhì)使得球團HCNMH G焙燒球顯微結(jié)構(gòu)以在還原早期就出現(xiàn)較多液相,使得還原過程中的粘結(jié)多孔狀結(jié)構(gòu)為主，氣孔不規(guī)則,大小不一。球核部分，力減弱,還原膨脹增大(";而MgO在赤鐵礦球團焙燒Fe20,結(jié)晶細(xì)小松散, Fe2O,再結(jié)晶只有小部分開始過程中形成了穩(wěn)定的鐵酸鎂,在還原時不會發(fā)生互連,大部分Fe20, 呈單獨粒狀處于初晶態(tài)。球團外第1期周友連等:復(fù)合添加劑對赤鐵礦球團性能影響的機理研究69層Fe,0,再結(jié)晶較球核部分好，部分互連,但仍有一部能使得赤鐵礦球團既有良好的冶金性能,又能在磁鐵礦分Fe20,呈初晶態(tài)。這是因為赤鐵礦球團焙燒過程常見的預(yù)熱、焙燒時間及溫度下具有較大的抗壓強度。中，只有在較高溫度和較長時間條件下,才能觀察到晶參考文獻(xiàn):體的明顯長大,否則只是各Fe20,顆粒相互靠近,但不[1]國家發(fā)展改革委產(chǎn)業(yè)政策司. 2007 年鋼鐵行業(yè)發(fā)展趨勢及應(yīng)重產(chǎn)生粘結(jié)或者只形成初期的連接橋。視問題[J].中國經(jīng)貿(mào)導(dǎo)刊,2007(4) :9.從圖4可以看出:加人硼砂和MgO的復(fù)合添加劑[2]周勁. 我國鋼鐵工業(yè)供需形勢分析與未來發(fā)展趨勢[J].中國經(jīng)貿(mào)導(dǎo)刊,2006(13);19-20.后,焙燒球顯微結(jié)構(gòu)也以多孔狀結(jié)構(gòu)為主,氣孔較規(guī)[3] 朱及天 洪天求.我聞鋼鐵需求預(yù)測及鐵礦資源安全供給對策則,孔徑大小相對較均勻,氣孔數(shù)量較基準(zhǔn)點要少。球[J].金屬礦山2006(10):9 -12.團礦外層:Fe2O3再結(jié)晶優(yōu)良,互連晶更多,晶粒粗大，4] 葉匡吾努力推進(jìn)我國球團礦的生產(chǎn)[]].燒結(jié)球團,2007,32構(gòu)成高強度的結(jié)構(gòu)。球核部分:Fe203再結(jié)晶仍較好，(5):1-5.互連晶較多,雖然有部分Fe203 處于微結(jié)晶狀態(tài),但是[$] 黃金堂,閉立鋼,楊 劍,等 柳鋼使用自產(chǎn)球團礦實踐[1].柳.鋼科技2004(2):10-11.整體結(jié)構(gòu)較強。這是由于加入硼砂后,其產(chǎn)生的低熔[6]葉醫(yī)吾. 歐盟高爐爐料結(jié)構(gòu)評述和我國球團生產(chǎn)的進(jìn)展[1].饒點物質(zhì)在低溫下熔融,開始與其它化合物發(fā)生固相反結(jié)球團2004 ,29(4):4-6.應(yīng),產(chǎn)生了流動性好的少量的液相,而同時加人的[7] 劉文權(quán). 對我國球團礦生產(chǎn)發(fā)展的認(rèn)識和思考[J].煉鐵,2006,MgO與Fe20,生成了鐵酸鎂體系的熔融液相,這些熔25(3):10-13.融液相使得球團中顆粒表面潤濕，并靠表面張力使顆[8] 張久銘,王貴成,何亞麗. 我國鐵礦資源的秉賦特征與可持續(xù)開發(fā)利用研究[J].中國礦業(yè),200 ,16(7):36 -39.?？拷⒗o,此外還能進(jìn)一步促進(jìn)固相擴散反應(yīng),從[9]于謙我國鐵礦石進(jìn)口址持續(xù)走高[J].港口經(jīng)濟,007(5);:而進(jìn)一步促進(jìn)了鐵酸鈣的生成與Fe20,晶粒長大互62-66.連,提高焙燒球強度。[10] 岡為群.國內(nèi)球團生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展[]].江蘇冶金,2007,35(3):21 -24.3結(jié)論[11] 范廣權(quán)鐵精礦加氧化硼球團試驗及其冶煉效果[J].燒結(jié)球團,1990(4):12- 19.1)赤鐵礦球團中加入硼砂后,其中的低熔點物質(zhì)I2] 李永清.三種含硼添加劑在燒結(jié)球團生產(chǎn)中的應(yīng)用比較[J].昆低溫下產(chǎn)生熔融液相,有助于固相反應(yīng),使得預(yù)熱球、明冶金高等?？茖W(xué)校學(xué)報,2004 ,20(1):31 -33.焙燒球抗壓強度增大。但硼砂添加量過多時,產(chǎn)生過[13] 張凱,楊兆祥. 添加硼精礦對球團抗壓強度和還原性的影響多的液相,反而阻礙固體顆粒直接接觸,不利于赤鐵礦[J].燒結(jié)球團,1998 ,23(3):25 -28.球團中再結(jié)晶連接,焙燒球強度反而降低。而熔融液[14] 張亞平,傅菊英,姜 濤,等 脈石含量對球團礦性能的影響[].燒結(jié)球團,002.27(4):11 -14.相卻使得還原過程粘結(jié)力減弱,惡化還原膨脹。2)赤鐵礦球團中加入Mg0后.MgO低溫下穩(wěn)定，[1S]) 張凱，楊兆樣B.ONOC0CHp系圍結(jié)塊的抗壓強度和還原性[J].東北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)1997,18(6);阻礙Fe203微結(jié)晶,降低頒熱球抗壓強度,而高溫下形589 -592.成的鐵酸鎂體系不僅可提高焙燒球抗壓強度,而且該體[16] 宋招權(quán). Mg0 對球團礦質(zhì)量的影響[J].燒結(jié)球團, 200 ,26系還原時不會發(fā)生Fe20,轉(zhuǎn)變成Feg0,的反應(yīng),而是生(6):22 -24.成FeO與Mg0的固溶體,抑制了球團礦還原體積膨脹。[17] 王賓,李慧敏.余 為,等以巴西赤鐵礦為主配加磁鐵礦硼鐵礦的球團試驗[J].燒結(jié)球團2008 ,3(2):19 -22.3)0.2%硼砂和1.75%MgO所形成的復(fù)合添加劑(.上接第65貞)可達(dá)到90.73%、金屬化率95.44% ,且S、P ,Si02等雜.煉鐵,2002, 21(8):53 -55.質(zhì)含量也都達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。福建省擁有大量揮發(fā)份、灰分、2] 陸明春,張學(xué)啟.直接還原法煉鐵技術(shù)的發(fā)展歷程及其應(yīng)用前景[J}.天津冶金,008(2):59 -64.含硫均較低的無煙煤,“-步法”生產(chǎn)直接還原鐵工藝[3] 李鑫邢鋼提高球團礦質(zhì)量的實踐[J]燒結(jié)球團,008,33中通過配煤調(diào)整還原劑性質(zhì),可大大降低優(yōu)質(zhì)煙煤的(5):53 -s5.用量,節(jié)約成本,同時能夠因地制宜的利用福建本地煤[4] 張一敏球團理論與工共[ M1.北京:冶金工業(yè)出版社2004.炭資源,提高福建省的鐵礦和煤炭多種資源的綜合利[5中國煤化工工藝研究[J].湖南冶用率。0H[6]張水群， 出反趣。你加友日和紙刑的項團試驗[J].燒結(jié)球團，2004 ,29(5):9-11.[1] 范曉慧,邱冠周.我國直接還原鐵生產(chǎn)的現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J].[7] YB/T 4170 - 2008.煉鋼用直接還原鐵[S].2008.