針對(duì)赤鐵精粉成球性較差、焙燒溫度高，導(dǎo)致在鏈箅機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)原料中配比低的問題，對(duì)赤鐵精粉配加磁鐵精礦及采用高壓輥磨預(yù)處理造球原料的方法對(duì)巴西Minas Rio赤鐵精粉的成球性及焙燒性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，Minas Rio赤鐵精粉的成球性及焙燒性能比磁鐵精礦差，膨潤(rùn)土用量大；按6:4的比例與不同種類的國(guó)內(nèi)磁鐵精礦混合經(jīng)高壓輥磨處理后造球，膨潤(rùn)土添加量由1.5%以上最低可降至0.6%，球團(tuán)焙燒溫度可降低50-100℃，生球和焙燒球團(tuán)強(qiáng)度均可滿足生產(chǎn)要求。
目前，鐵品位高、焙燒特性好、性價(jià)比高的磁鐵礦資源越來越少。近年來，隨著鏈箅機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)工藝的發(fā)展和設(shè)備的大型化，尋找新的可用于球團(tuán)生產(chǎn)的鐵礦資源迫在眉睫。綜合目前的鐵礦石資源分布及球團(tuán)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)來看，巴西赤鐵精粉具有鐵品位高、雜質(zhì)少、儲(chǔ)量豐富及價(jià)格相對(duì)較低等優(yōu)勢(shì)，是用于球團(tuán)生產(chǎn)的理想原料，但該類礦石表面光滑、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，在豎爐球團(tuán)生產(chǎn)中配加量不超過20%，在鏈箅機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)生產(chǎn)工藝中低于40%。如果能找到合適的方法提高其在球團(tuán)生產(chǎn)原料中的配比，對(duì)我國(guó)鋼鐵行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。本文對(duì)產(chǎn)于巴西的赤鐵精粉造球及球團(tuán)焙燒特性進(jìn)行了研究，并采用高壓輥磨、配加磁鐵精礦的方式強(qiáng)化了其球團(tuán)焙燒特性，為其在球團(tuán)生產(chǎn)中的大量配入提供了理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。
1 試驗(yàn)原料
1.1 鐵精礦
本研究所用鐵精礦包括細(xì)粒MRS赤鐵精粉，國(guó)產(chǎn)磁鐵精礦JC、BC和FC。其中，細(xì)粒赤鐵精粉MRS產(chǎn)于巴西Minas Rio，由英美資源集團(tuán)生產(chǎn)。該礦已于2014年底投產(chǎn)，預(yù)計(jì)2016年產(chǎn)能可達(dá)2650萬(wàn)t；JC、BC和FC三種磁鐵精礦均來自國(guó)內(nèi)某鋼鐵企業(yè)。試驗(yàn)所用鐵精礦的化學(xué)成分如表1所示，粒度組成見表2。
由表1可見，MRS赤鐵精粉鐵品位高，堿金屬和P、S等有害雜質(zhì)少，是一種優(yōu)質(zhì)的鐵精礦；JC、BC和FC三種磁鐵精礦的鐵品位均在63%以上，為三種不同類型國(guó)產(chǎn)磁鐵精礦。其中，JC鐵精礦中MgO和S含量稍高，F(xiàn)C鐵精礦中SiO2含量較高，BC為普通磁鐵精礦。由表2可知，試驗(yàn)所用的鐵精礦中，MRS赤鐵精粉的粒度最細(xì)，其-200目和-300目含量分別達(dá)95.86%和86.64%，JC和FC中-200目含量分別達(dá)85.95%和82.05%，BC鐵精礦中-200目含量最小，為75.85%。
試驗(yàn)所用鐵精礦的成球性和比表面積如表3所示。靜態(tài)成球性指數(shù)是評(píng)價(jià)鐵精礦成球性能的重要參數(shù)。一般情況下，成球性指數(shù)高的鐵精礦擁有良好的成球性能。由表3可見，四種鐵精礦中，盡管MRS赤鐵精礦的比表面積最高，但其成球性指數(shù)僅為0.28，屬弱成球性物料，這可能與顆粒形貌和表面性質(zhì)有關(guān)。FC磁鐵礦的成球性較弱，JC和BC磁鐵精礦的成球性指數(shù)則分別為0.53和1.32，成球性能較好。
1.2 膨潤(rùn)土
試驗(yàn)所用膨潤(rùn)土為普通國(guó)產(chǎn)膨潤(rùn)土，粒度組成為-200目含量95%，其化學(xué)成分和物理性質(zhì)如表4和表5所示。按照我國(guó)對(duì)膨潤(rùn)土的分類，該膨潤(rùn)土性質(zhì)良好，滿足試驗(yàn)要求。
2 試驗(yàn)方法
對(duì)單一MRS赤鐵精礦或者M(jìn)RS赤鐵精粉與磁鐵礦按一定比例混合的混合鐵精礦進(jìn)行高壓輥磨預(yù)處理，然后將MRS赤鐵精礦、經(jīng)過高壓輥磨預(yù)處理的MRS赤鐵精礦和MRS赤鐵精礦與磁鐵精礦的混合鐵精礦進(jìn)行造球、干燥、預(yù)熱、焙燒。
鐵精礦與一定量的膨潤(rùn)土、水混合均勻后，在直徑1000mm，邊高25mm的造球圓盤中進(jìn)行造球，造球時(shí)間固定為12min。完成造球后，取樣進(jìn)行生球的落下強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和爆裂溫度的檢測(cè)。生球在105℃的烘箱中干燥4h后，采用直徑50mm的臥式電阻管爐進(jìn)行球團(tuán)預(yù)熱焙燒試驗(yàn)。按照設(shè)定的溫度和時(shí)間進(jìn)行預(yù)熱焙燒后，檢測(cè)預(yù)熱焙燒球的抗壓強(qiáng)度。
高壓輥磨處理采用250mm×300mm高壓輥磨機(jī)，輥壓35kN，輥速40r/min,入料水分8%。為了保證高壓輥磨對(duì)提升鐵精礦比表面積的效果，同時(shí)充分利用高壓輥磨機(jī)的產(chǎn)能，鐵精礦進(jìn)行高壓輥磨處理時(shí)進(jìn)行20%邊料循環(huán)。
3 試驗(yàn)結(jié)果與分析
3.1 MRS赤鐵精粉單礦造球與焙燒特性
3.1.1 赤鐵精粉造球特性
使用未經(jīng)處理的MRS赤鐵精粉進(jìn)行造球試驗(yàn)。在適宜的水分條件下，膨潤(rùn)土用量對(duì)生團(tuán)質(zhì)量的影響，膨潤(rùn)土的增加對(duì)MRS赤鐵精粉球團(tuán)生團(tuán)的落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度改善作用并不大。盡管膨潤(rùn)土用量由1.2%增加到3.0%，生團(tuán)落下強(qiáng)度由1.0次/0.5m提高到3.0次/0.5m，抗壓強(qiáng)度由8.4N/個(gè)上升至9.7N/個(gè)，但與球團(tuán)生產(chǎn)對(duì)生球質(zhì)量的要求仍有一定差距。而且，過高的膨潤(rùn)土用量不僅增加生產(chǎn)成本，同時(shí)會(huì)降低成品球鐵品位，影響高爐煉鐵的操作。由于成球性能差，未經(jīng)處理的MRS赤鐵精粉難以用于球團(tuán)生產(chǎn)。
將MRS赤鐵精粉進(jìn)行高壓輥磨預(yù)處理，使其比表面積分別達(dá)到1640cm2/g，1870 cm2/g和2110 cm2/g。然后在膨潤(rùn)土用量1.5%的條件下造球，比表面積對(duì)生球質(zhì)量的影響如圖1所示。
由圖1可知，比表面積的提高對(duì)MRS赤鐵精粉生團(tuán)的質(zhì)量有明顯的提高，尤其是生團(tuán)的落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。經(jīng)過高壓輥磨處理后，隨著MRS赤鐵精粉的比表面積由未經(jīng)處理時(shí)的1390 cm2/g逐漸提高2110 cm2/g，生團(tuán)落下強(qiáng)度由1.8次/0.5m提高到8.1次/0.5m，抗壓強(qiáng)度9.2N/個(gè)提高到20.1N/個(gè)后下降至19.4N/個(gè)，爆裂溫度由600℃以上下降到334℃。高壓輥磨提高M(jìn)RS赤鐵礦粉的比表面積，是因?yàn)楦邏狠伳ナ硅F精礦的粒度變細(xì)產(chǎn)生新生表面，同時(shí)使輥壓后的顆粒產(chǎn)生了裂縫。研究表明，高壓輥磨后鐵精礦中微細(xì)粒級(jí)的增加、顆粒形貌的不規(guī)則改變和礦物顆粒表面活性的提高，對(duì)提高鐵精礦成球性能均有明顯作用。由結(jié)果可知，MRS赤鐵精粉的比表面積達(dá)到1700 cm2/g以上時(shí)，生球質(zhì)量可以滿足球團(tuán)生產(chǎn)要求。
3.1.2赤鐵精粉球團(tuán)焙燒特性
將未經(jīng)高壓輥磨處理（S0）和經(jīng)高壓輥磨處理比表面積達(dá) 到1640cm2/g（S1），1870 cm2/g（S2）和2110cm2/g（S3）的MRS赤鐵精粉添加1.5%膨潤(rùn)土，造球、干燥后進(jìn)行管爐預(yù)熱焙燒試驗(yàn)。
預(yù)熱溫度、預(yù)熱時(shí)間對(duì)MRS赤鐵精粉球團(tuán)預(yù)熱球抗壓強(qiáng)度的影響如圖2和圖3所示。由圖2可知，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，幾種MRS赤鐵精粉球團(tuán)的預(yù)熱球抗壓強(qiáng)度均隨著預(yù)熱溫度和預(yù)熱時(shí)間的增加而提高。其中，未經(jīng)高壓輥磨處理的MRS赤鐵精粉球團(tuán)（S0）預(yù)熱球抗壓強(qiáng)度即使在1150℃的預(yù)熱溫度下也只能達(dá)到408N/個(gè)，而延長(zhǎng)預(yù)熱時(shí)間對(duì)其作用也不大，預(yù)熱球抗壓強(qiáng)度始終低于500N/個(gè)。
經(jīng)高壓輥磨處理后的MRS赤鐵精粉球團(tuán)（S1-S3）在預(yù)熱溫度1050℃時(shí)，預(yù)熱球抗壓強(qiáng)度均可以達(dá)到500N/個(gè)以上，延長(zhǎng)預(yù)熱時(shí)間時(shí)預(yù)熱球抗壓強(qiáng)度緩慢增加。此外，當(dāng)比表面積達(dá)到1870 cm2/g以上時(shí)，比表面積對(duì)MRS赤鐵精粉球團(tuán)預(yù)熱球抗壓強(qiáng)度的影響有所減弱。
焙燒溫度、焙燒時(shí)間對(duì)MRS赤鐵精粉球團(tuán)焙燒球抗壓強(qiáng)度的影響，與預(yù)熱球的情況類似，不同比表面積的MRS赤鐵精粉球團(tuán)的焙燒球抗壓強(qiáng)度均隨著焙燒溫度和焙燒時(shí)間的增加而提高。其中，未經(jīng)高壓輥磨處理的MRS赤鐵精粉球團(tuán)，在焙燒溫度1350℃、焙燒時(shí)間12min時(shí)，焙燒球抗壓強(qiáng)度只有1501N/個(gè)，延長(zhǎng)焙燒時(shí)間作用不大，無(wú)法滿足球團(tuán)生產(chǎn)的要求。經(jīng)高壓輥磨處理，MRS赤鐵精粉的比表面積達(dá)到1870cm2/g以上時(shí)，在焙燒溫度1250-1300℃、焙燒時(shí)間12min的條件下，球團(tuán)焙燒球抗壓強(qiáng)度達(dá)到2540N/個(gè)以上；進(jìn)一步延長(zhǎng)焙燒時(shí)，焙燒球抗壓強(qiáng)度有所增加，但對(duì)于比表面積達(dá)到2110 cm2/g的MRS赤鐵精粉，延長(zhǎng)焙燒時(shí)間時(shí)球團(tuán)抗壓強(qiáng)度變化不大。
高壓輥磨明顯提高了MRS赤鐵精粉球團(tuán)的預(yù)熱、焙燒性能，產(chǎn)品的抗壓強(qiáng)度得到大幅提高，原因在于經(jīng)過高壓輥磨處理，MRS赤鐵精粉的粒度變細(xì)，顆粒形貌改變，原本致密的顆粒表面產(chǎn)生許多棱角和裂紋，部分機(jī)械能蘊(yùn)藏在顆粒缺陷中，降低了高溫焙燒過程中固結(jié)反應(yīng)的活化能，使預(yù)熱、焙燒過程中的反應(yīng)更易進(jìn)行，從而提高了球團(tuán)礦的抗壓強(qiáng)度。
3.2 MRS赤鐵精粉配加磁鐵精礦造球與焙燒特性
3.2.1 赤鐵精粉配加磁鐵精礦造球特性
將MRS赤鐵精粉與磁鐵精礦JC、BC及FC分別按照6:4的比例混合，對(duì)三種混合精礦進(jìn)行高壓輥磨預(yù)處理，經(jīng)處理后的混合精礦比表面積為1800 cm2/g左右。混合精礦添加一定量的膨潤(rùn)土和水分后造球，造球時(shí)間12min。
膨潤(rùn)土對(duì)混合精礦生球質(zhì)量的影響，MRS赤鐵精粉配加三種磁鐵精礦經(jīng)高壓輥磨后造球，生球的質(zhì)量指標(biāo)均能滿足球團(tuán)生產(chǎn)要求。其中，MRS- JC混合精礦球團(tuán)在膨潤(rùn)土配加量0.6%的條件下，生球的落下強(qiáng)度為5.3次/0.5m，抗壓強(qiáng)度22.3N/個(gè)，爆裂溫度405℃；MRS-BC和MRSFC混礦精礦球團(tuán)則分別在在膨潤(rùn)土添加量為1.5%和1.2%時(shí)，生球的落下強(qiáng)度達(dá)到5次/0.5m以上，抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到26.3N/個(gè)、18.9N/個(gè)，爆裂溫度在460℃以上，均能滿足球團(tuán)生產(chǎn)要求。與MRS赤鐵精粉球團(tuán)相比，MRS赤鐵精粉配加磁鐵礦，可以降低膨潤(rùn)土添加量，生球指標(biāo)也更好，說明MRS赤鐵精粉適合于與磁鐵礦搭配使用。
3.2.2 赤鐵精粉配加磁鐵精礦的焙燒特性
MRS-JC、MRS-BC和MRS-FC三種混合鐵精礦造球干燥后，進(jìn)行管爐預(yù)熱焙燒試驗(yàn)。預(yù)熱溫度、預(yù)熱時(shí)間對(duì)三種混合精礦球團(tuán)預(yù)熱球強(qiáng)度的影響，MRS赤鐵精粉與磁鐵礦混合后，隨著預(yù)熱溫度的提高和預(yù)熱時(shí)間的延長(zhǎng)，預(yù)熱球強(qiáng)度逐漸增加，且預(yù)熱溫度的影響更加明顯。
對(duì)于三種混合精礦預(yù)熱球，在1100℃的預(yù)熱溫度下，MRS-BC預(yù)熱球強(qiáng)度最高達(dá)1436N/個(gè)，MRS-FC與MRS-JC次之，分別為1227N/個(gè)和992N/個(gè)。與圖2相比，配加磁鐵礦后，混合精礦預(yù)熱球強(qiáng)度明顯提高，說明除了高壓輥磨處理外，配合使用磁鐵礦是利用MRS赤鐵精粉生產(chǎn)球團(tuán)礦的重要措施。
焙燒溫度和焙燒時(shí)間對(duì)混合精礦球團(tuán)焙燒球抗壓強(qiáng)度的影響進(jìn)行了研究。研究結(jié)果顯示，焙燒溫度和焙燒時(shí)間對(duì)MRS赤鐵精粉與磁鐵精礦混合球團(tuán)的焙燒球強(qiáng)度均有明顯的作用。在焙燒溫度1250℃、焙燒時(shí)間12min的條件下，MRS-JC球團(tuán)焙燒球抗壓強(qiáng)度達(dá)到3284N/個(gè)，MRSBC球團(tuán)焙燒球抗壓強(qiáng)度為2904N/個(gè)，MRS-FC球團(tuán)焙燒球抗壓強(qiáng)度為2400N/個(gè)，與球團(tuán)生產(chǎn)要求差距不大。繼續(xù)延長(zhǎng)焙燒時(shí)間對(duì)提高焙燒球抗壓強(qiáng)度作用不大。
與單純MRS赤鐵精粉球團(tuán)相比，配加部分磁鐵礦可以顯著提高球團(tuán)的焙燒性能。與沒有配加磁鐵礦的情況比較可以看出，球團(tuán)焙燒溫度降低了50℃-100℃，同時(shí)成品球的抗壓強(qiáng)度大大提高。這是由于磁鐵礦的加入改善了單一赤鐵精粉的預(yù)熱、焙燒性能，磁鐵礦氧化生成的Fe2O3晶粒表面原子具有較高的遷移能力，可在較低溫度下促進(jìn)相鄰顆粒之間形成晶鍵，使球團(tuán)礦獲得較高強(qiáng)度；而高壓輥磨造成的礦物粒度變細(xì)、顆粒表面產(chǎn)生許多裂縫使晶鍵更便于聯(lián)結(jié)，球團(tuán)礦強(qiáng)度得到提高。
4 結(jié)論
1）巴西MRS赤鐵精粉成球性和焙燒性能相對(duì)磁鐵礦要差些。在膨潤(rùn)土添加量3.0%、造球時(shí)間12min的條件下，MRS赤鐵精粉球團(tuán)的落下強(qiáng)度只有3.0次/0.5m，抗壓強(qiáng)度9.7N/個(gè)；在預(yù)熱溫度1150℃、預(yù)熱時(shí)間10min、焙燒溫度1350℃、焙燒時(shí)間12min的條件下，焙燒球抗壓強(qiáng)度也只有1501N/個(gè)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于球團(tuán)生產(chǎn)要求。
2）高壓輥磨處理能改善巴西MRS赤鐵精粉的成球性和焙燒性能。經(jīng)高壓輥磨處理后MRS赤鐵精粉比表面積達(dá)到1870 cm2/g時(shí)，在膨潤(rùn)土添加1.5%、造球時(shí)間12min的條件下，生球落下強(qiáng)度達(dá)到7.5次/0.5m，抗壓強(qiáng)度20.1N/個(gè)；在預(yù)熱溫度1100℃、預(yù)熱時(shí)間10min、焙燒溫度1300℃、焙燒時(shí)間12min的條件下，焙燒球強(qiáng)度為2588N/個(gè)。
3）配加磁鐵精粉并進(jìn)行高壓輥磨處理能顯著提高M(jìn)RS赤鐵精粉的成球性和焙燒性能。MRS赤鐵精粉按6:4的比例配加不同磁鐵精礦后，膨潤(rùn)土添加量最多可降低至0.6%，球團(tuán)焙燒溫度降低50℃-100℃，生球和焙燒球團(tuán)指標(biāo)均滿足生產(chǎn)要求。