（矿物加工工程专业论文）巴西镜铁矿球团工艺及机理研究.pdf

摘蔓 摘要 铁矿球团已成为高炉生产一种不可或缺的优质冶金炉料，我国铁矿球 团的快速发展，已经引起国内铁矿资源的日益紧张，寻求国外铁矿资源势 在必行。巴西镜铁矿虽然成球性和可烧性差，但其铁品位高，价格低廉的 优势将会引起越来越多的厂家注意。目前巴西镜铁矿用于球团生产的配比 一般不能超过2 0 ，因此，寻求改善高配比巴西镜铁矿球团生产的工艺 措施将有十分重要的意义。 本研究通过对巴西镜铁矿配加少量钢铁厂含铁含碳杂料或( 和) 石灰 石泥饼，以及采用造球混合料润磨预处理的措施，就使巴西镜铁矿的成球 性能和焙烧性能均得到了明显改善。通过配矿和球团工艺参数的优化，得 出最佳工艺方案为：巴西镜铁矿同时配加含铁杂料9 0 ( 含碳量2 0 3 ) 和石灰石泥饼2 9 3 ( r ：1 o ) ，在膨润土a 配比为1 5 、润磨水份6 0 、润磨时间6 m i n 、造球时间1 5 m i n 、造球水分7 5 。生球落下强度达 到4 1 次( 0 5 m ) 一，抗压强度为1 5 6 ln 个，爆裂温度大于6 0 0 。 该生球在预热温度9 0 0 ，预热时间1 5 m i n ，焙烧温度1 2 0 0 ，焙烧时间 1 5 m i n 的焙烧制度下，成品球抗压强度达到了3 4 5 0 n 个，铁品位高达 6 6 以上。因此，成功的解决了使用单一巴西镜铁矿制备球团的技术难题。 通过对巴西镜铁矿、含铁含碳杂料、石灰石泥饼以及各配矿下的混匀 矿润湿热、表面电性、成球性指数的研究发现：含铁含碳杂料、石灰石泥 饼具有良好的表面亲水性、成球性及低的表面电位，而巴西镜铁矿表面亲 水性差、成球性差及表面电位高。含铁含碳杂料和石灰石泥饼的配入能够 增大造球混合料的亲水性，使颗粒之问静电吸附引力和毛细作用力增强， 从而使生球强度显著提高。 另外，由于含碳杂料的配入使球团矿在焙烧过程中的固结形式发生了 变化，即由原生的赤铁矿晶粒长大和高温再结晶形式，改变为赤铁矿先还 原成磁铁矿后，再氧化成赤铁矿晶粒长大和再结晶的形式，从而促进f e ：0 。 晶粒长大互连。石灰石泥饼的配入使球团矿中c a o 含量增多，使c a ”向晶 格内扩散，降低了f e ：o 。晶粒的变形温度，促进其长大互连。因此，这两 种物料都很好的改善了巴西镜铁矿的焙烧性能。通过对球团矿显微矿相结 构鉴定发现，巴西镜铁矿球团中配入含铁含碳杂料或石灰石泥饼后，球团 矿显微结构明显改善，f e ：0 。结晶互连比单一巴西镜铁矿球团的显著增多。 关键词：球团，巴西镜铁矿，含铁含碳杂料，石灰石泥饼，润磨 硕：i ：学位论文a b s t r a c t a b s t r a c t i r o no r ep e l l e t sh a v eb e c o m ea h i g h q u a l i t ym e t a l l u r g yf e e d s t o c kf o ri m n m a k i n g i nt l l e b l a s t 如m a c e t h ef 酤td e v e l o p m e mo fi m no r ep e l l e t sp m d u c t i o nh a sb m u 曲ta b o u ts e r i o u s s h o n a g eo fp e l l e tf e e d i ti su 唱e n tf o r u st ol o o k f o rt h ef o r c i g ni r o nm i n er e s o u r c e s b m z i l i a ns p e c u l 撕t eh a sb e e na t t m c t t i n gm o r ea n dm o r ea n e n t i o n so f p e l l e tp r o d u c e r sd u e t oi t sh i 曲i m ng r a d ea l l dl o w e rp r i c ei ns p i t eo fp o o r b a i l a b i l i t ya 1 1 dp e l l e tb u m i n ga b i l i 何 c u r r e n t l yt h ea d d i t i o nr a t i oo fb r a z 订i a ns p e c u l a r i t ei np e l i e tf e e di sg e n e r a l l yl o w e rt | l a l l 2 0 ，t t i e r e f o r e ，i ti so f i m p o r t a l l c et od e v e l o pm e a s u r e st og r e a t l yi m p m v et h et p e l l e t i z a t i o n o fs i n g l eb r a z i l i a l ls p e c u i 耐t e i n t h er e s e a r c hs o m em e a s u r e s h a v e b e e nd e v e l o p e df o r p e l i e t i z i n g b r a z i l i a i l s p e c u l a r “e b r a z i l i a i l s p e c u l a r i t e b l e n d e dw i t hl o 、v c rm t i oo f i n p l a l l t i m na i l d c a r b o n - c o n t a i n i n gd u s to rl i m es t o n ed u s t ，w a s p r c t r e a t e db yd 踟pm i l l ，g r e a t l yi m p m v i n g t h eb a l i a b i l i t ya i l dp e l l e tm a s t i n ga b i l i t y w i t ht i l eo p t i m 岫p e l l e tf e e dp m p o r t i o n i n ga i l d p r o c e s sp a m i t l e t e r s ，t h ed i m c u l t i e si np e l i e t i z a t i o no fs i n g l eb r a z i | i a ns p e c u i a r i t eh a sb e e n 诅c k l e d t h eo p t i m 啪，p e l l e tf e e dc o n s i s t so fb r a z i l i a ns p e c u l 撕t e 、v i t h9 o i n 中l a i l ti m n a n dc a r b o n c o n t a i n i n g d u s t ( h a v i n g2 0 3 c a r b o n ) a n d o r2 9 3 l i m e s t o n ed u s t ( b a s i c i t y ：1 o ) a d d e d u n d e rt h ec o n d i t i o n so f1 5 b e n t o n i ta ，d a l l l pm i l l i n ga t6 m o i s t u r cf o r6 m i n s ，b a l l i n gf o r1 5 m i n sa t7 m o i s t u r e ，q u a l i t yg r e e n - b a l l sw e r em a d e 、v i t l l m ed m pn 啪b e ro f 4 1t i m e s 丘d m0 5 ma i l dc o m p r e s s i v es t r e n 百ho f1 5 6 l n 尹e rp e l l e t ， a 1 1 dm es h o c kt e m p e r a t u r eo f6 0 0 1 1 1 eg r e e nb a l l sw e r eh a r d e n e da t9 0 0 f o r l 5 m i i l s f o rp r e h e a t i n ga n da t1 2 0 0 f o r1 5 m i n sf o rm a s t i n g ，q u a l i t yp m d u c tw e r em a n u f a c t u r e d w i t hc o m p r e s s i v es t r e n 班ho f3 4 5 0 np e r p e l l e ta n da s s a y i n g6 6 i r o n i nt h i sp a p e r ，s u 渤c ew e t t i n gh e a t ，s u 墒c ep o t e m i a ia n db a i i a b i l i t yi n d e xo fb r a z i i i a n s p e c u l a r i t e ，i i l - p l a mi m na n dc a r b o n c o n t a i n i n gd u s t ，l i m es t o n ed u s t 卸1 dt h ep e l l e tf b e d w e r ed e t e 唧i n e dr e s p e c t i v e l yi tw a ss h o w nt h a tt h ei n p l a n ti m na i l dc a r b o n - c o n t a i n i n g d u s ta 1 1 dl i m es t o n ed u s th a v es u p e r i o r h y d m p h i l 时a 1 1 dl o w e rs i l r f a c ep o t e n t i o n ，i m p m v i n g t l l e w e n a b i l i t yo ft h ep e l l e tf e e d ，i n c r e a s i i l gi t sa c t i v i t ya n ds u a c e a t t r a c t i o nf o r c e ， r e s u l t i n gi ns t m n g e rg r e e np e l l e t s t h eh a r d e n i i l gm e c h a n i s mo ff i r i n gh e m a t i t ep e l l e t sw a sc h a n g e d 劬mt m d i t i o n a l g r o w t l la i l dr e c r y s t a l l i z a t i o no fo r i g i n a lh e m a t i t em i n e r a l st on e w l yf 0 肋酣h e m a t i t e m i n e n i sd u e t o - t h e l i g h t l yr e d u c t i o no f h e m a t i t e t o m a g n e t i t ef o l l o w e db yt h e t r e - o x i d i z a l i o no fn e w l yf o 蛐e dm a g n e t i t e 、v i t hp r e s e n c eo fc a r b o n b e a r i n gd u s t i nt h e c o n t r a s t ，m eh a r d e n i n go fb r a z i l i a i ls p e c u l 砷ep e l l e t sw a se n h a l l c e db yt h ea d d i t i o no f l i m e s t o n ed u s t ，w h i c hc o u l db ee x p l a i n e dt h a tt t i er e c r y s t a l l i z a t i o na n dg r o 、v t ho fh e m a t i t e i i 硕r | ：学位论文 a b s t r a c t m i n e r a l sw a sc o n t r i b u t e dt ot h ed i f m s i o no fc a 2 + i n t oh e m a t i t el a t t i c e ，l o w e r i n gt h em e i t i n g t e m p e r a t u r ea n de n h a n c i n gs 0 1 i dp h a s er e a c t i o n s t h e r e f o r e ，b o t hi n p l a n ti r o na n d c a r b o n c o n t a i n i n gd u s ta n dl i m es t o n ed u s tc a l li m p m v et h ef i n n gb e h a v i o ro f t h eb r a z i l i a j l s p e c u l a r i t ep e l l e t s i tw a sf o u n du n d e ro p t i c a lm i c m s c o p yt h a tt h em i c r o s t m c t u r eo ft h e f i r e dp e l l e t sw a so b v i o u s l yi m p m v e d ，w h e nt h eb r a z i l i a l ls p e c u l a r i t ew a sb l e n d e dw i t h i n p l a l l ti m na n dc a r b o n c o n t a i n i n gd u s to rl i m es t o n ed u s t ，t h eh e m a t i t ec r y s t a lb o n d i n g e a c ho t h e ri nt h ep e l l e t sw a sb e t t e r t h a nt h o s e p e l i e t sm a d eb ys i n g l eb r a z i l i a ns p e c u l a r i t e k e y w o r d s ：p e l l e t i z i n g ；b r a z i l j a ns p e c u l a r i t e ；i n p l a n ti m na 1 1 dc a r b o n c o n t a i n i n gd u s t ； l j m es t o n ed u s t ；d a m pm i l j i n g 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南 大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本 研究所作的贡献均已在在论文中作了明确的说明。 作者虢哗噍丛年上月面 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文；学校可根 据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名：壹雏导师签名墨瞰日期：兰生生年上月堑日 硕： ：学位论文 第一章文献综述 第一章文献综述 1 1 铁矿球团的发展现状及趋势 1 1 1 铁矿球团在高炉生产中的地位 随着现代高炉炼铁向着高产、低耗、长寿目标发展和钢铁冶炼新流程的迅速兴起， 球团矿在钢铁工业中的使用和作用将会越来越显得迫切和重要，已成为一种不可或缺 的高炉炉料。这是目前高炉的大型化发展趋势和炉料结构优化的需要，以及球团矿本 身固有的诸多优点，使其成为一种优质冶金炉料所决定的。 球团是一种比烧结更为精致的生产工艺，球团矿的某些优点是烧结矿所无法替代 的，一方面，球团矿主要靠矿物固相固结，不同于烧结矿，主要靠烧结过程产生的液 相粘结，因此生产球团矿所需的燃料少；另一方面，由于球团矿生产节省燃料，产生 的c 0 2 少，对减少污染，改善大气环境十分有利。目前国内外普遍认为球团矿在冶 金性能上有以下优点： ( 1 ) 粒度小而均匀，有利于高炉料柱透气性的改善和气流的均匀分布。 ( 2 ) 冷态强度( 抗压和抗磨) 高，在运输、装卸和贮存时产生粉末少。 ( 3 ) 铁品位高，有利于增加高炉料柱的有效重量，提高产量和降低焦比。 ( 4 ) 还原性好，有利于改善煤气化学能的利用。 同时，随着链篦机一回转窑、带式焙烧机球团技术的发展，优质球团矿的生产以及 球团矿在炉内膨胀问题的解决( 镁球团矿的生产) 和高炉采用新的布料技术，球团矿的 良好的冶金性能得到了进一步发挥。因此，国内外钢铁企业的高炉炼铁几乎都逐渐改 变了以往的烧结矿加天然铁矿石的炉料结构，根据自身情况，采用了烧结矿+ 球团矿 + 天然铁矿石或烧结矿+ 球团矿的合理炉料结构，而且，近年来高炉炼铁球团矿的用 量在大幅增加，并获得了更好的质量指标和经济效益。 欧盟高炉炼铁，球团矿的用量在1 9 9 6 年就普遍达到2 0 以上，最高达7 0 。瑞 典的s s a b 厂为了实现精品战略，高炉采用几乎1 0 0 的球团矿，高炉利用系数达 3 5 “( m 3 d ) ，综合燃料比4 5 7 k t ，渣量仅为1 4 6k t 。西欧高炉炼铁球i 羽矿用量也在 大幅增加，以德国高炉最为典型( 见表l 1 ) ，高炉炼铁渣量明显下降，例如不莱梅为 ( 德国) 1 9 4k 鱿( 烧结矿5 1 ，球团矿4 9 ) ；霍戈文2 0 5k 卧( 烧结矿5 4 ，球团 矿4 9 ) ；霍戈斯科( 加拿大) 1 9 4 k g t ( 球团矿1 0 0 ) “1 。 在2 0 0 1 年下半年时，日本神户钢铁公司3 号高炉开始停止使用烧结矿，而大量 使用球团矿生产铁水( 7 3 球团矿，2 7 块矿) ，以替代原来主要使用烧结矿的生产 硕：l ：学位论文第一章文献综述 模式( 4 9 烧结矿，2 5 块矿，2 6 球团矿) ，实现了5 0 6k 卧的低燃料比( 焦比3 5 3 k t ，喷煤比1 5 3k 酢) ，与大量使用球团矿的世界其它高炉相比，其燃料比低1 0 左 右。另外，经过装卸和运输处理后，球团矿中仅有5 成为粉状，远远低于烧结矿”1 。 表1 1 德国1 9 9 6 年高炉球团矿的配比 近些年来，我国的炼铁高炉在优化高炉炉料的基础上，也加大了球团矿的用量， 如安钢高炉于2 0 0 0 年将球团矿配比由8 提高到了2 0 ，降低了生矿的入炉比例， 熟料比提高，减少了入炉料的含硅量与含硫量，入炉品位由调整前的5 8 2 3 上升到 调整后的5 9 8 9 ，炉况稳定顺行，渣铁比降低，成渣带下移，风口均匀活跃，炉缸 热量充沛，煤气的热能和化学能利用得到改善“1 。杭钢高炉1 9 9 9 年开始采用高配比 球团矿后，年纯利润由1 9 9 8 年的1 3 8 亿元增至2 o 亿元，2 0 0 0 年上半年进一步提高 球团矿配比后，年纯利润又增至2 0 3 亿元，高炉利用系数达到3 1 5 t ，( m 3 d ) ，综合焦 比达到4 9 9 6 7 k 趴”1 ，进入了世界先进水平。 表卜2 武钢5 号高炉的原料配比情况 时间嚣：。嚣晨黔篇警裟雩肾 武钢5 号高炉于1 9 9 3 年从澳大利亚、秘鲁、巴西、印度等国家进口了一定数量 的球团矿，代替部分天然块矿。试验和生产实践表明：在以高碱度烧结矿为主，搭配 2 硕：i 二学位论文 第一章文献综述 适量的球团矿和天然块矿的炉料结构优于不同球团矿的炉料结构，入炉焦比由5 3 1 k t 降低到4 7 0 8 1 k 卧，相应的日产量由5 4 3 4 t d 增加到5 8 4 1 5 们，一级品率也有提高。5 号高炉的炉料配比及其冶炼的主要技术指标分别见表1 2 和1 3 “1 。 由此可见，球团矿在钢铁工业中的作用显得越来越重要，已经成为一种不可缺少 的优质冶金炉料，它在国际上的使用面会越来越广，使用量也会越来越大。 1 1 2 国内外铁矿球团的发展现状 铁矿球团是2 0 世纪4 0 年代开发出来的一种细粒精矿的造块方法，它是富矿资源 日益枯竭，贫矿资源大量开发利用的结果。作为细磨精矿，采用烧结的方法来造块， 实不是一种理想的方法，无论是对造块生产的产量、质量、能耗和环境保护，都是十 分不利的。“小球烧结法”等，只是细磨精矿烧结生产的技术改进，并不能从根本上 达到象球团矿那样的冶炼效果。在国外也极少见采用细磨精矿作为烧结料的，只有前 苏联在早期( 5 0 、6 0 年代) 发展钢铁生产中采用过全精矿烧结工艺，但到7 0 、8 0 年 代亦建设了诸多球团厂，其生产规模位居世界第一。美国和其他少数国家也曾在铁矿 粉的烧结生产中配加少量细磨精矿，效果也不好，因而将细磨精矿都用来生产球团矿 l7 8 】 1 1 2 1 国外铁矿球团的发展现状 目前，全世界有2 0 多个国家生产球团矿，年总生产能力2 7 8 亿吨以上，约占烧 结、球团矿总产量的4 0 ，主要生产国家有前苏联、美国、巴西、瑞典等。美国和加 拿大就有1 2 家采选和球团企业，总精矿产量为1 亿t ，其中8 7 制成球团矿，北美洲 钢铁公司铁矿石总消耗量约8 4 0 0 万t ，北美的高炉原料大部分为球团矿，占矿石总耗 量的8 5 9 0 ”1 。 国外生产球团矿主要采用带式焙烧机和链篦机一回转窑大规模生产。美国蒂尔登 球团厂拥有世界上最大的链篦机一回转窑，年生产能力为4 0 0 万t ，链篦机宽5 6 6 m ， 长6 4 2 l m ，回转窑直径7 6 2 m ，长4 8 7 7 m 。美国格雷斯球团厂的1 5 9 5 m 2 竖炉是世界 上最大的竖炉，年生产能力5 0 万t 。巴西图巴朗球团厂带式焙烧机有效面积达7 0 8m 2 ， 年生产能力5 0 0 万t 【”1 。 国外球团矿的铁品位普遍较高，在6 5 以上，硅含量较低，在4 以下，表l 一4 列出了国外几种球团矿的主要化学成分“1 。巴西和加拿大铁矿公司的球团矿具有优 良的化学成分，机械强度和冶金性能，属优质酸性炉料。印度球团矿具有优良的化学 成分，较高的机械强度和较优良的冶金性能，还原膨胀指数偏高，配比不宜过大。秘 鲁球团矿具有优良的化学成分和较高的机械强度，但还原性能和软化性能稍差，也属 较优质的酸性炉料。澳大利亚球团矿的品位稍低，a 1 2 0 3 含量偏高，还原性也稍差， 坷il 学位论文第一章文献综述 冶金性能尚属优良“”。 表卜4 国外球团矿的主要化学成分 1 1 _ 2 2 国内铁矿球团的发展现状 近年来，我国球团工艺发展迅速，1 9 9 0 年我国球团矿生产厂家只有1 5 个，年产 球团矿5 4 5 万t ；1 9 9 7 年底，发展为2 2 家，年产球团矿约1 0 4 4 万t ；到2 0 0 3 年，发 展到4 0 多家，年产球团矿约2 5 0 0 万t ，占炉料比例的1 0 ，共有竖炉厂家3 7 家，竖 炉5 8 座，普遍采用8 m 2 左右，共4 7 0 m 2 ，年生产能力2 0 0 0 万t ；同时还有包钢和鞍 钢二条带式机生产线，年生产能力3 1 0 万t ：已投产的首钢迁安2 0 0 万t a ，武钢矿业 公司程潮铁矿1 2 0 万t a ，柳钢1 2 0 万t a 的链篦机一回转窑生产线“1 ，还有正在 建设和即将投产的昆钢2 1 2 0 万t a ，鞍钢弓长岭矿二期2 0 0 万t a ，太钢峨口1 8 0 万t a ，攀枝花企业公司1 2 0 万t a 及武钢鄂州5 0 0 万t a “1 ；至今，国内大中型钢 铁企业都在扩建或新建球团厂，以适应高炉炼铁的需要。 就我国球团生产而言，虽然产量有所增加，但酸性球团矿的需要量还不够，仅占 炉料比例的1 0 ，仍需从国外进口大量球团矿，而且，球团矿品位与国外先进水平相 比仍有较大差距。1 9 9 8 年我国2 3 个球团厂生产的球团矿平均含铁品位仅为6 1 0 7 ， 4 硕：i 二学位论文第一章文献综述 s i 0 2 含量平均大于6 2 5 ，与最具代表性的巴西c v r d 公司和瑞典l k a b 公司的镁 质酸性球团矿相比，含铁品位低5 ，s i 0 2 高3 4 “。现在，含铁品位一般为 6 2 6 3 左右，仍较国际先进水平低2 3 个百分点。这与高炉炉料的精料方针， 即优质球团矿的铁品位大于6 5 ，s i 0 2 含量小于3 5 ，抗压强度大于2 5 0 0 n 个，抗 磨小于3 5 “，也有一定的差距。 因此，我国球团矿生产在迈向大型化的同时，各个厂家也在致力于提高球团矿品 位，降低s i 0 2 含量，改善球团矿抗压强度及冶金性能的研究。采取的措施大致包括： 提高精矿质量和优化原料结构，如配加高铁品位的巴西赤铁矿。采用优质膨润土 或有机粘结剂，如膨润土改性和用k l p 有机粘结剂代替膨润土。采用润磨、高压辊 磨等工艺来改善原料的成球性能。竖炉改造及优化工艺参数等。 l _ 1 3 铁矿球团的发展趋势 如前所述，铁矿球团的发展正在迈向生产大型化和质量的进一步提高，此外，随 着现在铁矿资源的不断枯竭，以及环境保护的重要性，铁矿球团也在朝着另外二个方 面发展：原料种类多样化及钢铁厂含铁尘泥的综合利用。 1 1 3 1 球团原料种类多样化 我国球团生产是以竖炉为主，一般以国产磁铁精矿为主要原料，但是随着球团生 产规模的扩大，国产精矿粉的产量出现严重不足，球团矿用原料种类越来越多，来自 国内多家矿粉，另外，它们的含铁品位较低，粒度粗，一2 0um 微细粒级不够，水分 高，不利于球团矿的生产和发展。因此，国内有不少企业在筹划利用进口矿生产球团 矿，而进口的精矿粉多为赤铁矿。如使用进口秘鲁、印度、智利磁铁精矿，其中智利 磁铁精矿的t f e 为6 8 6 9 ，s i 0 ：含量不到2 ，而c a 0 、m g o 含量均在1 左右， 一2 0 0 目 9 5 ，一3 2 5 目占6 0 以上，是一种生产球团矿的好原料：同时也使用进口高 铁品位，价格低廉的巴西赤铁精矿等“8 “1 。 可见，球团原料吃“百家饭”的困境打破了以往原料种类单一化的局面，这就要 求厂家必须对各种原料进行合理搭配，因为球团原料的优化配矿可以使其在化学成 分、成球性及焙烧性能方面得到互补，对降低膨润土用量、提高球团矿的产质量都非 常重要。 1 1 3 2 钢铁厂含铁尘泥的综合利用 随着钢铁工业的发展，钢铁厂含铁尘泥的排放量逐年增加，这些含铁原料除少量 用于烧结外，其余尚未得到合理利用，这不仅造成环境污染，同时也浪费资源，因为 在尘泥中含铁较高，一般炼钢烟尘及轧钢油泥含铁高于6 0 ，而且粒度较细，小于 硕j 二学位论文 第一章文献综述 4 0 0 目( o 0 3 8 m m ) 的大于5 0 ，是生产球团矿的优质原料“”。 为此，各个钢铁厂都将这些含铁尘泥变废为宝，将它们最大限度的再利用到钢铁 生产中去，既减少环境污染，又降低球团生产成本，形成良性循环。 2 0 0 0 年济钢在1 0 m 2 球团竖炉上进行了球团配加炼钢污泥的工业试验，结果表明： 球团配加炼钢污泥可以改善生球性能，提高球团矿的质量，降低球团矿的生产成本“。 唐钢一铁厂于2 0 0 0 年尝试了用炼钢污泥代替部分膨润土生产球团矿，生产实践表明： 在其原料条件下，若将铁精矿水分控制在8 5 以内，配加8 ( 湿基) 的炼钢污泥， 可以使膨润土配比降低1 5 左右，球团矿品位提高0 8 1 o 个百分点“2 12 ”。 表卜5 喷加污泥浆前后生球指标变化 攀成钢球团厂于2 0 0 4 年进行了在球团造球盘用炼钢污泥浆代替造球添加水的工 业试验，喷加污泥浆前后生球及成品球的质量指标分别见表1 5 和l 一6 。结果表明： 由于炼钢污泥浆具有良好的粘结性能，故在球团造球盘用炼钢污泥浆代替造球添加 水，可以改善生球和成品球的质量，大幅度降低膨润土用量，提高球团矿铁品位，同 时节约了用水量，回收利用了废物，解决了环保问题“”。 另外，钢铁厂的高炉瓦斯灰、煤灰等含碳较高，若将它们有效添加到球团矿中， 就可以降低球团的焙烧温度，达到节能的目的。 表1 6 喷加污泥浆前后成品球理化性能变化 硕士学位论文 第一章文献综述 1 2 镜铁矿用于球团生产的研究现状 目前，最具典型的镜铁矿是巴西赤铁矿，由于其含铁品位高，价格低廉，为钢铁 生产所青睐，但是又由于其成球性和可烧性太差，致使烧结和球团生产都不能够大量 使用，为此，一直以来，人们都在对巴西镜铁矿进行试验研究，希望找到一种较好的 办法，最大限度及较好的利用巴西镜铁矿炼铁，既弥补现在铁矿资源的紧缺，又进一 步降低原料成本。 1 2 1 镜铁矿用于球团生产的理论研究 镜铁矿属于赤铁矿，其外表呈片状具有金属光泽，明亮如镜，结晶完好，非常致 密。其应用于球团生产有两大困难：一是，结晶致密、片状结构、粘结性差使其成球 性很差，既难自身成球，也不易粘附在其它矿物颗粒上，所以球团生产时加入一定比 例的镜铁矿会使生球质量明显下降：二是，由于镜铁矿属于赤铁矿，铁氧化程度高而 难形成低熔点化合物，故可烧性较差，所以决定了其焙烧温度比磁铁矿的要高。在1 2 0 0 以下，赤铁矿的矿石颗粒及球团矿结构一直保持其原有形态，各颗粒虽然彼此靠近， 但无任何的连接，只有温度超过1 3 0 0 时，才能观察到晶体颗粒明显长大，小晶粒之 间才形成初期的连接桥，到1 3 5 0 时，可以观察到再结晶，与此同时，球团矿的抗压 强度亦随温度升高而增加，但是焙烧温度亦不能太高，在温度超过1 3 5 0 时，赤铁矿 便开始按下式分解： 6 f e 2 0 3 4 f e 3 0 4 + 0 2 生成磁铁矿和氧，结果是造成球团矿强度的下降。可见，镜铁矿的焙烧温度不仅高， 而且也不好控制，给球团生产带来难度“”。 1 _ 2 2 镜铁矿用于球团生产的实践 巴西镜铁矿是目前钢铁生产用得最多的镜铁矿，其化学成分构成优良，具有高铁 中硅、低铝的特点，含铁量最高达到6 8 5 以上。但是因为这种矿颗粒本身不易成球， 在烧结料层中无论是以什么姿态放置，都是增加透气阻力的因素，故一般烧结厂常因 技术上难以突破而放弃使用。所以，全球范围内此类矿粉的资源闲置，价格低廉，一 般低于常用其它矿粉的4 0 5 0 元t 不等。巴西镜铁矿的另一个特点是粒度较细，因此， 为了提高球团矿的铁品位，降低原料成本，许多球团厂家均纷纷投入大量的人力和物 力，进行这方面的技术开发和应用，尝试着将巴西镜铁矿应用到球团生产中去”。 济钢球团厂于2 0 0 0 年进行了配加巴西镜铁矿的生产试验，结果表明：配加1 2 的巴西镜铁矿后，球团矿铁品位提高o 6 9 ，f e 0 含量有所下降，球团矿质量有所 硕士学位论文第一章文献综述 改善：配加巴西镜铁矿后，竖炉燃烧室温度提高了约5 0 ，煤气用量增加约3 0 4 0 m 3 t ，配比超过1 0 时，竖炉状况开始恶化，并随其配比增加愈加明显：当配比 超过1 2 后，生球质量开始下降，配比达到1 5 左右时，生球的各项质量指标明显 降低，粘结剂用量随之升高，造成球团矿铁品位不升反降，故配比不能太高，以1 0 1 2 为宜：在巴西镜铁矿配比1 2 时，综合球团矿铁品位提高带来的效益及煤 气用量提高增加的生产成本，可以获得经济效益1 9 4 2 2 万元“”。 为进一步提高高炉精料水平，改善技术经济指标，唐钢针对原料供应状况，采取 了竖炉球团配加巴西镜铁矿的措施，所用巴西镜铁矿的t f e 为6 8 4 2 ，s i 0 2 含量仅 为1 2 7 ，而且价格低廉。生产实践表明：适当配加巴西镜铁矿对生球质量影响不大， 但配比不宜过高，以2 0 左右为宜，焙烧温度需相应提高3 0 6 0 左右，以满足 球团固结所需热量，保证球团矿质量。随着巴西镜铁矿配比增加，球团矿铁品位提高， 还原性能和软化性能得到改善”，。 1 3 改善镜铁矿球团质量的途径 针对镜铁矿用于球团生产时成球性差及可烧性差的难点，要想最大限度利用镜铁 矿进行球团生产来提高球团矿的铁品位，降低生产成本，并保证其生球和成品球产质 量符合生产要求，则必须采取有效措旌。在目前国内外球团生产中，镜铁矿最大使用 配比为l o 2 0 的情况下，已利用的有效措施大致有三种：利用润磨工艺，改善 混合料的成球性能，提高生球的质量；用优质膨润土或有机粘结剂代替一般膨润土， 即在不加大膨润土配比的情况下，仍然保证生球的质量；配加含碳质原料，改善含 赤铁矿球团的焙烧温度，降低能源消耗。 1 - 3 1 润磨工艺改善镜铁矿成球性 润磨技术在铁矿球团生产中能够得到广泛应用，就是因为它能够改善造球原料的 成球性，提高生球的产质量指标，同时降低膨润土用量，提高球团矿铁品位。铁矿粉 经过润磨处理后，细度降低，0 0 7 4 m m 含量可以提高8 1 2 个百分点，并且粒度分 布更为合理，比表面积增大，暴露出很多新鲜表面，针状和片状颗粒含量百分比增加， 其表面的吸附能力和表面活性提高，成球性愈好，使膨润土更好地与铁矿粉混合，并 附在其表面上、间隙中；同时，由于润磨而形成的热量，能够进一步降低物料含水量 约1 个百分点。所以，物料经过润磨后，在大幅降低膨润土掺入量的条件下，所造的 球粒度均匀，强度高，碎球少。目前，我国已有润磨工艺的球团厂家越来越多，如南 钢、济钢、成钢、长钢、武钢大冶铁矿、马钢、邢钢及涟钢等“1 。 硕士学位论文 第一章文献综述 可见，润磨技术应该是改善镜铁矿成球性的一种有效措施。对已有润磨工艺的球 团厂而言，要想配加部分巴谣镜铁矿提高球团矿铁品位，应该是可行的。目前，国内 就有一些球团厂已经进行了这方面的尝试。 例如，济钢球团厂于2 0 0 0 年为了配加1 0 左右的t f e 为6 8 左右，s i 0 2 含量小 于1 5 0 的巴西赤铁矿，又要达到降低膨润土消耗的目的，故增设了润磨工艺，从而 使造球物料粒度变细，粒度组成趋于合理，表面活性增加，混匀效果增强，结果实现 了膨润土单耗降低1 l k 舭，成品球铁品位上升0 7 的较好效果“1 。 表卜7 润磨时间对配8 0 巴西赤铁矿造球的影响 2 0 0 3 年6 月柳钢1 2 0 万吨氧化球团工程投产( 采用链篦机一回转窑工艺) ，使用 的原料就是大比例巴西黑色赤铁矿配加国内磁铁矿。该巴西黑色赤铁矿也是t f e 高， 为6 7 6 ，粒度较粗，2 0 0 目粒级在7 3 左右，粘结性差，不易成球。试验表明：采 用了润磨工艺后，润磨5 m i i l ，巴西矿与国内磁铁矿比例就可以达到8 ：2 ，而且膨润土 配比亦较低，为1 7 2 o ，生球各项质量指标均较好( 见表l - 7 ) ：预热干燥温度 9 0 0 ，时问4 m i n ，焙烧温度1 2 5 0 ，焙烧时间8 m i l l 时，成品球抗压强度便可以达 到1 8 0 0 n 个一。 巴西赤铁矿共有三种：红色赤铁矿、黑色赤铁矿和黑色镜铁矿。红色赤铁矿的成 球性能较好，黑色赤铁矿成球性较差，而黑色镜铁矿几乎没有成球性“1 。从以上柳钢 的生产实践说明，只要采用润磨工艺，以及搭配少量的国内磁铁矿，巴西黑色赤铁矿 就可以作为球团矿生产的主要铁原料，可见，润磨工艺是将镜铁矿较多较好的应用于 球团矿生产的一种必要的也是有效的措施。 1 _ 3 2 采用优质膨润土或有机粘结剂 造球物料中添加粘结剂的目的就在于改善其成球性和提高生球内颗粒之间的分子 粘结力，以便提高生球的强度和热稳定性，因此，粘结剂质量的优劣对于生球的质量 影响很大。 目前，国内外球团厂广泛使用的粘结剂是膨润土，国内膨润土品种比较单一，大 9 硕士学位论文 第一章文献综述 部分是人工钠化膨润土和部分钙基膨润土。实验室试验和工业生产结果表明，不同钙 基膨润土的钠化效果差别很大，可以分为高效钠化膨润土、强制钠化膨润土和弱钠化 膨润土。添加高效钠化膨润土，能够明显改善造球效果，提高生球抗爆裂性能，球团 质量及铁品位亦得到提高：强制钠化膨润土虽然能够改善造球效果，但是生球抗爆裂 性能差，易造成炉况不顺，导致球团矿质量下降“1 。 含有机粘结剂人工钠化膨润土具有比普通钙基膨润土更优良的性能，表现为更高 的胶质价、吸水率和吸水速度，因而可以降低其在球团中的用量。如今，我国许多球 团厂家都已使用了这种含有机粘结剂的人工钠化膨润土，并取得了很好的效果，如 2 0 0 1 年莱钢烧结厂2 号竖炉使用后，膨润土用量从使用钙基膨润土时的5 降到了2 o ：首钢球团厂从2 0 0 1 年4 月使用至今，膨润土用量也由使用钙基膨润土时的3 左 右降低到1 3 ；宣钢两座竖炉膨润土用量由以前的6 降低到1 5 以下( 添加了润 磨工艺) ，球团矿品位提高了近3 ：安阳钢铁公司从2 0 0 2 年l o 月开始使用至今，膨 润土配比从以前的5 5 降低到3 5 左右；2 0 0 3 年马钢球团厂经过使用，膨润土用量 由过去的4 降到1 8 左右“。 杭钢自行研制和开发的新型复合粘结剂在试验室条件下，配比可以降至1 0 ，在 工业竖炉生产中，配比可以降至1 5 。竖炉球团生产实践表明：要用好复合膨润土， 除了复合膨润土的质量外，还与其混匀控制和合适造球水分的控制有着密切的关系 l 弼】 o 显然，选择含杂质少，粒度细而均匀，比表面积大，膨胀性、粘结性、可塑性好 的粘结剂，对于提高生球强度和干燥预热时球团的热稳定性是有益的。但是，同一种 膨润土对于不同含铁原料，以及同一种含铁原料对于不同的膨润土都有适应性差异， 因此，有必要对它们进行合理搭配。 1 3 3 配加含碳质原料 在球团混合料中添加固体燃料后造球焙烧的研究和实践是7 0 年代开始的，一般 应用于冷固结球团直接还原生产海绵铁，结果令人满意。国外少数球团厂为了降低能 源的费用，已成功地将此用于竖炉球团生产，如日本加古川钢铁厂“1 。这些年，我国 的球团厂为了降低原料成本，以及回收利用钢铁厂含铁粉尘，也都将高炉瓦斯灰等少 量配入到混合原料中进行造球，这些含铁粉尘一般都含有较高的碳，对于降低球团矿 焙烧温度有一定的积极作用。但是，造球原料中内配碳不宜太高，否则会恶化球团矿 质量。 北京科技大学的黄典冰和孔令坛教授曾对内配碳赤铁矿球团的反应动力学进行了 研究，发现：在内配固体燃料赤铁矿球团焙烧过程中，球团矿内各种反应是同时进行 的，各自的反应速度却是相互独立的，赤铁矿先被还原成磁铁矿或浮士体，然后再氧 1 0 顾：i 二学位论文第一章文献综述 化成赤铁矿的现象；内配的煤粉量应以l 1 5 为宜，过少不利于球团内的赤铁矿 向磁铁矿转化，过多则导致球团内部产生自由的f e o ，造成球团内部融化，影响其强 度1 。 因此，针对镜铁矿球团可烧性差，焙烧温度较高( 1 3 0 0 1 3 5 0 ) 的特点，可 以通过内配碳降低其焙烧温度。 1 4 选题的目的和意义 铁矿球团由于具有良好的冶金性能，以及改善高炉料柱透气性等优点，被认为是 实现高炉炉料结构优化所必需的优质炉料，其在钢铁工业中的作用显得越来越重要， 使用面越来越广，使用量也越来越大。因此，近几年我国各大钢铁企业都在大力发展 球团生产，但是随着资源的枯竭，国内外适用于球团生产的优质磁铁精矿的供应量越 来越少，许多钢铁企业不得不配加品质差的国内铁精矿，然而，这又有悖于高炉精料 的发展方向。目前，市场上闲罨着的镜铁矿由于成球性和可烧性差，同时因为技术问 题不能够很好的被利用到烧结和球团生产中去，所以价格比较低廉。众所周知，巴西 镜铁矿的铁品位很高，一般在6 8 5 左右，虽然是进口矿，运费成本较高，但是，如 果能够较好的将它利用到球团生产中去，将会大大提高球团矿的铁品位，降低高炉焦 比，综合效益仍然是十分可观的，同时，也可以缓解目前我国铁矿资源的紧张局势。 为此，本课题在以巴西镜铁矿为主要铁原料的前提下，针对巴西镜铁矿用于球团生产 时成球性差及焙烧温度高的难点，对巴西镜铁矿预处理方式以及配加钢铁厂含铁含碳 杂料和石灰石泥饼的工艺及其作用机理进行了研究，拟找到有效利用巴西镜铁矿生产 球团的措施，同时寻求理论依据。 1 5 本章小结 ( 1 ) 铁矿球团良好的冶金性能，以及改善高炉料柱透气性等优点，是实现高炉 炉料结构优化所必需的优质炉料，已成为高炉生产一种不可或缺的优质冶金炉料。 ( 2 ) 我国铁矿球团的快速发展，已经引起国内铁矿资源的日益紧张，寻求国外 铁矿资源势在必行，巴西镜铁矿虽然成球性和可烧性差，但其铁品位高，价格低廉的 优势将会引起越来越多的厂家注意。 ( 3 ) 润磨工艺、优质粘结剂的开发以及配加含碳质原料都可以改善巴西镜铁矿 在球团中的生产质量，但是其配比一般不能超过2 0 。因此，寻求改善高配比巴西镜 铁矿球团生产的工艺措施将有十分重要的意义。 硕1 ：学位论文第一二章原料性能与研究方法 第二章原料性能与研究方法 本研究所用的原料包括含铁原料、石灰石泥饼和膨润土。含铁原料为巴