镁质熔剂性球团性能及其原料特性研究

1、镁质熔剂性球团性能及其原料特性研究刘连继，肖洪，高冰，张文强，李晓云(河钢集团唐钢公司总工办，河北唐山063000) 摘要：对镁质熔剂性球团性能及其原料特性进行了分析评价，依托现有原料 条件，进行了镁质熔剂性球团的生产。结杲表明，铁精粉及添加剂性能均能 满足生产要求，其中，矿粉3中sio2含量仅为1.32%, mgo含量3.33%,但 粒度较粗，因此，配比不宜太高。与普通酸性球团相比，镁质熔剂性球团冶 金性能得到全面改善，还原性提高9.7%,还原膨胀指数降低5%,荷重软化 开始温度和终了温度分别提高27°c和28°c,开始滴落温度提高25°c,滴落 区间降低33&

2、#176;c,特征值降低到240 kpa-°co 关键词：原料特性；添加剂；球团；冶金性能study on properties of magnesian fluxed pellets and its raw materialsliu lian-ji, xiao hong, gao bing, zhang wen-qiang, li xiao-yun(chief engineer office, hbis group tangsteel company, tangshan 063000, hebei, china)abstract: the properties of magnesi

3、an fluxed pellets and its raw materials were tested and evaluated. and the magnesian fluxed pellets were manufactured under the condition of current raw materials. it is shown that the properties of powdered iron and additive can both meet production requirement. the siccontent of fine ore 3 was onl

4、y 132% and the mgo content was 333%. however, the ratio of fine ore 3, which has coarse granularity, should not be so high. compared to the normal acid pellets, the properties of magnesian fluxed pellets were nearly improved totally. the reduction index was increased 9.7%, the reduction swelling ind

5、ex was decreased 5%, the initial and final softening temperature with load were increased 27 °c and 28 °c respectively, the start dropping temperature was increased 25°c，the dropping temperature range was decreased 33°c and the characteristic value was 240 kpae°c.key words:

6、raw material property; additives; pellets; metallurgical property1引言 提高高炉入炉球团矿配比、降低烧结矿配比是缓解当前国内口益严峻的环保 形势的有效方法。同时，生产球团矿还可以更好的利用国内粒度较细的磁 铁矿粉叫 研究表明，添加含cao利mgo的熔剂可以改善球团矿成分和冶 金性能，为提高球团矿在高炉屮的配比提供条件3。因此，本文对当前原料 条件进行了分析评价，并对生产得到的镁质熔剂性球团性能和微观结构进行 研究，为球团在高炉中的使用提供参考依据。2镁质熔剂性球团原料特性及评价2.1铁精粉（1）铁精粉矿物组成及成分分析表1所示为

7、三种造球用铁精粉的矿物组成，可以看出，三种铁精粉主要矿物 组成为磁铁矿，其中矿粉1、矿粉2和矿粉3中磁铁矿的含量分别为65.46%、 63.62%和63.10%。f5o4在焙烧中氧化成f®03并伴随晶型转变，能更好的 构成晶桥。同时氧化放热，能耗较低，球团质量也较好。表1铁精粉矿物组成/%铁精粉磁铁矿碳酸铁硫铁矿赤、褐铁矿硅酸铁矿粉165.460.0850.0300.440.25矿粉263.620.170.341.930.40矿粉363.100.140.0480.580.11表2表示原料化学成分，可以看出，矿粉1和矿粉2为国内自产精矿粉，品 位较高,达到66%以上，但同时sio2含量

8、也较高,分别为5.46%和6.31%。 矿粉3品位略低，为64.33%,但sio2低，仅为1.32%,且cao和mgo含 量较高，尤其是mgo含量高达3.33%。因此，矿粉3可作为镁质熔剂性球 团的镁源，降低镁质添加剂的用量。镁质熔剂性球团中各化合物的作用各不相同，在焙烧过程中，当生球中sio2 含量较高时，sich会与fescu等矿物反应生成低熔点化合物，产生液相。这 些液相在球团固结过程中会加快结晶质点的扩散，使晶体长大速度加快；液 相熔体的表面张力会使矿石颗粒互相靠拢，使孔隙率降低，球团矿致密化； 液相充填在颗粒间，冷却时液相凝固将相邻颗粒粘结。但过多的液相，特别 是2feo*sio2在

9、球团矿快速冷却下不能析晶而呈玻璃相，性脆，强度差。同 时，液相的产生还会使球团之间相互粘结而结块。因而在生产中要加以控制。在焙烧过程中，cao会与fezch反应牛成铁酸钙。在cao加入量不多的情况 下，形成的铁酸钙加速了单个结晶离子的扩散，使赤铁矿晶粒长大速度加快。但过多的cao也能与脉石中的so、ai2o3作用形成低熔点的渣相，产生球 团粘结现象。根据高炉炼铁的精料原则要求，原料品位要高、sio2含量要低，因此上述三 种铁精粉的合理搭配可很好满足精料要求。通常，生产镁质球团矿需要额外 配加含镁熔剂，一方面增加了成本，另一方面增加了能耗。矿粉3自身含有 较高的mgo含量，是生产镁质球团矿的理想

10、原料。表2原料化学成分/%原料tfefeosio2caomgoa12o3烧损矿粉166.5627.985.460.250.561.38-3.06矿粉266.4524.566.310.150.260.84-2.48矿粉364.3326.621.320.913.330.92-1.60（2）铁精粉粒度及比表面积分析粒度组成是铁精粉原料特性的一个重要方面，也是影响造球的重要因素之 一。三种铁精粉粒度及比表面积如表3、表4所示。可以看出，矿粉1、矿 粉2、矿粉3小于0.074mm粒级的比例分别为83.6%、82.7%和34.2%,比表 面积分别为1.096m2/gs 1.061m2/g和0.533n?/

11、g。从粒度组成分析,矿粉1、 矿粉2较好，小于0.074mm粒级的比例在80%以上，比表面积在lm2/g以上。 矿粉3粒度较粗，小于0.074mm粒级比例仅为34.2%。粗颗粒矿粉成球性较 差，导致膨润土用量较大，因此，常釆用润磨、车昆磨等生产工艺，改善铁精 粉粒度组成，从而取得较好的造球效果。一般来讲，铁精粉比表面积增大可提高生球抗压强度、生球塑性和焙烧球团 的抗压强度。粒度越细，比表面积越大，fsoq氧化越快、越完全。生产镁 质熔剂性球团时，由于添加了镁质、钙质添加剂，更应当将铁矿粉和添加剂 磨细，一方面可保证焙烧过程中添加剂充分分解，另一方面有利于原料z间 的均匀混合，促进铁氧化物与添加

12、剂之间的反应，既保证了 fesoq的氧化和 fe2o3的再结晶，又可得到相应的液相。因此，为得到强度高的镁质熔剂性 球团矿，宜将矿粉进一步磨细。表3原料粒度分布/%矿 >0.15mm0.15.0.074mm0.074.0.045mm<0.045mm<0.074mm粉矿粉20.616.760.022.782.7矿 粉317.048.821.512.734.2表4原料比表面积及孔结构原料比表血积(n?/g)平均孔径(nm)孔容(ml/g)矿粉11.0964.55754c+012.497c-03矿粉21.0615.16399e+012.739e-03矿粉30.5337.63418e

13、+012.035.03颗粒的形状主要是影响比表面积，采用扫描电镜对三种铁精矿进行颗粒形貌 观察，如图1所示。可以看出，三种铁精粉颗粒主要以片状形式存在，矿粉 1、矿粉2颗粒表面较粗糙，棱角较突出，矿粉3颗粒表面较光滑，粗糙度 较小，且由于矿粉3大尺寸颗粒比例较高，因此比表面积相对较小，生产时 会对成球产生影响。因此，生产镁质熔剂性球团时，直接配加矿粉3比例不 宜太高，如进一步提高比例，需对矿粉3细磨。1-矿粉1； 2-矿粉2； 3-矿粉3图1铁精粉颗粒形貌1.2膨润土表5、表6分别表示生产球团所用膨润土化学成分和理化性能指标。可以看 出，膨润土的主要化学成分是si元素和a1元素的化合物，两者的

14、氧化物之 和占68.35%。膨润土的主要矿物组成是蒙脱石，比例为63.82%,蒙脫石的 含量直接影响膨润土的性能。膨润土的胶质价为286.35ml/g,指标较高。胶 质价是评价膨润土遇水后形成胶体的稳定性指标，胶质价越大，膨润土遇水 后越容易在水中分散开來，且保持水分的能力也越强。膨润土的膨胀容为 14ml/g,指标适中。膨胀容是表征膨润土在水中分散能力的指标，膨胀容越 大，膨润土在水中的分散能力越强，可以更均匀的分散到铁精粉颗粒之间。 -般来说，胶质价和膨胀容越大，生球性能越好。表5膨润土化学成分/%原料sio2caomgoai2o3烧损膨润土56.234.592.5612.1211.92表

15、6膨润土理化性能原料蒙脱石(%)胶质价 (ml/g)膨胀容 (ml/g)吸蓝量(g/100g)2h吸水 率()水分()膨润土63.82286.35142&1131012.66表7、表8分别表示膨润土的粒度分布和比表血积，可以看出，膨润土的粒 度较细，小于0.074mm的粒级比例达到96.4%,小于0.045mm的粒级比例 达到73.6%。并且，膨润土的比表面积远高于铁精粉，高达65.95m2/g,平均 孔径为44nm,孔容高于铁精粉，为o.i45ml/g0因此，加入膨润土可以改善 物料的成球性，因为膨润土本身是亲水性好和比表面积人的物质，所以也就 改善了造球物料的亲水性和比表面积。同时

16、还提高了颗粒间的粘结力，起着 颗粒间分子力的传递作用，其粘结性越大，生球的机械强度也就越大。由于 矿粉3粒度较粗，配加比例较高时会导致膨润土加入量升高，球团sich含量 升高，从而对球因质量和成本产生影响。表7膨润土粒度分布/%膨润0.03.622.873.696.4土表8膨润土比表面积及孔结构原料比表面积(m2/g)平均孔径(nm)孔容(ml/g)膨润土65.9534.40587e+011.453e-011.3添加剂表9所示为生产镁质熔剂性球团所用添加剂化学成分，可以看出，钙质添加 剂cao含量为49.92%, sio?含量为3.22%,烧损为44.04%。镁质添加剂 mgo含量为83.64

17、%, sio2含量为5.92%,烧损为6.96%。从化学成分分析, 两种添加剂均可满足生产要求。表9添加剂化学成分/%原料sio2caomgoai2o3烧损钙质添加剂3.2249.920.541.1644.04镁质添加剂5.921.7083.640.996.96生产镁质熔剂性球团对镁质、钙质添加剂的粒度要求非常严格。从表10中 可以看出，两种添加剂粒度均非常细，小于0.074mm粒级的比例非常高，分 别达到94.2%和96.5%0因此，从粒度分析，两种添加剂完全满足生产要求。表10添加剂粒度分布/%料 >0.15n.m0.15-0.074mm0.074.0.045mm0.045讪 <

18、;0,074mm钙质添 0.45.423.470.894.2加剂镁质添 0.13.418.877.796.5加剂2质镁熔剂性球团冶金性能分析基于对生产镁质熔剂性球i才i原料特性的分析，选择合适的铁精粉配比，通过 控制适宜的造球和焙烧制度，在链篦机回转窑上进行工业化生产。生产所得 普通酸性球团和镁质熔剂性球团化学成分见表11,其中，球团1表示普通酸 性球团，球团2表示镁质熔剂性球团，其mgo含量为1.94%,碱度为1。表11球团矿化学成分/%样品tfefeosio2caomgoa12o3r2球团164.360.256.080.490.151.040.08球团260.871.424.284.281

19、.941.021.00与普通酸性球团相比，镁质熔剂性球团冶金性能得到全面改善，如表12和 表13所示。可以看出，与普通酸性球【才i 1相比，配加添加剂制得的镁质熔 剂性球团2抗压强度由2763n降低到2668n；还原性ri由62.2%提高到 71.9%；还原膨胀指数由14.5%降低到9.5%；低温还原粉化指标rdi+35由 96.3%降低到88.1%；荷重软化开始温度和终了温度分别提高27°c和28°c； 熔滴性能全面得到改善，开始软化温度提高37°c,软化区间由141°c降低到 102°c,开始滴落温度提高25°c,滴落区间由127

20、°c降低到94°c,压差陡升 温度降低6°c,最大压差由7.2kpa降低到5.1kpa,料柱收缩高度由21.5mm 降低到18.2mm,特征值由457 kpa°c降低到240 kpa°c。综合分析可得，普通球团1抗压强度较高，还原膨胀性能一般，还原性能一 般，软化开始温度较低，软化性能较差，熔滴性能较差。镁质熔剂性球团2 还原膨胀性能较好，还原性能一般，软化开始温度较高，软化性能较好，熔 滴性能较好，抗压强度较高。表12球团矿冶金性能样品抗丿卡强度ri rsi低温还原粉化/%荷重软化性能/°cn % rd 1+6.3rdi-3.15

21、rdl0.5 tio% t40% at球团 1276362.214.59596.33.31165120540球团 2266871.99.582.78&15.41192123341表13球团矿熔滴性能试样tio°ct40°cat°cts°ctd°ctds°ctm°capmaxkpaahmnnskpa*°c球团121135141361481477.221.45710112912755球团124134101381481465.118.24027927194923镁质熔剂性球团微观结构分析3.1 xrd分析对镁质熔

22、剂性球团进行xrd分析，结果如图2所示。可以看出，球团中除 了存在fezch外，还存在一定数量的cachfezch、mgo*fe2o3和casio3o说 明在焙烧过程中，添加剂中的cao与酸性脉石sio2和fsch发生辰应，分 别生成 casio3 和 ca0*fe203o mgo 与 fe2o3 发生反应生成 mg0*fe203o cao rtk)jo.1o 00203040500070809020f图2镁质熔剂性球团xrd分析3.2矿相分析普通酸性球因矿相结构如图3所示，球团强度主要靠赤铁矿再结晶获得。从 图中可以看出，亮白色的物质为fe2o3,其结晶程度较好，而气孔尺寸较小, 形状不规则

23、，多连通气孔，因此普通酸性球团1具有较高的抗压强度。球团中脉石成分主要以so形态存在，由于球团so含量较高，达到6.08%, 还原过程屮产生浮士体后，会生成熔点较低的铁橄榄石，使得球团还原性变 差，还原膨胀率降低。前人研究的结论也证明，含有大量酸性脉石的球团 具有较低还原膨胀率。1 球团外部；2球团中心图3普通酸性球团矿相结构镁质熔剂性球团矿相结构如图4所示。添加钙质添加剂可以改善球团性能， 是由于添加剂和铁精粉粒度适宜，混合均匀，颗粒接触条件良好，促进了液 相的生成。从图屮也可以看出，赤铁矿和铁酸钙分布较均匀，形成了交织结 构，液相量较多，主要是铁酸钙，气孔形状更接近于圆形。钙质添加剂中的cao会与铁矿粉中的酸性脉石成分、铁氧化物发生反应。 球团2的碱度达到1,因此会牛成cao、so和fezos的玻璃质以及铁酸钙, 同时形成部分封闭气孔。从图屮可以看出，cao的存在明显有利于赤铁矿结 晶的长大。并且，在铁酸钙的还原过程中，在钙浮士体整个表血上生成一层 金属铁皮，而不生成金属铁晶须，这种金属铁在铁酸盐颗粒周围形成同心层, 从而抑制了球i才i的进一步膨胀，因此球i才12的还原膨胀率较低，低温还原粉 化性能较好。1 球团外部；2球团中心图4镁质熔剂性球团矿相结构针对熔剂性球团中气孔和空隙周围部位进行电镜观