钢铁冶金专论(4)

1、从炼铁精料探讨球团技术发展方向从炼铁精料探讨球团技术发展方向范晓慧范晓慧高炉精料技术 ： “高、熟、净、小、均、稳、少、好”八字方针球团矿： “熟、净、小、均、稳、少”是其普遍具有的特征。 “高、好”是球团矿满足炼铁精料的核心内容。 我国球团转鼓强度都在90%以上。因此主要讨论提高球团矿TFe和改善球团矿冶金性能。 高炉精料高炉精料提高球团矿提高球团矿TFe厂家鞍钢弓长岭鞍钢齐大山太钢尖山本钢南芬选矿技术阳离子反浮选阴离子反浮选阴离子反浮选磁选柱铁矿类型磁铁矿赤铁矿磁铁矿磁铁矿TFe68.967.569.069.5TFe落下强度/次（0.5m个）-1成品球抗压强度/N个-1转鼓强度/%RDI+

2、3.15/%63.4812.3238492.4489.5765.1012.8238092.6989.35我国高我国高TFe的铁精矿的铁精矿 TFe提高对球团质量的影响提高对球团质量的影响 铁精矿品位铁精矿品位粘结剂种类粘结剂用量/预热球抗压强度/N个-1焙烧球强度抗压/N个-1有机粘结剂0.061591405膨润土2.004242078粘结剂种类对球团固结强度的影响粘结剂种类对球团固结强度的影响 粘结剂赤铁矿磁铁矿低熔点物质（钙铁橄榄石+玻璃质）孔隙率有机粘结剂83.3611.375.2741.3预热球团矿物组成（预热球团矿物组成（%） 有机粘结剂有机粘结剂有机粘结剂预热球有机粘结剂预热球 膨

3、润土预热球膨润土预热球 图：预热球的微观结构（预热图：预热球的微观结构（预热温度温度950）钙铁橄榄石浅灰色，条状；钙铁橄榄石浅灰色，条状； Fe2O3白色，粒状；孔洞白色，粒状；孔洞黑色，不规则；反光黑色，不规则；反光200倍倍有机粘结剂球团孔隙率膨润土球团孔隙率4.9%。假设2.0%细粒膨润土完全填充在铁精矿颗粒的空隙间，0.06%的有机粘结剂烧掉后残留0.06%孔洞。有机粘结剂球团孔隙率膨润土球团孔隙率2.062.84%有机粘结剂球团孔隙率高不单是由于有机粘结剂被烧掉造成的，另一原因是有机粘结剂球团中颗粒之间的接触没有膨润土那么紧密，颗粒间间隙大。 有机粘结剂球团中低熔点物质（钙铁橄榄石

4、、玻璃质）-膨润土球团的=-6.71%。球团中低熔点物质由FeO、CaO、SiO2等组成。膨润土能提供细粒的SiO2，促使低熔点物质的形成。但2%的膨润土也只能提供1.18%的SiO2，即使完全参与生成低熔点物质，也不能形成6.71%的低熔点物质；形成低熔点物质的另一个条件是含FeO、CaO、SiO2的颗粒能够相互接触，接触的机会越多生成的几率就越大。因此造成有机粘结剂球团中低熔点物质少的另一个原因是有机粘结剂球团中颗粒接触不如膨润土球团紧密。两种球团中颗粒之间的接触紧密程度不同的原因：（1）由于膨润土粒度细，分散性好，在球团中呈胶体状态填充在矿粒之间，改善了球团原料的粒度组成，减少了球团孔隙

5、率；有机粘结剂在预热过程中被燃烧分解使球团形成微气孔；（2）膨润土和有机粘结剂粘结机理的差异。在造球过程在中，对颗粒起粘结作用的主要是界面力和毛细力，当孔隙完全被液体充满时颗粒之间的粘结力主要为毛细力，膨润土填充在颗粒之间，使生球内毛细管径变小，毛细力增大，同时还增大了颗粒之间分子粘结力，所以膨润土能使球团中的颗粒靠得更近，排列得更紧密；有机粘结剂溶解在水中，粘度很大，在球团中呈网状结构，将颗粒粘结起来，并且由于粘滞阻力大，液体很难从毛细管中排出，使得生球中水分含量高，颗粒排列不如膨润土球团紧密。 粘结剂种类压力/kgcm-2预热团块抗压强度/ N个-1预热团块孔隙率/%有机粘结剂802174

6、0.620040337.2压团压力对团块预热强度的影响压团压力对团块预热强度的影响 改善有机粘结剂球团强度的措施改善有机粘结剂球团强度的措施改善有机粘结剂球团中颗粒接触促进球团中低熔点物质的形成 磨 矿铁精矿粒度组成/%球团抗压强度+0.074mm0.0740.045mm-0.045mm预热球强度/N个-1焙烧球强度/N个-1否28.625.645.81591405是18.626.554.92771656磨矿前后变化-10.0+0.9+9.1+118+251磨矿前后的原料粒度以及球团抗压强度磨矿前后的原料粒度以及球团抗压强度 润磨铁精矿粒度组成/%球团抗压强度+0.074mm0.0740.04

7、5mm-0.045mm预热球强度/N个-1焙烧球强度/N个-1否18.626.554.92771656是11.330.158.64882534润磨前后变化-7.3+3.6+3.7+211+878润磨前后的原料粒度以及球团抗压强度润磨前后的原料粒度以及球团抗压强度 预热球的微观结构（预热温度950） B: 经润磨预处理的有机粘结剂预热球 A: 没有润磨的有机粘结剂预热球钙铁橄榄石浅灰色， Fe2O3白色，粒状；孔洞黑色，不规则；反光200倍 94096098010001020104010600100200300400500600700800预热球抗压强度，N/个 预热温度/ 无添加剂 添加剂A1

8、.25%有机粘结剂球团预热球的微观结构（预热温度1010） 不添加不添加A 添加添加1.25% A 添加量预热球强度/N个-1焙烧球强度/N个-1024514771.2542630512.504943882石灰石对球团强度的影响石灰石对球团强度的影响 性能高碱度烧结矿酸性球团矿冷态强度弱强低温还原粉化性弱强荷重软化性能强弱熔融滴落性能强弱还原膨胀指数强弱低中温还原性弱强高温还原性强弱两种含铁炉料的性能对比两种含铁炉料的性能对比条件球团矿R不变条件烧结矿R不变球团入炉比例44.7953.7059.9464.55球团入炉比例44.7950.3657.3666.44烧结矿R2.02.42.83.2球

9、团矿R0.090.290.490.69球团矿入炉比例对烧结矿和球团矿碱度分配与的关系球团矿入炉比例对烧结矿和球团矿碱度分配与的关系 烧结矿TFe57.9%、CaO9.0%、SiO24.5%；球团矿TFe65.3%、CaO0.4%、SiO24.7%；焦碳CaO0.8%、SiO25.0%；煤CaO0.8%、SiO25.5%。其炉渣R为1.12，焦比为300Kg/t，喷煤量为200 Kg/t，产品为含硅0.52%、含铁94.97%的生铁。 MgO含量球团质量的影响含量球团质量的影响 菱镁石用量/%MgO含量/%落下强度/次（0.5m个）-1生球抗压强度 /N个-1爆裂温度 /预热球抗压强度 /N个-

10、1焙烧球抗压强度 /N个-100.404.711.5040072031671.381.004.411.5649356028782.431.504.311.3054949027912.961.754.311.4256347026373.492.004.111.3860045825974.542.503.510.8059248525665.583.003.310.335004202407 MgO含量对生球指标的影响含量对生球指标的影响 101112131415162200240026002800300032003400镁质球团(MgO2.5%) 普通酸性球团 焙烧球抗压强度/N个-1焙烧时间/mi

11、n122012401260128013001320180020002200240026002800300032003400普通酸性球团 镁质球团(MgO2.5%) 焙烧球抗压强度/N个-1焙烧温度/镁质酸性球团与普通酸性球团的焙烧特性曲线镁质酸性球团与普通酸性球团的焙烧特性曲线 炉料种类MgO/%低温粉化RDI3.15/%还原度RI/%还原膨胀率RSI/%软化开始温度Ta/软化结束温度Ts/熔滴温度m/软化区间（Ts-Ta）/软熔区间（Tm-Ta）/酸性球团矿0.4091.9170.5313.31128119112426351镁质球团矿1.0088.2786.617.1114312071273

12、64661.7592.6779.556.711381210131372932.5091.5878.366.01175123613316195烧结矿（R2.0）2.0087.0489.49-117612911450115159 MgO含量对球团矿冶金性能的影响及各种炉料的冶金性能对比含量对球团矿冶金性能的影响及各种炉料的冶金性能对比 0.00.51.01.52.02.53.020002200240026002800300032003400 焙烧球抗压强度/N个-1MgO含量/%焙烧条件：温度1250，时间12min11001150120012501300135014001000150020002

13、500300035004000 焙烧球抗压强度/N个-1焙烧温度/MgO含量0.4%，未添加菱镁石 MgO含量2.5%，添加菱镁石1180120012201240126012801300132005101520 焙烧温度/FeO含量/% 焙烧后在N2中冷却 焙烧后在空气中冷却预热球FeO含量8.2%反应物质反应的固相产物出现反应产物的开始温度/MgO+Fe2O3MgOFe2O3600MgO+Fe3O4磁铁矿固溶体800MgO+SiO22MgOSiO2685MgO可能产生的固相反应可能产生的固相反应 原因分析原因分析焙烧温度焙烧温度1250 焙烧温度焙烧温度1310H赤铁矿，赤铁矿，MF铁酸镁，

14、铁酸镁，M磁铁矿磁铁矿图图6 MgO2.5%的球团在不同焙烧温度下的显微结构的球团在不同焙烧温度下的显微结构当预热球进入焙烧阶段，在升温的过程中，磁铁矿氧化，同时部分MgO进入未氧化的磁铁矿晶格中, 形成(1-x) MgFexOOFe2O3, 使磁铁矿晶格稳定下来。部分MgO与Fe2O3接触生成铁酸镁。另外Mg离子的扩散速度比Fe离子慢，MgO反应活性不高，有部分MgO在焙烧初期难以成矿。随着焙烧的继续进行，固溶有MgO的磁铁矿一部分发生再结晶，一部分氧化成赤铁矿和铁酸镁，同时MgO与Fe2O3继续反应生成铁酸镁。球团焙烧后，在冷却的过程中，未氧化的磁铁矿继续氧化，而铁酸镁发生固态相变，析出赤

15、铁矿和MgO含量更高的铁酸镁。（1）MgO固溶在磁铁矿中，稳定了磁铁矿晶格，延缓了磁铁矿的氧化，使得氧化速度降低。（2）MgO和赤铁矿反应生成铁酸镁，活化了赤铁矿分解，使得赤铁矿的分解温度相比纯赤铁矿降低了。PO2/atm0.0010.010.050.100.210.30分解温度/120312781334136013891403氧分压与Fe2O3 开始分解温度的关系 影响球团矿影响球团矿FeO含量高的原因含量高的原因（1）初期未反应的MgO分布在铁精矿颗粒间，阻碍了铁精矿颗粒间的固结，降低了焙烧球的强度。而MgO在低温下更难矿化，使得在低温下焙烧的球团强度偏低，因而为保证球团强度，需提高焙烧区

16、间的下限。（2）MgO阻碍了磁铁矿的氧化，使得未氧化的磁铁矿在高温下发生再结晶，一方面减少了赤铁矿再结晶，另外这种再结晶的磁铁矿冷却氧化后形成的赤铁矿晶体没有赤铁矿再结晶的强度高，导致添加MgO的焙烧球强度比未添加的低。而在高温下焙烧，含有MgO的赤铁矿分解，使得球团强度降低，因此降低了焙烧区间的上限。影响球团强度和焙烧区间的原因影响球团强度和焙烧区间的原因碱度对球团质量的影响碱度对球团质量的影响 碱度膨润土用量/%落下强度/次（0.5m个）-1生球抗压强度 /N个-1爆裂温度/预热球抗压强度 /N个-1焙烧球抗压强度 /N个-10.042.003.510.8059248525660.203.

17、39.9260047035170.402.89.7260043541670.502.69.8160038439720.502.254.710.766004514013碱度对生球质量的影响碱度对生球质量的影响 10111213141516220024002600280030003200340036003800MgO2.5%,碱度0.2 MgO2.5% 普通酸性球团矿 焙烧球抗压强度/N个-1焙烧时间/min12201240126012801300132018002000220024002600280030003200340036003800MgO2.5%,碱度0.2 MgO2.5% 普通酸性球团

18、矿 焙烧球抗压强度/N个-1焙烧温度/镁质球团、低碱度镁质球团与普通酸性球团的焙烧特性镁质球团、低碱度镁质球团与普通酸性球团的焙烧特性 碱度MgO含量/%低温粉化RDI3.15/%还原度RI/%还原膨胀率RSI/%软化开始温度Ta/软化结束温度Ts/熔滴温度Tm/软化区间（Ts-Ta）/软熔区间（Tm-Ta）/0.040.491.9170.5313.311281191124263510.042.591.5878.366.011751236133161950.2090.6480.805.7116212241352631490.5093.6170.304.011371209132972120 碱度

19、对球团冶金性能的影响碱度对球团冶金性能的影响 （1）添加菱镁石生产镁质酸性球团矿，球团冶金性能显著改善。随着MgO含量的增加，生球落下强度有所降低，抗压强度变化不大，爆裂温度得到改善，预热球强度也有一定程度的降低。球团的MgO含量对焙烧球强度影响较大，MgO含量提高焙烧球强度下降，而且球团适宜的焙烧时间、温度区间变窄，使得镁质球团焙烧条件非常苛刻。（2）在镁质球团的基础上添加石灰石改变球团的碱度（0.5），可以保持镁质球团的良好冶金性能，而且提高球团碱度，解决了镁质酸性球团焙烧球强度差、适宜焙烧范围窄的缺点。对于碱度在0.5范围内的球团来说，各性能都较好。钙、镁添加剂影响的规律04812162

20、46 Limestone MagnesiteDosage,%Wet drop strength,Times/0.5mDosage,%0481216300400500600700 Shock temperature, Effects on the quality of green balls by adding no-decomposed additives -20246810246 Lime MagnesiaDosage,%Wet drop strength,Times/0.5mDosage,%0481216200300400500600 Shock temperature,Effects o

21、n the quality of green balls by adding decomposed additives 0.00.20.40.60.81.01.2300400500600700800 Limestone limeBasicityCompressive strength of preheated pellets,N/PBasicity0.00.20.40.60.81.01.22500300035004000 Compressive strength of fired pellets,N/PEffects on the compressive strength of preheat

22、ed pellets and fired pellets by adding Ca-additives0123300400500600700800The content of MgO,% Magnesite MagnesiaCompressive strength of preheated pellets,N/PThe content of MgO,%0123220024002600280030003200 Compressive strength of fired pellets,N/PEffects on the compressive strength of preheated pell

23、ets and fired pellets by adding Mg-additivesTypes of additivesRMgO content(%)Wet drop strength (Times/0.5m)Shock temperature()Strength of preheated pellets(N/P)Strength of roasted pellets(N/P)0.030.44.74007203039dolomite0.21.13.546351932570.41.93.150046936630.62.83.055740331530.83.62.06003573066magn

24、esite0.032.04.16004582597lime+magnesite0.22.02.242045231750.42.02.736140534260.62.04ffects on the qualities of pellets by compound additives or mixed additives三类球团矿1160120012401280132013601000150020002500300035004000The compressive strength,N/pelletRoasting temperature, Acid pellets Mag

25、nesia pellets Fluxed pelletsEffect of roasting temperature on the compressive strength of fired pellets Acid pellets (MgO) is 0.4%, R is 0.03);Magnesia (MgO 2.5)%), adding magnesite Fluxed pellets(R 0.8), adding limestonePellets typesCompressive strength of pellets before reduced(N/pellet)Compressiv

26、e strength of pellets after reduced(N/pellet)Acid pellets3167638Fluxed pellets3336516Magnesia pellets2566893Table 2 Strength of pellets before reduced and after reducedPellets typesAcid pelletsFluxed pelletsMagnesia pelletsFeO/%0.350.475.83Table Contents of FeO in pellets at the roasting temperatre

27、of 13101180120012201240126012801300132005101520Roasting temperature, The content of FeO,% Roasted and cooled in air Roasted and cooled in N28.2% FeO in preheated pelletsFig. Influence of roasting temperature on the content of FeO in magnesia pellets Pellets typesTransfiguration temperature/Softening

28、 temperature/Melting temperature/Acid pellets150115201520Fluxed pellets139814551511Magnesia pellets152015201520Table Softening-Melting Properties of three types of pelletsRtransfigurationtemperature/Softeningtemperature/Meltingtemperature/0.031501152015200.401502151215200.801398145515111.301291134513882.001289130913272.50128812961304Table Effect of basicity on Softening-Melting Properties50m1250 1280 1310H-Hematite,CF- Calcium ferrite,CS- SilicateFig. Microstructure of fluxed pellets at difference roasting temperature