钒钛磁铁精矿氧化球团试验研究报告

1、四川德胜钢铁集团公司钒钛磁铁精矿链篦机回转窑氧化球团试验研究中 南 大 学首钢国际工程技术有限公司2013年1月项目负责人：范晓慧技术负责人：甘 敏主要参加人员： 范晓慧 甘 敏 陈许玲 袁礼顺姜 涛 李光辉 白国华 郭宇峰杨永斌 李 骞 张元波 黄柱成许 斌 朱忠平 黄云松 曾金林王海波 尹 亮 李 曦 周 阳报告编写：甘 敏 黄云松 报告审核：范晓慧 姜 涛目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc351130791 前 言 PAGEREF _Toc351130791 h V HYPERLINK l _Toc351130792 第1章 试验研究方法 PAGER

2、EF _Toc351130792 h 1 HYPERLINK l _Toc351130793 1.1工艺流程 PAGEREF _Toc351130793 h 1 HYPERLINK l _Toc351130794 1.2化学成分分析 PAGEREF _Toc351130794 h 2 HYPERLINK l _Toc351130795 1.3铁矿物理性能检测 PAGEREF _Toc351130795 h 2 HYPERLINK l _Toc351130796 粒度组成和比表面积 PAGEREF _Toc351130796 h 2 HYPERLINK l _Toc351130797 成球性能

3、PAGEREF _Toc351130797 h 3 HYPERLINK l _Toc351130798 真密度，堆密度 PAGEREF _Toc351130798 h 5 HYPERLINK l _Toc351130799 1.4 膨润土性能检测 PAGEREF _Toc351130799 h 6 HYPERLINK l _Toc351130800 1.5 高压辊磨预处理 PAGEREF _Toc351130800 h 8 HYPERLINK l _Toc351130801 1.6 造球试验 PAGEREF _Toc351130801 h 8 HYPERLINK l _Toc351130802

4、 1.7 管炉焙烧试验 PAGEREF _Toc351130802 h 9 HYPERLINK l _Toc351130803 1.8 链篦机回转窑扩大试验 PAGEREF _Toc351130803 h 10 HYPERLINK l _Toc351130804 1.9产品性能检测 PAGEREF _Toc351130804 h 11 HYPERLINK l _Toc351130805 1.9.1 球团矿矿相鉴定 PAGEREF _Toc351130805 h 11 HYPERLINK l _Toc351130806 球团矿冶金性能测定 PAGEREF _Toc351130806 h 11 H

5、YPERLINK l _Toc351130807 第2章 原料的物化性能 PAGEREF _Toc351130807 h 14 HYPERLINK l _Toc351130808 2.1钒钛磁铁精矿的物化性能 PAGEREF _Toc351130808 h 14 HYPERLINK l _Toc351130809 2.1.1 钒钛磁铁精矿的化学成分 PAGEREF _Toc351130809 h 14 HYPERLINK l _Toc351130810 钒钛磁铁精矿的粒度组成和比表面积 PAGEREF _Toc351130810 h 14 HYPERLINK l _Toc351130811 钒

6、钛磁铁精矿的成球性能和其他物理性能 PAGEREF _Toc351130811 h 14 HYPERLINK l _Toc351130812 2.2膨润土的物化性能 PAGEREF _Toc351130812 h 15 HYPERLINK l _Toc351130813 膨润土的化学成分 PAGEREF _Toc351130813 h 15 HYPERLINK l _Toc351130814 膨润土的粒度组成 PAGEREF _Toc351130814 h 15 HYPERLINK l _Toc351130815 膨润土的其他物理性能 PAGEREF _Toc351130815 h 16 HY

7、PERLINK l _Toc351130816 2.3小结 PAGEREF _Toc351130816 h 16 HYPERLINK l _Toc351130817 第3章 造球试验 PAGEREF _Toc351130817 h 17 HYPERLINK l _Toc351130818 3.1膨润土种类和用量试验 PAGEREF _Toc351130818 h 17 HYPERLINK l _Toc351130819 3.2造球工艺参数试验 PAGEREF _Toc351130819 h 17 HYPERLINK l _Toc351130820 3.3高压辊磨预处理对造球的影响 PAGERE

8、F _Toc351130820 h 19 HYPERLINK l _Toc351130821 对铁精矿粒度的影响 PAGEREF _Toc351130821 h 19 HYPERLINK l _Toc351130822 对生球质量的影响 PAGEREF _Toc351130822 h 20 HYPERLINK l _Toc351130823 对膨润土适宜用量的影响 PAGEREF _Toc351130823 h 21 HYPERLINK l _Toc351130824 对造球工艺参数的影响 PAGEREF _Toc351130824 h 21 HYPERLINK l _Toc351130825

9、 3.4小结 PAGEREF _Toc351130825 h 22 HYPERLINK l _Toc351130826 第4章 管炉试验 PAGEREF _Toc351130826 h 23 HYPERLINK l _Toc351130827 4.1预热、焙烧参数试验 PAGEREF _Toc351130827 h 23 HYPERLINK l _Toc351130828 4.2膨润土用量对预热焙烧的影响 PAGEREF _Toc351130828 h 25 HYPERLINK l _Toc351130829 4.3高压辊磨预处理对预热焙烧的影响 PAGEREF _Toc351130829 h

10、 26 HYPERLINK l _Toc351130830 4.4小结 PAGEREF _Toc351130830 h 27 HYPERLINK l _Toc351130831 第5章 扩大试验 PAGEREF _Toc351130831 h 28 HYPERLINK l _Toc351130832 5.1干燥工艺参数试验 PAGEREF _Toc351130832 h 28 HYPERLINK l _Toc351130833 鼓风温度、风速和时间试验 PAGEREF _Toc351130833 h 28 HYPERLINK l _Toc351130834 抽风温度、风速和时间试验 PAGER

11、EF _Toc351130834 h 28 HYPERLINK l _Toc351130835 5.2预热和焙烧工艺参数试验 PAGEREF _Toc351130835 h 29 HYPERLINK l _Toc351130836 预热条件对预热球质量的影响 PAGEREF _Toc351130836 h 29 HYPERLINK l _Toc351130837 预热、焙烧条件对焙烧球质量的影响 PAGEREF _Toc351130837 h 30 HYPERLINK l _Toc351130838 5.3膨润土种类对预热球和焙烧球指标的影响 PAGEREF _Toc351130838 h 3

12、1 HYPERLINK l _Toc351130839 5.4高压辊磨预处理对预热球和焙烧球指标的影响 PAGEREF _Toc351130839 h 31 HYPERLINK l _Toc351130840 5.5小结 PAGEREF _Toc351130840 h 32 HYPERLINK l _Toc351130841 第6章 球团矿矿相鉴定和冶金性能检测 PAGEREF _Toc351130841 h 33 HYPERLINK l _Toc351130842 6.1球团矿的化学成分 PAGEREF _Toc351130842 h 33 HYPERLINK l _Toc351130843

13、 6.2球团矿的矿相鉴定 PAGEREF _Toc351130843 h 33 HYPERLINK l _Toc351130844 6.3球团矿的冶金性能 PAGEREF _Toc351130844 h 35 HYPERLINK l _Toc351130845 第7章 结论 PAGEREF _Toc351130845 h 36前 言为四川德胜钢铁集团公司链篦机-回转窑氧化球团厂的设计提供基本依据，首钢国际工程技术有限公司委托中南大学针对四川德胜钢铁公司提供的钒钛磁铁精矿开展氧化球团试验研究，以获取钒钛磁铁精矿的造球、焙烧的适宜的工艺参数及相应的产量、质量指标。自2012.11.20四川德胜钢铁

14、集团公司运送2t左右原料（1种铁矿石，2种膨润土）至中南大学起，按照合同要求开展了原料性能、造球试验、管炉试验、链篦机-回转窑扩大型试验、成品球质量检测等研究工作。其主要内容和进度如下： （1）原料物化性能及造球试验研究（2012.11.202012.11.30） 研究了钒钛磁铁精矿的化学成分、粒度组成、密度、成球性能等以及膨润土的物化性能等；研究了膨润土种类及用量、造球工艺参数、高压辊磨预处理对生球质量的影响等。 （2）管炉小型试验研究（2012.12.12012.12.5） 研究了预热、焙烧条件对钒钛磁铁精矿预热球、焙烧球强度的影响，以及高压辊磨预处理对球团预热、焙烧的影响。（3）链篦机-

15、回转窑扩大型试验研究（2012.12.62012.12.25） 在模拟链篦机-回转窑的扩大试验条件下，研究了干燥条件对生球干燥爆裂及预热球强度的影响；研究了预热、焙烧条件以及高压辊磨预处理对预热球、焙烧球质量的影响。（4）成品球矿相及冶金性能的研究（2012.12.262012.12.31） 完成了成品球化学成分、冶金性能以及微观结构等检测分析。 第1章 试验研究方法1.1工艺流程本试验的小型试验工艺流程如图1-1所示。图1-1 小型试验流程图 本试验的扩大试验流程图见图1-2。图1-2 扩大试验流程图1.2化学成分分析 原料的化学成分是按照国家标准进行检测分析。原料中TFe、 FeO、CaO

16、、MgO、Al2O3、S含量采用容量法检测，SiO2、LOI含量采用重量法检测，TiO2、P含量采用比色法检测，Na2O、K2O含量采用原子吸收光谱法检测，其标准号如表1-1所示。 表1-1化学成分的检测方法检测成分单位检测方法国家标准号TFewt%容量法GB/T6730.5FeOwt%容量法GB/T6730.8SiO2wt%重量法GB/T6730.10CaOwt%容量法GB/T6730.13MgOwt%容量法GB/T6730.13Al2O3wt%容量法GB/T6730.11TiO2wt%比色法GB/T6730.22V205wt%容量法GB/T6730.32Pwt%比色法GB/T6730.19

17、Swt%容量法GB/T6730.61Na2Owt%原子吸收光谱法GB/T6730.49K2Owt%原子吸收光谱法GB/T6730.49LOIwt%重量法GB/T 6730.681.3铁矿物理性能检测1.3.1粒度组成和比表面积（1）粒度组成含铁原料的粒度分析采用湿法测定方法。每次的试样量为200g，先用0.045mm的筛子进行水筛，筛上物烘干称重后，再将筛上物用0.074mm筛子进行水筛，筛上物烘干称重后，再将筛上物用0.150mm筛子进行水筛，筛上物烘干称重后，称出各粒级的质量，计算各粒级的百分含量。（2）比表面积比表面积的测定方法主要有液体渗透法、气体渗透法和吸附法。本试验采用DBT-12

18、7型勃氏透气比表面积仪测定铁精矿的比表面积，它属于气体渗透法。1.3.2成球性能（1）最大分子水测定细粒矿物最大分子水的方法有多种，如离心法、吸滤法和压滤法等，本试验中采用离心法。离心法是用离心力将试样中的重力水与毛细水甩出，并用滤纸吸收。这样，保留在试样中的水，就是最大分子水。试验开始前，取准备好的物料500g 浸泡2h，使颗粒表面得以充分湿润。 试验设备：离心机一台，电子天平一台，烘箱一台。 试验步骤： 将容器烘干，并放入两层滤纸； 取40g 左右的物料放在离心机的物料杯中； 将4个物料杯对称放入离心机中； 在10000r/min 的转速下甩干15 分钟后取出； 将经离心机脱水后的物料取出

19、称重G1，并在1105温度下烘干； 称量干燥后物料的重量G2。 分子水计算方法： （1-1）式中：W分试样的最大分子水，%；G1干燥前试样重量，g；G2干燥后试样重量，g。平行试验进行三次，其测定误差不待超过0.5%，所测试样的最大分子水取三次试验的平均值。（2） 最大毛细水最大毛细水的测定方法有直接测定的重量法、间接测定的毛细管计法和容量法，与重量法相比，容量法操作简单，便于观察毛细水的上升速度，其测定结果具有足够的准确性。所以本试验采用采用容量法。试验设备：容量法最大毛细水测定仪一台。试验步骤：在装料器和筛板上涂一薄层石蜡，将筛板放进装料器中，在筛板上铺两层滤纸。然后将干的试样（100g）

20、以松散状态装入装料器中（记下料高H及料重），并使料面平整。向贮水器中注入蒸馏水，当其水面升至与筛板下缘在同一水平线时，试料开始吸水，记录试料开始吸水时间t1与滴定管水面读数h1。试样吸水后，放水速度与试样吸水速度一致，直到其不再吸水为止，记录结束时间t2及滴管水面高度h2。计算方法： （1-2）式中：W毛试样最大毛细水，%；G水试样吸水量，g；G干干试样质量，g。平行试验进行三次，所测W毛误差不超过2%，取三次平均值作为试样毛细水测量值。毛细水迁移速率： （1-3）式中：V毛细水迁移速度，mm/min；H试样料层高度，mm；其它符号意义如前所述。（3）成球性指数成球性指数K是综合反映物料粒度、

21、粒度组成、比表面积和亲水性能的参数。其计算公式如下： （1-4）式中：W分最大分子水，%；W毛最大毛细水，%。真密度，堆密度（1）真密度测定真密度常用比重瓶法，按照冶标YB-373-75，其步骤如下：用25ml的比重瓶，用洗液洗净、烘干，用感量为万分之一克的天平称量比重瓶的质量m1；取已烘干的试样放入瓶中，试样装入量为容积的1/3左右，称出瓶和试样的质量m2；向瓶内注入蒸馏水，达容积的2/3，在热水浴中煮沸，除去试样上附着的气泡。经静置冷却后，再将蒸馏水注满至瓶口，塞上瓶塞，使水从瓶塞上的毛细管中溢出，才说明瓶中已装满水。擦干瓶外的水份，称比重瓶、水及试样的质量为m3；从瓶中倒出水和试样，洗净

22、后装满蒸馏水，称瓶和水的质量m4。计算公式如下： （1-5）式中：物料的密度，g/cm3； m1比重瓶的质量，g；m2比重瓶和试样的质量，g；m3比重瓶、试样和水的质量，g；m4比重瓶和水的质量，g；介质的密度，g/cm3。（2）堆密度所谓的堆密度是指散状物料在自然状态下堆积，单位容积的质量（g/cm3）。因此，粒度与粒度组成、颗粒形状及表面状态、颗粒湿度等都会影响堆积密度。用于测定散状物料的堆积密度的方法是：取一已经校准体积为V的容器，装料刮平后测量其质量为mn，则堆积密度D可用下式计算： （1-6） 式中：D堆积密度，g/cm3；m0容器质量，g；mn容器和试样的质量，g；V容器体积，cm

23、3。平行试验进行三次，取三次平均值作为试样堆密度测量值。1.4 膨润土性能检测（1）胶质价胶质价又称胶体含量或胶质度，它是表明膨润土中含有多少蒙脱石的参数，它是按试样和一定比例的水混合所形成的凝胶层静置24h后由整个体积的百分数来衡量。操作步骤：取试样15g，（准确到0.1g）装到25mm的100ml带塞量筒中（筒内先注入2030ml蒸馏水，以免试样粘附筒壁，不易摇均匀）；加入蒸馏水到90ml处，并仔细摇荡5min，使其成为均匀的悬浮液，然后加入1g氧化镁分散剂，再加水到100ml处，继续振摇1min，然后静置24h。读出沉降物柱体高度对整个高度的百分比，即为该试料的胶质价。（2）膨胀倍数膨胀

24、倍数又称膨胀度，它与膨润土在水中的分散能力有关。操作步骤：称取1g（准确至0.1g）经彻底干燥后的膨润土试样，向装有75ml蒸馏水的直径为25mm的100ml带塞量筒内以缓慢速度均匀间断撒下；经摇匀后加25ml浓度为1mol/L的盐酸，振摇3min，静置24h使之沉降，读出沉降物界面处刻度值，即膨润土膨胀后在量筒内所占的体积，即可得膨胀倍数。（3）吸水率吸水率是参考美国一些球团厂膨润土质量检测法，采用简易方法测定的。具体操作步骤如下：将铁盆装满水，然后将多孔砖浸泡水中，使多孔砖吸足水；保持铁盆内水面低于多孔砖上表面5mm，在测定过程中始终保持此水位；在1/1000g天平上称出称样瓶质量m1；将

25、滤纸放在吸足水的多孔砖上，让它也吸足水后，放在称样瓶内并盖好盖子，防止在称重过程中水分挥发，称出湿滤纸和称样瓶的质量m2；将滤纸放回多孔砖上，称2g已烘干的膨润土，均匀地撒在滤纸上，在室温下静放2h，取出滤纸和试样，放在称样瓶内称出总质量m3，则膨润土吸水质量为m4=m3-m2-2.计算方法： （1-7）式中：吸水率，%；m4吸水质量，g；G已烘干的膨润土质量，g。（4）吸兰量膨润土在水溶液中吸附亚甲基兰的能力为吸兰量。它以100g膨润土吸附亚甲基兰的克数表示。操作步骤：称取试样0.2g（准确至0.001g），置于已加入50ml蒸馏水的锥形瓶中。再加20ml1%的焦磷酸钠水溶液，摇匀后在电炉上

26、加热5min，再自然冷却至室温。用滴定管加入0.2%亚甲基兰水溶液约为预计量的2/3，以后每加0.5ml要摇动30S。用玻璃棒沾一滴溶液在中性滤纸上，观察在深兰色斑四周有无出现淡兰色晕环。若未出现，继续滴加亚甲基兰水溶液，直到出现明显的淡兰色晕环为止。计算方法： （1-8）式中：M吸兰量，g/100g膨润土；C亚甲基兰溶液浓度，g/ml；g试样质量，g；V滴定时用去亚甲基兰溶液体积，ml。（5） 蒙脱石含量测定蒙脱石含量常用的方法是利用亚甲基兰的吸附作用进行间接的测定。根据X衍射物相分析，100g蒙脱石含量为100%的人工提纯的钙基蒙脱石，吸附亚甲基兰量为44.2g，所以试样中蒙脱石的相对含量

27、为：蒙脱石相对含量 （1-9）式中：M吸兰量，g/(100g膨润土)（6）粒度组成膨润土的粒度分析是将矿样放在烘箱中在105下烘干，热态下用天平（精度为0.02g）快速称取20g，迅速放入经105预热的200目筛子里（筛底和筛盖同时预热）。然后立即开动振动筛干筛16min，取出筛上物和筛下物并称重，计算膨润土-200目的百分含量。每个试样测两次，筛上物和筛下物之和的质量差不超过0.1g。1.5 高压辊磨预处理高压辊磨预处理采用中南大学实验室的250mm120 mm(直径长度)高压辊磨机, 辊速为68rad/min, 高压辊磨机功率为7.5 kW，给料速度为30 kg/min，辊压压力为3.5

28、MPa。1.6 造球试验造球时每次称取4kg钒钛磁铁精矿（干基），膨润土添加量按试验设定配比进行计算，配料后将铁精矿和膨润土充分混匀。造球试验是在圆盘造球机中进行的。其主要技术参数为：直径=1000mm，转速23r/min（可调），边高h=150mm，倾角=47。造好的生球经过筛分，将1214mm的生球作为合格生球。取样测定生球的落下强度、抗压强度、爆裂温度和生球水分，其余生球进行干燥以供后续的预热、焙烧试验用。生球落下强度是衡量生球在转运过程能够承受冲击能力大小的重要指标，也是球团厂设计中允许生球转动次数的依据。取20个1214mm生球，从0.5m处自由落下到5mm厚的钢板上，直到生球产生裂

29、纹为止，取其平均值作为生球落下强度的指标，其单位为次/个。生球抗压强度大小反映生球在料层运转、堆积过程中承受料层自重和挤压的能力的强弱。其测定方法为：取20个1016mm生球，放在生球强度测定仪上进行测定，取其平均值作为抗压强度指标，其单位为N/个。 生球爆裂温度测定是参照美国AC公司的动态测定法，在6501000mm的竖式管炉中进行的。从叶氏鼓风机出来的室温空气，经转子流量计控制风速进入管炉中。管炉是通过电阻丝加热的，由可控硅温度自动控制仪表控制温度。该装置中间有一根801200mm的不锈钢热风管，该管内装有高度为1000mm的15mm的氧化铝瓷球，电炉加热瓷球，使鼓入的空气迅速被加热成为温

30、度恒定的热气流，反映热风温度的热电偶装在生球干燥杯的底部。试验用来装生球的干燥杯内径为50mm，高度为150mm，底部均匀排列有3mm的圆孔，以便气流进入干燥杯中进行干燥。测定生球爆裂温度时，每次取50个合格生球装入干燥杯中，将干燥杯放在风速为1.5m/s（冷态）的竖式管中，生球在炉膛内停留5min后取出，以生球破裂4%所能承受的最高温度（AC公司以生球破10%）为爆裂温度。1.7 管炉焙烧试验预热焙烧的小型试验是在卧式管炉中进行的，由两个管炉对接而成，铁铬铝丝电阻炉作预热用，硅炭管电阻炉作焙烧用。实验时取10个大小12mm左右的干球放入干球装在瓷舟中进行预热、焙烧试验。实验后，让球自然冷却后

31、测其预热和焙烧强度。小型试验的预热球和焙烧球强度检测方法如下：（1）预热球抗压强度预热球的抗压强度是在瓷舟中的预热球自然冷却后取10大小均匀的球按ISO4700标准，在智能球团抗压强度试验机上测定的。（2）焙烧球抗压强度焙烧球的抗压强度是在瓷舟中的焙烧球自然冷却后取10大小均匀的球按ISO4700标准，在智能球团抗压强度试验机上测定的。1.8 链篦机回转窑扩大试验链篦机回转窑模拟试验是在小型试验的基础上进行的，相应的设备规格比小型试验扩大，圆盘造球机为1000mm。焙烧时，将造好的生球直接装入模拟链篦机中，并按干燥预热流程进行操作。预热好的球团用装料设备装入回转窑内，操作按照升温、高温恒温和关

32、火冷却等三个阶段进行，然后通过卸料装置进行卸料，焙烧好的球团矿自然冷却。模拟链篦机设备有1个燃烧室，鼓风干燥、抽风干燥和预热的热风都由燃烧室提供，通过调节给油量和助燃风的大小可调节燃烧室温度。鼓风与抽风的转换可通过几个阀门的开与关形成不同的回路来控制，干燥预热风温可通过调节燃烧室温度、阀门开启度和兑冷风风量来调节。 模拟链篦机由链篦杯、混风室、真空室、密封装置和排料装置组成，链篦杯是由不锈钢焊接而成的双层圆筒，内外层之间填有保温材料，杯体内径为250mm，高500mm。回转窑规模为300900mm，由窑体、传动装置、卸料装置和烧嘴组成。窑体中间为圆筒形，两端为圆锥形。外壳用钢板焊接而成，内衬用

33、粘土质耐火材料与预制成。外壳与内衬之间填有保温材料。筒体上设有三个测温孔，热电偶与固定在窑体外壳上的铜环相连，分别测量窑头、窑中及窑尾的温度。扩大试验的预热球和焙烧球指标检测方法如下：（1）预热球抗压强度预热球团的抗压强度是在链篦机上按上中下三层分别取20个球，然后按ISO4700标准，在智能球团抗压强度试验机上测定的。（2）预热球AC转鼓指数预热球团转鼓强度测定是按美国AC公司预热球团的检测方法进行的，转鼓规格为内200360mm。检测时，将500g预热球放入AC转鼓中，以52r/min的速度，转1min，然后用5mm筛子进行筛分，将筛上（5mm）质量占装入转鼓的试样质量的百分比作为转鼓指数

34、。（3）预热球FeO含量分别从链篦机上中下三层分别取10个进行水冷急速冷却，然后将其烘干制样，按照国家标准进行FeO检测分析。（4）焙烧球抗压强度焙烧球的抗压强度是在回转窑中按头中尾分别取20个球，然后按ISO4700标准，在智能球团抗压强度试验机上测定的。（5）焙烧球转鼓指数和耐磨指数焙烧球团矿的转鼓强度是评价球团矿抗冲击和耐磨性能的重要指标。本试验采用GB3209-87标准，转鼓内径为1000mm，宽500mm，鼓内侧有两个成180相互对称的提升板（5050mm），长500mm的等边角钢焊接在鼓内侧。本试验采用1/2转鼓。将7.5kg球团矿放入转鼓内，按转速25r/min转动200转，然后

35、将试样从转鼓内取出，用机械摇筛分级，其筛孔为6.36.3mm，往复次数为20次/min。共筛30次，+6.3mm粒级质量所占原试样的质量百分数为转鼓强度，-0.5mm粒级质量所占原试样的质量百分比为耐磨指数。1.9产品性能检测1.9.1 球团矿矿相鉴定球团矿矿相鉴定是采用光学显微镜测试技术，研究球团矿的显微结构及结晶状态等。1.9.2球团矿冶金性能测定（1）球团矿的还原性还原性是模拟炉料自高炉上部进入高温区的条件，用还原气体从铁矿石中排除铁所结合氧难易程度的一种度量，它是评价烧结矿冶金性能的主要质量指标。本次试验的还原性测定采用GB/T13241-91标准。将一定粒度范围(1012.5mm)的

36、试样置于固定床中，用由CO和N2组成的还原气体，在900的温度下进行等温还原，每隔一定的时间称取试样质量，以三价铁状态为基准，计算还原3h后的还原度。具体试验条件为： 一般条件：所用的气体体积和流量采用标准状态（0和0.101325Mpa）下的体积和流量； 反应罐：双壁内75mm； 试样粒度：1012.5mm； 还原气体的成分：CO 30%0.5% (V/V)，N2 70%0.5% (V/V)；还原气体纯度：要求还原气体中杂质含量不超过H2 0.2%(V/V)，CO2 0.2% (V/V)，O2 0.1%(V/V)，H2O 0.2% (V/V)； 还原气体流量：试验期间还原气体的标态流量保持在

37、151L/min； 试验温度：试样在900下还原，试验期间保持在90010之间； 试验时间：180min。炉料还原性以180min的还原度指数作为考核指标，用RI表示。还原度的计算方法为： （1-10）式中：Rt还原t时间的还原度；m0试样质量，g；m1还原开始前试样质量，g；mt还原t时间后试样质量，g；W1试验前试样中FeO含量，%；W2试验前试样的全铁含量，%；0.11使FeO氧化到Fe2O3时必需的相应氧量的换算系数；0.43TFe全部氧化成Fe2O3时需要氧量的换算系数。（2）球团矿的还原膨胀特性球团矿还原膨胀指数（相对自由膨胀指数）的测定采用GB/T13240-91标准进行。将一定

38、粒度范围的球团矿，在900的温度下，用按一定配比的CO和N2混合而成的还原气体进行等温还原，使其自由膨胀，测定还原前后球团矿体积的变化，计算得到球团矿的还原膨胀指数。具体试验条件为：还原条件一般条件：所用气体体积和流量采用标准状态（0和0.101325MPa）下的体积和流量；装试样容器：三层，每层六格，一格只装一个球团；球团矿粒度：1012.5mm还原气体的成分：CO 30%0.5% (V/V)，N2 70%0.5% （V/V）；还原气体的纯度：要求还原气体中杂质含量不得超过H2 0.2% (V/V)、CO2 0.2% (V/V)、O2 0.1% (V/V)、H2O 0.2% (V/V)；还原

39、气体流量：在整个试验期间，还原气体的标态流量保持在151 L/min。试验温度：900下还原，在整个试验期间保持在90010之间；试验时间：60min。球团矿体积测定还原前后，球团矿体积测定采用排水法。球团矿自由膨胀指数(RSI)由如下公式计算：RSI=100% （1-11）式中：V0还原前试样的体积，mL； V1还原后试样的体积，mL。第2章 原料的物化性能本次试验采用的铁精矿为钒钛磁铁精矿，对其化学成分，粒度组成，比表面积，成球性能，密度进行了检测分析。2.1钒钛磁铁精矿的物化性能2.1.1 钒钛磁铁精矿的化学成分钒钛磁铁精矿的化学成分是按照国家标准进行检测分析，结果如表2-1所示。可知，

40、钒钛磁铁精矿的TFe品位较低，为57.11%；而FeO含量较高，达33.06%该矿属于磁铁精矿类型；Al2O3的含量较高，达4.16%；钒钛磁铁精矿的TiO2含量为9.21%，V2O5含量为0.62%。 表2-1钒钛磁铁精矿化学成分/%矿种TFeFeOSiO2CaOMgOAl2O3V2O5TiO2LOISP钒钛磁铁矿57.1133.064.031.162.794.160.629.211.070.560.012 2.1.2钒钛磁铁精矿的粒度组成和比表面积钒钛磁铁精矿的粒度组成和比表面积如表2-2所示。可知，钒钛磁铁精矿的粒度较粗，-0.074mm的只有53.2%；且比表面积较低，只有1032cm

41、2/g。一般造球要求铁精矿-0.074mm达到80%左右，比表面积大于1500 cm2/g，因此钒钛磁铁精矿的粒度和比表面积达不到铁矿造球的要求。表2-2钒钛磁铁精矿粒度组成矿种粒度组成/%比表面积/ cm2g-1+0.150mm0.1500.074mm0.0740.045mm-0.045mm钒钛磁铁精矿10.836.013.739.51032 2.1.3钒钛磁铁精矿的成球性能和其他物理性能在造球工艺一定的条件下，影响成球过程的主要因素是原料本身特性，特别是原料的成球性。所谓原料的成球性是指细磨物料在自然状态下，滴水成球性能及其在机械力作用下的密集能力，通常用成球性指数 K来表示，它综合地反映

42、了细磨物料天然性质，如颗粒表面的亲水性、颗粒形状及结构状态（粒度组成、孔隙率等）。根据成球性指数K的大小可将物料的成球性难易程度分为如下：K0.8 优等成球性表2-3列出了钒钛磁铁精矿的成球性能（包括最大分子水、最大毛细水、毛细水迁移速度和成球性指数）和真密度，堆密度。可以看出：钒钛磁铁精矿的成球性能很差。表2-3钒钛磁铁精矿成球性能和其它物理性能矿种最大毛细水/%毛细水迁移速度/mmmin-1最大分子水/%成球性指数K真密度/gcm-3堆密度/gcm-3钒钛磁铁精矿15.126.562.230.174.642.142.2膨润土的物化性能造球物料中添加粘结剂的目的在于改善其成球性和提高生球内颗

43、粒之间的分子粘结力，以便提高生球的强度和热稳定性。膨润土是国内外球团厂广泛采用的粘结剂。2.2.1膨润土的化学成分本次试验所用的两种膨润土的化学成分如表2-4所示。可知，两种膨润土的化学成分除SiO2外差异不大。表2-4 膨润土的化学成分/膨润土种类TFeSiO2Al2O3CaOMgOK2ONa2OLOI膨润土A1.6057.6614.365.173.722.021.848.88膨润土B1.6660.3813.785.243.802.021.918.752.2.2膨润土的粒度组成两种膨润土的粒度组成见表2-5所示。表2-5 膨润土粒度组成 /%膨润土种类+0.074mm-0.074mm膨润土A

44、3.3496.66膨润土B3.3296.682.2.3膨润土的其他物理性能本次试验的两种膨润土的物理性能如表2-6所示。从表中可以看到，膨润土A和膨润土B的胶质价和膨胀容差异不大；膨润土A的吸水率吸兰量和蒙脱石含量比膨润土B的稍高。表2-6 膨润土的其它物理性能膨润土种类胶质价/ml(15g)-1膨胀容/ mlg-1吸水率（2小时）/%吸兰量/ g(100g)-1蒙脱石含量/%膨润土A999351.2534.7578.62膨润土B9911302.3831.7071.722.3小结（1）钒钛磁铁精矿的TFe品位较低，为57.11%；而FeO含量较高，达33.06%；除含铁矿物外，主要还含有TiO

45、2、Al2O3和SiO2，含量分别为9.21%、4.16%、4.03%；钒钛磁铁精矿的V2O5含量为0.62%。（2）钒钛磁铁精矿的-0.074mm的只有53.2%，比表面积只有1032cm2/g，且成球性较差，其对于造球来说，粒度偏粗，且比表面积偏小。第3章 造球试验3.1膨润土种类和用量试验 在相同的造球时间和相当的造球水分条件下，研究了膨润土种类和用量对生球指标的影响，试验结果如表3-1和图3-1所示。可知：（1）在膨润土1.52.5%的范围内，随着膨润土用量的增加，生球水分提高，生球落下强度和抗压强度都得到改善，生球爆裂温度都大于600。（2）分别配加2.0%的膨润土A和膨润土B时，生

46、球落下强度都大于4次/（0.5m个），抗压强度大于10N/个，生球质量满足生产要求。因此，膨润土A和膨润土B的适宜用量都为2.0%。表3-1膨润土种类和用量试验膨润土种类膨润土用量/%生球水分/%落下强度/次（0.5m个）-1抗压强度/N个-1爆裂温度/A1.507.03.29.26001.757.13.813.06002.007.44.013.16002.257.84.513.96002.508.38.213.7600B1.507.13.010.66001.757.33.712.76002.007.44.213.96002.508.48.814.96003.2造球工艺参数试验（1）造球时间试

47、验在膨润土适宜的用量2.0%及生球水分相当的条件下，研究了造球时间对生球质量的影响，结果如表3-2所示。可知，配加膨润土A时，随着造球时间的延长，生球质量有所改善；配加膨润土B时，随着造球时间的延长，生球质量变化不明显。在造球时间12min下，生球质量都满足要求。图3-1膨润土种类和用量对生球质量的影响表3-2造球时间对生球质量的影响种类造球时间/min落下强度/次（0.5m个）-1抗压强度/N个-1爆裂温度/A103.910.8600124.013.1600144.310.4600B104.211.1600124.213.9600144.212.7600（2）生球水分试验在膨润土适宜的用量2

48、.0%及造球时间12min的条件下，研究了生球水分对生球质量的影响。结果如表3-3所示。可知，随着生球水分的增加，不论是膨润土A还是膨润土B，生球落下强度都是都有所改善，而生球抗压强度都是先升高后降低，因此有适宜的生球水分；配加膨润土A和膨润土B时，生球质量都在生球水分7.4%下取得较好的综合指标。表3-3生球水分对生球质量的影响种类生球水分/%落下强度/次（0.5m个）-1抗压强度/N个-1爆裂温度/A7.33.910.66007.44.013.16008.24.810.6600B6.23.110.66007.44.213.96007.54.411.16003.3高压辊磨预处理对造球的影响3

49、.3.1对铁精矿粒度的影响研究了高压辊磨次数对钒钛磁铁精矿粒度和比表面积的影响，其结果见表3-4和图3-2。可知，随着辊磨次数的增加，钒钛磁铁精矿粒度变得更细，比表面积相应地增大。由表3-4和图3-2可知，当辊磨4次时，钒钛磁铁精矿的比表面积达到1555cm2/g，而-0.074mm的含量也接近80%，基本能满足铁矿造球的要求。表3-4高压辊磨预处理对钒钛磁铁精矿粒度和比表面积的影响辊磨次数/次钒钛磁铁精矿粒度组成/%比表面积/ cm2g-1+0.150mm0.1500.074mm0.0740.045mm-0.045mm010.8036.0013.7039.50103227.1524.0514

50、.1054.70143645.2020.9013.4560.45155564.7517.2014.0064.05200484.5016.9514.0064.552060图3-2高压辊磨预处理对钒钛磁铁精矿粒度和比表面积的影响3.3.2对生球质量的影响在分别配加用量为2.0%的膨润土A和膨润土B的条件下，研究了高压辊磨对生球质量的影响规律，结果见表3-5和图3-3。可知，随着辊磨次数（-0.074mm含量）的增加，生球水分有降低的趋势，落下强度和抗压强度相应地增大，而爆裂温度呈下降趋势，但当辊磨次数不超过4次时，生球爆裂温度仍大于450。因此，对于造球来说，在辊磨次数以4次（-0.074mm含量

51、为73.90%）为宜，此时能保证爆裂温度满足要求的条件下，大幅提高生球的落下强度和抗压强度，且-0.074mm含量和比表面积的提高，有利于提高生产过程钒钛磁铁精矿的成球率。表3-5高压辊磨预处理对生球指标的影响种类辊磨次数/次-0.074mm含量/%生球水分/%落下强度/次（0.5m个）-1抗压强度/N个-1爆裂温度/A053.207.44.013.1600268.807.26.015.0530473.907.19.017.7500678.057.111.217.9450878.557.017.320.7371B053.207.44.213.9600268.806.85.713.9580473

52、.906.68.523.6515678.056.513.727.3408878.556.514.627.9350图3-3高压辊磨预处理对生球质量的影响3.3.3对膨润土适宜用量的影响在辊磨次数为4次（-0.074mm含量73.90%）时，配加膨润土B进行造球试验，研究膨润土用量对生球质量的影响，结果见表3-6。可知，随着膨润土用量的增加，生球质量得到改善。当膨润土配比为1.75%时，生球爆裂温度能达到500，能满足球团生产的要求。因此，当采用高压辊磨后，膨润土的用量可从2.0%降低到1.75%。表3-6高压辊磨条件下膨润土用量对生球质量的影响膨润土用量/%生球水分/%落下强度/次（0.5m个）

53、-1抗压强度/N个-1爆裂温度/1.506.46.817.84651.756.57.223.35052.006.68.523.65153.3.4对造球工艺参数的影响采用1.75%的膨润土B在辊磨次数为4次（-0.074mm含量73.90%）和相当的生球水分下进行造球试验，研究了造球时间对生球质量的影响，结果见表3-7。可知，随着造球时间的增加，生球的落下强度和抗压强度相应地增加，爆裂温度先升高后降低，在造球时间12min时，爆裂温度达到500，满足球团生产要求。因此，高压辊磨后，适宜的造球时间也是12min。表3-7高压辊磨条件下造球时间对生球质量的影响造球时间/min落下强度/次（0.5m个

54、）-1抗压强度/N个-1爆裂温度/107.022.2485127.223.3505149.024.64643.4小结（1）在膨润土用量1.52.5%的范围内，随着膨润土用量的增加，生球水分提高，而生球落下强度和抗压强度都得到改善，而生球爆裂温度都大于600。分别配加2.0%的膨润土A和膨润土B时，生球落下强度都大于4次/（0.5m个），抗压强度大于10N/个，生球质量满足生产要求。因此，膨润土A和膨润土B的适宜用量都为2.0%。（2）不论是膨润土A还是膨润土B，适宜的造球时间都为12min左右，而适宜的生球水分都为7.4%左右。（3）高压辊磨对钒钛磁铁矿性能和造球的影响规律：随着高压辊磨次数的

55、增加，钒钛磁铁精矿-0.074mm的粒级含量增加，比表面积增大，当辊磨4次时，钒钛磁铁精矿的比表面积达到1555cm2/g，而-0.074mm的含量也接近80%，基本能满足铁矿造球的要求。造球试验结果表明，随着辊磨次数（-0.074mm含量）的增加，生球水分有降低的趋势，落下强度和抗压强度相应地增大，爆裂温度呈下降趋势，但当辊磨次数不超过4次时，生球爆裂温度能保证大于450。因此，对于造球来说，在辊磨次数以4次（-0.074mm含量为73.90%）为宜，此时生球的强度得到较大程度的提高。（4）在辊磨次数为4次（-0.074mm含量73.90%）时，相比不辊磨，膨润土的用量可从2.0%降低到1.

56、75%；高压辊磨对造球适宜参数的影响不大。第4章 管炉试验4.1预热、焙烧参数试验（1）膨润土A方案在膨润土A用量为2.0%的条件下，研究了热工制度对钒钛磁铁精矿预热球、焙烧球强度的影响，结果见表4-1。表4-1热工制度对预热球、焙烧球强度的影响（膨润土A2.0%）预热温度/预热时间/min焙烧温度/焙烧时间/min预热球强度/N个-1焙烧球强度/N个-19201012501250983315512184217.55252081205212646920201250125212646950542265798054626599202012201252123461250264612803626920

57、20125085212626122646162653由表4-1可知：1）随着预热时间的延长，预热球强度略有增加，而焙烧球强度显著增加。当预热时间为10min时，焙烧球强度只有833N/个，从压碎的球团断面，焙烧球呈双层结构，可能是球团内部来不及氧化而造成的。当预热时间延长到20min时，焙烧球强度提高到2646 N/个，达到大于2500 N/个的要求。因此，适宜的预热时间为20min。2）随着预热温度的提高，预热球强度和焙烧球强度都略有增加，当预热温度为920时，预热球强度就能达到521 N/个，焙烧球强度也有2646 N/个。因此，适宜的预热温度为920。3）随着焙烧温度的提高，焙烧球强度有

58、明显增加，当焙烧温度从1220提高到1280时，焙烧球强度由2346 N/个提高到3626 N/个，在焙烧温度1250时，焙烧强度达到2646N/个，满足大于2500 N/个的要求。因此，适宜的焙烧温度为1250。4）随着焙烧时间的延长，焙烧球强度略有增加，当焙烧时间为8min时，焙烧球强度为2626 N/个，满足大于2500 N/个的要求。因此，适宜的焙烧时间为8min。（2）膨润土B方案在膨润土B用量为2.0%的条件下，研究了热工制度对钒钛磁铁精矿预热球、焙烧球强度的影响，结果见表4-2。表4-2 热工制度对预热球、焙烧球强度的影响（膨润土B2.0%）预热温度/预热时间/min焙烧温度/焙

59、烧时间/min预热球强度/N个-1焙烧球强度/N个-195015125012519207317.5527282620565307392017.512501252724259505272826980620283095017.51220125272656125028261280283895017.51220122656162782由表4-2可知：1) 随着预热时间的延长，预热球强度略有增加，而焙烧球强度显著增加，当预热时间为15min时，焙烧球强度只有2073N/个，当预热时间延长到17.5min时，焙烧强度达到2826N/个，满足大于2500 N/个的要求。因此，适宜的预热时间为17.5min。

60、2）随着预热温度的提高，预热球强度和焙烧球强度都有增加，当预热温度从920提高到950时，预热球强度基本没有变化都为527 N/个，而焙烧球强度由2425 N/个增大到2826 N/个，满足大于2500 N/个的要求；当预热温度从950提高到980时，预热球强度由527 N/个增大到620 N/个，而焙烧球强度变化不大。因此，适宜的预热温度为950。3）随着焙烧温度的提高，焙烧球强度增加，而焙烧温度1220时，焙烧强度达到2656 N/个，满足大于2500 N/个的要求。因此，适宜的焙烧温度为1220。4）随着焙烧时间的延长，焙烧球强度略有增加，而当焙烧时间为12min时，焙烧球强度为2656