卡拉拉精矿在鞍钢球团生产中的应用研究.pdf

第3 5 卷第6 期 2 0 1 5 年1 2 月 矿冶 工 程 M 田岍N GA N DM E T IIU R G I C A LE N G Ⅱ旺I E I 【Ⅱ4 G V 0 1 ．3 5 №6 D e c e m b e r2 0 1 5 卡拉拉精矿在鞍钢球团生产中的应用研究① 张 辉1 ，周明顺1 ，夏铁玉2 ，翟立委1 ，刘杰1 ，徐礼兵1 1 ．鞍钢股份有限公司技术中心，辽宁鞍山1 1 4 0 0 9 ；2 ．鞍钢股份有限公司炼铁总厂，辽宁鞍山1 1 4 0 0 0 摘要结合鞍钢实际，探讨了澳大利亚卡拉拉铁精矿应用于鞍钢球团生产的可行性。结果表明卡拉拉精矿可用于鞍钢球团生 产，适宜的配矿方案为7 5 ％卡拉拉精矿配加2 5 ％精矿A ，最佳焙烧制度为预热温度9 5 0 ℃、预热时间8m i n ，焙烧温度12 5 0 ℃、焙 烧时间1 0m i n 。综合考虑卡拉拉精矿的特性和鞍钢球团生产工艺条件，卡拉拉精矿配比可以提高到9 0 ％。 关键词卡拉拉精矿；铁矿球团；抗压强度；冶金性能 中图分类号Ⅱm 6文献标识码Ad o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．0 2 5 3 6 0 9 9 ．2 0 1 5 ．0 6 ．0 2 6 文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 5 0 6 0 1 0 4 0 5 E x p e r i m e n t a lS t u d yo nt h eU t n i z a t i o no fK a r a r aC o n c e n t r a t e i nt h eA n s t e e l 7sP e U e tP r o d u c t i o n Z H A N GH u i l ，Z H O UM i n g - s h u n l ，X I AT i e ．y u 2 ，Z H A IL i ．w e i l ，U UJ i e l ，X UL i ．b i n 9 1 1 ．％如加蛳Z ＆n t e r ，A 瞄抛e 2c o 唧鲫y ∞n i t e dc o ，A ∞ n nl1 4 0 0 9 ，厶∞凡i 凡g ，傩i 胞；2 ．，r o n r 舰后i 昭用口m ，A 珊￡e e Z c o m p o 可己i m i 把dc o ，A 瑚矗o n1 1 4 0 0 0 ，￡i ∞n i 增，吼i M A k f t I m c t I nv i e wo ft h eA n s t e e l ’sp r a c t i c a ls i t u a “o n ，t h ef e 鹊i b i l i t y0 fK a r a r ac o n c e n t r a t eb e i n gu t i l i z e di nt h eA n s t e e l ’s p e l l e tp r o d u c t i o nw a si n v e s “g a t e dt h r o u g has e d e so fe x p e d m e n ￡s ．R e s u l t ss h o wt h a tK a r 呦c o n c e n t r a t ec a nb eu s e di n t } l eA n s t e e l7 sp e l l e tp m d u c t i o nw i t ht h ep r o p o n i o n so fi ta n dc o n c e n t r a t eAi nt 1 1 eb l e n d e df e e d i n g ，r e s p e c t i V e l ya t7 5 ％ a n d2 5 ％．A n dt h eo p t i m a lr o a s t i n gc o n d i t i o n sf o ri ti n c l u d et h ep r e h e a t i n ga t9 5 0 ℃f o r8m i na n dr o a s t i n ga t12 5 0 ℃ f o r1 0m i n ．W i t hc h 锄c t e r i s t i c so fK 舢c o n c e n t r a t ea n dt h es p e c i f i cc o n d i t i o n so fp e U e tp r o d u c t i o np r o c e s si nA n s t e e l t a k e ni n t ot h ec o m p r e h e n s i v ec o n s i d e r a t i o n ， t h e p r o p o n i o no f K a r 啪c o n c e n t r a t ei nt h eb l e n d e df e e d i n gc o u l db e i n c r e 鹊e dt o9 0 ％． K e yw o r d s K 籼c o n c e n t r a t e ；i r o no r ep e l l e t s ；c o m p r e s s i V es t r e n g t h ；m e t a l l u 嚼c a lp m p e r t i e s 球团矿具有良好的冶金性能，可以改善高炉炉料 结构、提高高炉利用系数、降低燃料比，已成为高炉炼 铁原料结构的重要组成部分。3J 。随着鞍钢新建高炉 的投产和原有高炉的扩容，高质量球团矿需求量逐渐 增加。鞍钢所需铁矿石5 5 ％来自自有矿山，另有4 5 ％ 需要进口，但自有矿山的磁铁精矿产量每年都在减少。 由鞍钢控股的澳大利亚卡拉拉矿业公司出产的卡拉拉 铁精矿的投产，有利于拓宽鞍钢炼铁原料的供应渠道。 为了合理使用该铁矿资源，以鞍钢成功用于球团生产 的铁精矿A 和铁精矿B 为参照，进行了卡拉拉铁精矿 用于球团生产的试验研究。 1 原料性质及试验方法 1 ．1 试验原料化学成分 试验原料为卡拉拉精矿、精矿A 和精矿B ，粘结剂 为膨润土，均取自生产现场，其化学成分见表1 。卡拉 拉铁精矿的全铁含量为6 6 ．5 9 ％，低于精矿A 和精矿 B ；卡拉拉精矿和精矿A 的F e 0 含量分别为2 8 ．2 0 ％和 2 8 ．7 4 ％，属于磁铁精矿；精矿B 以F e O ，为主，S i 0 含 量较低。 表l 试验原料化学成分 质量分数 ／％ 1 ．2 铁精矿粒度组成和成球性能 3 种精矿的粒度组成和比表面积如表2 所示。卡 拉拉精矿、精矿A 和精矿B 的一0 ．0 7 5m m 粒级含量分 ①收稿日期2 0 1 5 0 6 0 l 作者简介张辉 1 9 8 4 一 ，男，河南卫辉人，硕士，工程师，主要从事炼铁原料和炼铁工艺技术研究。 万方数据 第6 期张辉等卡拉拉精矿在鞍钢球团生产中的应用研究 别为9 8 ．7 ％、9 7 ．6 ％和9 3 ．5 ％；卡拉拉精矿的比表面积 最大，因此具有较大的表面能，容易吸附周围颗粒成 球。从粒度组成和比表面积来看，3 种精矿均适合造 球，卡拉拉精矿甚至优于精矿A 和精矿B 。 表2 精矿的粒度组成 器 孑装笋篙} 意慕／。警警， 卡拉拉精矿2 8 ．2 6 5 ．35 ．21 ．3 O ．0 2 8 429 2 0 精矿A 2 7 ．96 2 ．86 ．92 ．4 O ．0 2 9 328 2 5 精矿B 2 5 ．46 0 ．67 ．56 ．50 ．0 3 2 42 7 5 0 成球性指数K 表征细磨物料在自然状态下的滴 水成球性和在机械力作用下的密集能力，综合反映了 细磨物料的天然性质，如造球原料表面的亲水性、颗粒 的结构状态和形状，所用铁精矿的成球性指数如表3 所示。 表3 铁精矿成球性指数 铁精矿 成球性指数最大分子水最大毛细水毛细水迁移速度 种类 K ／％／％ ／ m m m i n 一1 由表3 可见，卡拉拉精矿的成球性指数K 0 ．7 2 ， 介于O ．6 0 ～0 ．8 0 之间，表明它的成球性较好，属于良成 球性物料。从成球性指数看，卡拉拉精矿的成球性不 如精矿A ，但比精矿B 好，这也说明成球性指数不仅与 精矿粒度有关，还与精矿的孔隙率和颗粒形状有关。 1 ．3 试验方案和方法 以目前鞍钢球团车间的铁精矿配比 6 0 ％精矿A 4 0 ％精矿B 为参照，逐步提高卡拉拉精矿的配比一 4 5 ％_ 6 0 ％- 7 5 ％_ 9 0 ％_ 1 0 0 ％，得出卡拉拉精矿 的最佳配矿方案；然后研究卡拉拉精矿最佳配矿方案 的适宜膨润土配比和焙烧制度。 试验工序包括原料准备、生球制备、生球干燥、焙 烧等，并对生球和成品球团进行冷强度和冶金性能检 测。配料量为1 0k g ，所用圆盘造球机直径l0 0 0m m ， 转速3 2r ／m i n ，倾角4 7 。，造球过程分3 个阶段，即母球 形成、生球长大、生球密实阶段，总计造球时间1 5m i n 。 为了模拟带式机球团生产，生球在中间试验厂的卧式 焙烧炉中焙烧。 2 试验结果与分析 2 ．1 卡拉拉精矿适宜配比研究 固定膨润土配比为1 ．5 ％，卡拉拉精矿分别与精 矿A 和精矿B 搭配，逐渐提高卡拉拉精矿配比；在造 球参数和焙烧制度一致的条件下，研究卡拉拉精矿与 精矿A 和精矿B 的适宜配矿方案。球团还原性采用 G B ／T 1 3 2 4 卜1 9 9 1 检验，还原膨胀率采用G B ／T 1 3 2 4 0 一1 9 9 l 测定，试验结果如表4 所示。 表4 球团矿冷强度和高温冶金性能指标 由表4 可知，卡拉拉精矿与精矿A 搭配时，生球 落下强度和抗压强度随着卡拉拉精矿配比增加而降 低，这是因为卡拉拉精矿的成球性比精矿A 略差；随 着卡拉拉精矿配比增加，成品球团矿的抗压强度和还 原度先提高后降低，在卡拉拉精矿配比为7 5 ％时取得 最大值；还原膨胀率变化不大，能够满足生产要求，在 卡拉拉精矿配比为7 5 ％时，取得最小值。 卡拉拉精矿与精矿B 搭配时，随着卡拉拉精矿配 比增加，生球落下强度先提高后降低，生球抗压强度逐 渐提高，这是因为精矿B 的成球性不如卡拉拉精矿； 成品球团矿的抗压强度和还原度随着卡拉拉精矿配比 增加先提高后降低，这是因为卡拉拉精矿配比增加，赤 铁精矿B 配比减少，有利于球团矿充分焙烧，但是当 卡拉拉精矿配比超过7 5 ％时，球团中可能形成了不利 万方数据 矿冶工程 第3 5 卷 于球团还原的铁橄榄石；还原膨胀率随着卡拉拉精矿 配比增加逐步提高，在卡拉拉精矿配比为9 0 ％时，膨 胀率超过了1 4 ％。 卡拉拉精矿分别与精矿A 和精矿B 搭配的最佳 配比均为7 5 ％，从生球和成品球抗压强度以及冶金性 能看，卡拉拉精矿更适合与精矿A 搭配。膨润土的配 比对生球质量有重要影响，而焙烧制度直接影响成品 球团质量，研究卡拉拉精矿在鞍钢应用的适宜膨润土 配比和最佳焙烧制度具有重要意义。 2 ．2 卡拉拉精矿适宜膨润土配比研究 以目前生产现场6 0 ％精矿A 4 0 ％精矿B 为基 准，进行7 5 ％卡拉拉精矿 2 5 ％精矿A 和7 5 ％卡拉拉 精矿 2 5 ％精矿B 的适宜膨润土配比研究。将1 2m m 左右的生球作为检测生球，测定生球各项指标，结果如 图l ～2 所示。 ， L 妪 蛰 爱 上 犍 ， Z ≮ 型 隧 出 堰 兹 割 图l生球落下强度和抗压强度 由图1 可知，7 5 ％卡拉拉精矿分别与2 5 ％精矿A 和2 5 ％精矿B 混合造球，所造生球的落下强度和抗压 强度随膨润土配比的增加而提高，这是因为膨润土吸 水后呈胶体颗粒，填充在生球的颗粒之间，增加了分子 之间的粘结力；在膨润土配比相同时，前者球团的强度 优于基准球的强度，后者球团的强度比基准球差，这是 因为精矿A 比精矿B 的成球性强，其矿石粒度与生球 孔隙率相差不大；从生球的落下强度和抗压强度看， 7 5 ％卡拉拉精矿与2 5 ％精矿A 在膨润土配比为1 ．4 ％ 时即可满足球团生产要求，而7 5 ％卡拉拉精矿与2 5 ％ 精矿B 造球，其膨润土配比需达到1 ．6 ％。 图2 干球抗压强度和生球爆裂温度 由图2 可知，7 5 ％卡拉拉精矿分别与2 5 ％精矿A 和2 5 ％精矿B 混合造球，其干球的抗压强度随膨润土 配比提高而提高，这是因为膨润土呈细片晶状分散在 水中，干燥时分散的片晶和剩下的水分集中在矿粒之 间的接触点上，集中在这里的胶体干燥并形成固态胶 泥连接桥，使干燥强度提高。在不同膨润土配比条件 下，7 5 ％卡拉拉精矿分别与2 5 ％精矿A 和2 5 ％精矿B 所造生球的爆裂温度均低于基准球；从干球抗压强度 和爆裂温度看，前者的膨润土配比为1 ．5 ％即可满足生 产要求，而后者膨润土配比需提高到1 ．6 ％。 从造球试验结果看，卡拉拉精矿与精矿A 所造生 球的指标优于卡拉拉精矿与精矿B 所造生球的指标； 随着膨润土配比增加，球团矿品位降低，7 5 ％卡拉拉精 矿与2 5 ％磁铁精矿A 和2 5 ％赤铁精矿B 的适宜膨润 土配比分别为1 ．5 ％和1 ．6 ％。 2 ．3 卡拉拉精矿焙烧制度研究 固定膨润土配比为1 ．6 ％，以7 5 ％卡拉拉精矿分别 与2 5 ％精矿A 和2 5 ％精矿B 所造生球为焙烧生球，研 究预热温度、预热时间、焙烧温度和焙烧时间对球团冷 强度的影响，确定适合卡拉拉精矿的焙烧制度。根据 前期试验结果，选定预热温度范围9 0 0 ～10 0 0 ℃，预热 时间4 ～8m i n ，焙烧温度范围12 0 0 ～13 0 0 ℃，焙烧时 间6 一1 2I I l i n 。固定焙烧温度为12 5 0 ℃，时间为1 0r n i n ， 均热温度为l0 0 0 ℃，时间为5m i n ，分析预热时间和 万方数据 第6 期张辉等卡拉拉精矿在鞍钢球团生产中的应用研究 预热温度对成品球团冷强度的影响，结果如图3 所示。响，结果如图4 所示。 ， } Z 型 艇 崮 蝠 园 畿 ， 盆_ Z 型 骥 出 运 夏 嚣 图3 预热制度对球团抗压强度的影响 a 7 5 ％卡拉拉精矿 2 5 ％精矿A ； b 7 5 ％卡拉拉精矿 2 5 ％精矿B 由图3 a 可知，在9 0 0 ～10 0 0 ℃温度范围内，随 着预热时间延长，球团抗压强度逐步提高；当温度超过 9 5 0 ℃、时间超过8m i n 时，球团矿抗压强度提高趋势 减弱。预热时间相同时，随着预热温度提高，球团抗压 强度整体呈提高趋势；但预热时间超过8m i n 时，预热 温度l0 0 0 ℃球团的抗压强度反而低于9 7 5 ℃球团的 抗压强度，这可能是因为预热温度较高时，随着预热时 间延长，预热球团产生部分2 F e O S i 0 ，并出现部分 液相，在冷却过程中很难结晶，形成玻璃质，球团矿强 度降低”1 。 由图3 b 可知，在9 0 0 ～9 7 5 ℃范围内，随着预热 时间延长，球团抗压强度逐步提高，这是因为该球团混 合料中赤铁精矿B 占很大比例，矿粉固结所需热量主 要由外部供应，随着温度提高和预热时间延长，原生赤 铁矿获得足够能量，与周围活性较大的新生赤铁矿形 成微晶键连接桥，为后续焙烧时F e O ，再结晶提供条 件J 。温度为l0 0 0 ℃时，球团矿抗压强度先提高后 降低，在时间为8m i n 时达到最大，这可能是因为时间 超过8m i n 后，球团外壳收缩严重，导致球团表面形成 小裂纹，这种小裂纹在后续焙烧时很难消除，影响球团 的抗压强度。 预热时间为8m i n ，预热温度为9 7 5 ℃条件下，分 析了焙烧时间和焙烧温度对成品球团抗压强度的影 ， Z 型 爱 崮 遥 菌 篱 f Z 型 蕊 出 运 墨 畿 图4 焙烧制度对球团抗压强度的影响 a 7 5 ％卡拉拉精矿 2 5 ％精矿A ； b 7 5 ％卡拉拉精矿 2 5 ％精矿B 由图4 a 可知，焙烧时间相同时，随着焙烧温度提 高，球团抗压强度提高，这是因为随着焙烧温度升高，赤 铁矿晶粒扩散增强，并产生再结晶和聚晶长大，孔隙率 下降，球体积收缩，球内各颗粒连结成一个致密的整体； 随着焙烧时间延长，球团抗压强度提高，但当温度超过 12 5 0 ℃、时间超过1 0m i n 时，球团抗压强度提高幅度 不大；l3 0 0 ℃时，随焙烧时间延长，球团抗压强度甚至 出现先提高后降低的趋势，这可能是因为焙烧时间超 过1 0m i n 时，s i O 含量较高的卡拉拉精矿球团形成部 分渣键固结，而以该种方式固结球团的抗压强度低于 F e O ，重结晶固结球团的抗压强度旧J 。由图4 b 可 知，其抗压强度随焙烧温度提高和焙烧时间延长而提 高，但当温度超过l2 7 5 ℃、时间超过1 0m i n 时，球团 抗压强度提高幅度不大。 2 ．4 矿相结构分析 为了研究卡拉拉精矿配比改变对球团矿冷强度和 冶金性能影响的原因，在预热温度9 5 0 ℃、预热时间 8m i n ，焙烧温度12 5 0 ℃、焙烧时间1 0m i n 的焙烧条 件下，对不同卡拉拉精矿配比条件下的成品球团显微 结构进行了分析，结果如图5 所示。由图5 a 可知， 配比4 5 ％卡拉拉精矿的球团氧化较为充分，赤铁矿晶 粒长大，边缘呈齿状或毛刺状，形成连晶；脉石主要为 固态，晶粒较大；孔洞以中、小孔为主，因此球团矿强度 万方数据 1 0 8 矿冶工程第3 5 卷 稍低，但磁铁矿含量很少，孔隙率较高，还原性较好。 由图5 b 可知，配比7 5 ％卡拉拉精矿的球团矿氧化非 常充分，基本未见磁铁矿；赤铁矿连晶充分发展，形成 网状结构；脉石主要为固态，晶粒较小；孑L 洞很少，基本 为小孔洞，所以此时球团强度和还原性均最高。由 图5 c 可知，配比9 0 ％卡拉拉精矿的球团，氧化基本完 成，偶见大粒赤铁矿晶粒之中残存磁铁矿；赤铁矿晶粒 外部形成晶桥，连晶较为充分；脉石为固态石英，少数脉 石外层熔化形成液相；大、中、小孔并存，少数裂隙存在， 因此球团矿的强度和还原性不高。由图5 d 可知，配 比1 0 0 ％卡拉拉精矿的球团氧化不充分，外部磁铁矿多 氧化形成赤铁矿，内部磁铁矿晶粒未充分氧化，只是部 分磁铁矿晶粒边缘氧化形成较少的赤铁矿；外部赤铁矿 形成连晶，内部磁铁矿也有少许连晶；内部孔洞较大，形 成裂隙，因此球团矿抗压强度和还原性均最低。 图5 球团矿微观结构图 其中H 为赤铁矿，M 为磁铁矿，P 为脉石，L 为液相渣 a 4 5 ％卡拉拉精矿 5 5 ％精矿A ； b 7 5 ％卡拉拉精矿 2 5 ％精矿A c 9 0 ％卡拉拉精矿 1 0 ％精矿A ； d l o o ％卡拉拉精矿 由矿相分析可知，卡拉拉精矿配比超过7 5 ％时，随 其配比进一步提高，球团冷强度和冶金性能变差，焙烧 制度需做相应调整。这也间接说明卡拉拉精矿的氧化 固结特性不如精矿A 好。综合考虑卡拉拉精矿产量和 鞍钢工艺条件，卡拉拉精矿配比可以提高到9 0 ％。 3 结论 1 从铁精矿的物化特性看，卡拉拉精矿的成球性 不如精矿A ，但优于精矿B ，可以应用于球团生产；从 生球和成品球抗压强度看，卡拉拉精矿用于鞍钢球团 生产的适宜配矿方案为7 5 ％卡拉拉精矿配加2 5 ％磁 铁精矿A 。 2 7 5 ％卡拉拉精矿配加2 5 ％磁铁精矿A 生产球 团的适宜膨润土配比为1 ．5 ％，最佳焙烧制度为预热 温度9 5 0 ℃、预热时间8m i n ，焙烧温度12 5 0 ℃、焙烧 时间1 0m i n 。 3 7 5 ％卡拉拉精矿配加2 5 ％赤铁精矿B 生产球 团的适宜膨润土配比为1 ．6 ％，最佳焙烧制度为预热 温度9 7 5 ℃、预热时间8m i n ，焙烧温度12 7 5 ℃、焙烧 时间1 0m i n 。 4 卡拉拉精矿的氧化固结特性不如精矿A ，综合 考虑卡拉拉精矿特性和鞍钢球团生产工艺条件，卡拉 拉精矿配比可以提高到9 0 ％。 参考文献 [ 1 ] 姜昌伟，傅菊英．李思导，等．凹山磁铁精矿球团焙烧特性研究 [ J ] ．中南工业大学学报，1 9 9 8 ，2 9 3 4 3 5 4 3 7 ． [ 2 ]叶匡吾．努力推进我国球团矿的生产[ J ] ．烧结球团，2 0 0 7 ，3 2 5 1 5 ． [ 3 ] K o m a rK a w a t ms ，J a y s o n 斑p k es ．I 丑b o m t o r ys t u d j e sf o ri m p r o v i n g g m e n b a l ls 呐n g t l li nb e n t o n i t eb o n d e dm a 驴e t i t ec o n c e n 啦t ep e l l e t 8 [ J ] ．M i n e r a lP m c e s s i n g ，2 0 0 3 1 1 4 2 9 4 4 1 ． [ 4 ]范建军，张文平．预热焙烧参数对超细粒度磁铁矿粉球团性能的 影响[ J ] ．钢铁，2 0 1 3 ，1 2 1 2 2 0 2 4 ． [ 5 ]范晓慧，刘昌，陈许玲，等．提高赤铁精矿配比对制备铁矿氧化 球团的影响[ J ] ．矿冶工程，2 0 1 2 ，3 2 5 9 4 9 7 ． [ 6 ] 傅菊英，姜涛，朱德庆．烧结球团学[ M ] ．长沙中南工业大学 出版社。1 9 9 5 ． 上接第1 0 3 页 [ 9 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