復合添加劑對赤鐵礦球團性能影響的機理研究

第31卷第1期廣冶工程Vol.31 Nol2011年02月MINING AND METALLURGICAL ENGINEERINGFebruary 201 I復合添加劑對赤鐵礦球團性能影響的機理研究”周友連,許斌,李騫,姜濤(中南大學(xué)資源加工與生物工程學(xué)院,湖南長(cháng)沙410083)摘要: 研究了復合添加劑對赤鐵礦球團性能的影響,并對其機理進(jìn)行了探索。研究表明,適量的硼砂在低溫下能生成- -定 量的液柏,有助于球團培燒過(guò)程中的固相反應,從而改善赤鐵礦球團抗壓強度,但過(guò)量的液相會(huì )阻礙晶粒的直接接觸,不利于球團中Fe2O,再結晶,降低焙燒球強度;而8I由于液相過(guò)多,還原過(guò)程粘結力減弱.惡化還原膨脹。MgO低溫下穩定,阻礙了赤鐵礦球團中Fe20,的微結晶,降低預熱球抗壓強度,但高溫下形成高強度高熔點(diǎn)的鐵酸鎂系提高了焙燒球抗壓強度且改善了還原膨脹。優(yōu)化試驗表明，0. 2%硼砂和1. 75% Mg0所形成的復合添加劑能使得赤鐵礦球團既有良好的冶金性能,又能滿(mǎn)足球團生產(chǎn)的抗壓強度要求。關(guān)鍵詞:燒結球團;赤鐵礦;抗壓強度;還原膨脹;復合添加劑中圖分類(lèi)號: TF046文獻標識碼: A文章編號: 0253 - 6099(2011)01 0066 -04Mechanism Research for Influence of Compound Additiveson the Properties of Hematite PelletsZHOU You-lian, XU Bin, LI Qian, JIANG Tao( Schoo of Minerals Processing & Bioengineering, Central South University, Changsha 410083 , Hunan, China)Abstract: The influence of compound additives on the properties of hematite pellets and its mechanism have beenstudied. The results show that a certain amount of liquid phase can be produced at low temperature with a moderate doseof borax, which is good for solid phase reaction in the pellet roasting process and can improve the compressive strength ofhematite pellet. But excess liquid-phase prevents erystal particles contacting each other directly, being unfavorable forFe203 rerystallization and lowering pellet compressive strength. The excess of liquid-phase results in the weakness of thebonding and worsening of reduction swelling. MgO is stable at low temperature and hinders micro-crystal of Fe2O3 inhematite pellet, so as to lower the compressive strength of preheated pellet. However it improves the compressivestrength and reduction swelling of pellet since it produces high strength ，high meling point magnesium frrite at a hightemperature. Result from optimization test shows that the compound additives which are formed with 0. 2% borax ，1.75% MgO can make the hematite pellets with good metallurgical properties ，meeting requirement of compressivestrength in pellet production.Key words: sintering and plletizing; hematite; compression strength; reduction swelling; compound additives21世紀以來(lái),我國經(jīng)濟高速發(fā)展,對鋼鐵的需求竭,人們開(kāi)始將月光投向鐵品位高的赤鐵礦。但赤鐵量不斷增大,而與此同時(shí)人們對生存環(huán)境越來(lái)越重視，礦 需要在較高的預熱、焙燒溫度和較長(cháng)的預熱、焙燒時(shí)因此,高產(chǎn)、低耗、長(cháng)壽且環(huán)境友好成為鋼鐵廠(chǎng)追求的間下才能達到生產(chǎn)要求1-10。因此降低使用赤鐵精:目標[1-3)。合理的高爐爐料結構是實(shí)現這些日標的途礦制備球團的能耗,提高其單位產(chǎn)量將在很大程度上徑。而在高爐熟料中,相對于燒結礦,球團礦在高爐冶解決資源短缺的問(wèn)題,并帶來(lái)巨大的經(jīng)濟效益。煉中可起到增產(chǎn)節焦改善煉鐵技術(shù)經(jīng)濟指標降低生不少研究者探索過(guò)含硼添加劑、含鎂添加劑對磁鐵成本、提高經(jīng)濟效益并且對環(huán)境友好的作用4-71。鐵礦 球團的影響,范廣權等人"-1認為含硼添加劑雖因此,在高爐煉鐵中,加大球[團礦的比例是高爐爐料結可以中國煤化工! .焰燒球的強度,但構的發(fā)展趨勢。隨著(zhù)生產(chǎn)球團礦的高品位磁鐵礦資源的日益枯有對冶MH°認為含鎂添加劑只.C NMHG高預熱、焰燒球的強①收稿日期: 2010-08-05作者簡(jiǎn)介:周友連(1985-),女,江西南呂人,碩士研究生,主要從事燒結球團研究。第1期周友連等:復合添加劑對赤鐵礦球團性能影響的機理研究67度,但可以改善磁鐵礦球團的冶金性能。而在含硼、鎂壓力可調。生球制備采用圓盤(pán)造球機,其直徑為1000復合添加劑對赤鐵礦球團的影響這方面的探索研究在mm,轉速18 r/min ,傾角為47°。造球試驗中生球水分國內較少。為10% ,造球時(shí)間為12 min, 膨潤土用量為1.8%。將本研究針對赤鐵精礦制備球團礦的缺陷,探索了制 備好的生球在105 C下烘千,在臥式管爐中進(jìn)行預復合添加劑對赤鐵礦球團抗壓強度及冶金性能的影熱焙燒試驗,預熱溫度950C,預熱時(shí)間8min;焙燒響,以期使得赤鐵礦球團既有良好的冶金性能,又能在溫度1 280 C ,焙燒時(shí)間15 min。在ZQYC智能抗壓測磁鐵礦常見(jiàn)的預熱、焙燒時(shí)間及溫度下滿(mǎn)足球團生產(chǎn)量?jì)x上測定球團抗壓強度。然后在此基礎上對成品球的抗壓強度要求。的還原膨脹率進(jìn)行檢測，探索出兩種添加劑對赤鐵礦還原膨脹的影響。最后通過(guò)優(yōu)化試驗,尋找出硼砂、1原料 性能和研究方法MgO適宜配比，兩者所形成的復合添加劑能使赤鐵礦1.1 原料性能球團既有良好的冶金性能,又能在預熱溫度950 C,預本試驗所用含鐵原料為來(lái)自巴西的PFCJ赤鐵精熱時(shí)間8 min,焙燒溫度1250 C，焙燒時(shí)間12 min下礦,其化學(xué)成分見(jiàn)表1。從表1可知,PFCJ赤鐵精礦的滿(mǎn)足球團生產(chǎn)的抗壓強度要求。鐵品位高,二氧化硅含量低,其它有害雜質(zhì)少,是生產(chǎn)2結果及分析氧化球團礦的優(yōu)質(zhì)原料。由于未經(jīng)高壓輥磨預處理的PFCJ赤鐵精礦比表面積遠低于球團生產(chǎn)對鐵精礦比2.1單一添加劑對球團抗壓強 度的影響表面積要求，因此,對PFCJ赤鐵精礦進(jìn)行了高壓輥磨2.1.1硼砂對球團 抗壓強度的影響硼 砂對球團抗預處理,處理后的PFCJ赤鐵精礦粒度組成見(jiàn)表2,其壓強度的影響見(jiàn)圖1。從圖1可以看出,隨著(zhù)硼砂添比表面積為1 626 cm/g,靜態(tài)成球指數為0.62。試驗加 量的不斷增加,預熱球抗壓強度不斷增大,焙燒球抗所用膨潤土化學(xué)成分見(jiàn)表1 ,物理性能見(jiàn)表3。壓強度先增大后減小。這是因為,加入硼砂后,在較低溫度下就開(kāi)始熔融且與球團中脈石礦物形成低熔點(diǎn)物表1 PFCJ 赤鐵精礦和膨潤土化學(xué)成分(質(zhì)量分數)/%質(zhì),它們熔觸所產(chǎn)生的少量液相使球團中顆?？拷?拉名稱(chēng)FeOSiO2 Al203CaOMg0緊,并且有助于固體擴散反應的進(jìn)行,加強了赤鐵礦球赤鐵精礦65.72 0.531.25 1.510.040.06團中預熱階段Fe203的微晶連接和焙燒階段的Fe2O3膨潤土_8.36 0.85 47.51 16. 151.59 3. 33再結晶連接,使得預熱球、焙燒球抗壓強度增大。但是Mn0_NaOK20Ps燒失當硼砂添加量過(guò)多時(shí),產(chǎn)生過(guò)多的液相,反而會(huì )阻礙固赤鐵精礦0.79 0.008 0.0012 0.036 0.011 2.29體顆粒直接接觸,不利于赤鐵礦球團中Fe203再結晶膨潤土0.13 1.29 1.05 0.011 0.25 14. 38連接,焙燒球強度反而降低。表2 PFCJ 赤鐵精礦粒度組成(質(zhì)量t分數)/%3200+0. 10E0. 106~ 0. 074 ~0.045~-0.0385-80mi0.074 mm0.045 mm0.0385 mm28001.725.8712.928.44 .71. 05700定-6表3膨潤士物理性能-50吸水率(2h)膨脹容膠質(zhì)價(jià)蒙脫石含址 -0.074 mm/(ml. g-'粒級含量/%-300187.56.591.088.6100.01600.00.2 0.4 0.6翱砂裕加量/%本試驗所采用的添加劑為硼砂和MgO,均為分析圈1硼砂添加對球團抗壓強度的影響純試劑。1.2 研究方法2.1.中國煤化工響MgO 對球團抗首先，分別研究單一添加劑硼砂、MgO對赤鐵礦壓強MHCNMHG看出,隨著(zhù)MgO添球團抗壓強度的影響。將經(jīng)過(guò)高壓輥磨預處理的PF-加量的不斷增加,預熱球抗壓強度不斷減小，焙燒球抗CJ赤鐵精礦、硼砂或MgO同膨潤土混勻,造球。采用壓強度不斷增大。 這是因為, Mg0是高熔點(diǎn)物質(zhì),在中南大學(xué)研制的φ200x75mm高壓輥磨機,其轉速和較低溫度下穩定存在，它的加入阻礙了赤鐵礦球團中6礦冶工巷第31卷預熱階段Fe203的微晶連接,從而降低了預熱球的抗Fe20,轉變成Fe,04的反應,而是生成FeO與MgO的壓強度。而在1280 C下,MgO與Fe2O,生成了鐵酸固溶體,抑制了球團礦還原體積膨脹,降低了還原膨鎂體系,此類(lèi)鐵酸鹽除了本身具有較高強度外,其熔融脹率形成的液相也有利于固相擴散反應,有助于赤鐵礦球2.3優(yōu)化試驗團中顆粒的連接,均能提高焙燒球強度。在單一添加劑硼砂、MgO對赤鐵礦球團的抗壓強1350度、還原膨脹影響研究的基礎上,綜合考慮球團的冶金340性能及抗壓強度,進(jìn)-一步進(jìn)行了優(yōu)化試驗,此時(shí)預熱制330度為:預熱溫度950C,預熱時(shí)間8min;焙燒溫度三3003201250C,焙燒時(shí)間12min;硼砂添加量為0.2%,MgO-310添加量為1.75%。優(yōu)化試驗結果見(jiàn)表5。2500-300表5優(yōu)化試驗i 2000290預熱球烙燒球還原 還原 . 低溫還原粉化指數/%028抗壓強度抗壓強度膨脹+6.3 +3.15 -0.5MgO添加量/%/(N.個(gè)-) /(N.個(gè)i) /% /%mm___ mm_ mm213 75682.5913.57 99.98 99.98 0.02圈2 MgO 添加對球團抗壓強度的影響從表5可以看出,0. 2%硼砂和1. 75% MgO所形2.2添加劑對球團還原膨脹的影響取預熱溫度950 C,預熱時(shí)間8 min,焙燒溫度成的復合添加劑能使得赤鐵礦球團既有良好的冶金性1280C,焙燒時(shí)間15min的成品球進(jìn)行還原膨脹試能,又能在磁鐵礦常見(jiàn)的預熱、焙燒時(shí)間及溫度下滿(mǎn)足驗。在研究硼砂、MgO對赤鐵礦球團還原膨脹影響的球團生產(chǎn)的抗壓強度要求。同時(shí)，,兼顧預熱球、焙燒球抗壓強度,本試驗中選取以2.4機理分析下3個(gè)試驗點(diǎn)進(jìn)行了還原膨脹率的測定,試驗結果見(jiàn)分別對優(yōu)化試驗點(diǎn)0.2%硼砂.1. 75% Mg0和無(wú)添表4。加劑的試驗點(diǎn)進(jìn)行了礦相顯微結構研究,見(jiàn)圖3~4。表4添加劑對球團還原膨脹的影響添加劑用量預熱球抗壓強度焙燒球杭壓強度RSI/(N.個(gè)-I) /(N.個(gè)I) /%無(wú)添加劑17929.950. 40%矚砂6593 0969.390. 40%硼砂+1. 00% MgO48385615.69圖3無(wú)添加劑焙燒球礦相顯微結構從表4可見(jiàn),無(wú)添加劑的赤鐵礦球團還原膨脹率(a)球核部分; (b)球團礦外層雖然小,但其抗壓強度在本試驗條件下遠不能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。與無(wú)添加劑的球團相比,添加0. 4%硼砂后,赤鐵礦球團抗壓強度大幅度提高,但還原膨脹率明顯增大,接近異常膨脹。而添加0.4%硼砂和1. 00%Mg0的赤鐵礦球團,預熱球抗壓強度雖有所降低,但仍高于無(wú)添加劑球團的抗壓強度，能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求,而其還原膨脹率相對僅添加0.4%硼砂的球團有所下圖4有添加劑焙燒球礦 相顯微結構降。這些說(shuō)明硼砂惡化赤鐵礦球團的還原膨脹,而Mg0能改善赤鐵礦球團的還原膨脹。這是因為,赤鐵中國煤化工礦球團加入硼砂后,硼砂產(chǎn)生的低熔點(diǎn)物質(zhì)使得球團HCNMH G焙燒球顯微結構以在還原早期就出現較多液相,使得還原過(guò)程中的粘結多孔狀結構為主，氣孔不規則,大小不一。球核部分，力減弱,還原膨脹增大(";而MgO在赤鐵礦球團焙燒Fe20,結晶細小松散, Fe2O,再結晶只有小部分開(kāi)始過(guò)程中形成了穩定的鐵酸鎂,在還原時(shí)不會(huì )發(fā)生互連,大部分Fe20, 呈單獨粒狀處于初晶態(tài)。球團外第1期周友連等:復合添加劑對赤鐵礦球團性能影響的機理研究69層Fe,0,再結晶較球核部分好，部分互連,但仍有一部能使得赤鐵礦球團既有良好的冶金性能,又能在磁鐵礦分Fe20,呈初晶態(tài)。這是因為赤鐵礦球團焙燒過(guò)程常見(jiàn)的預熱、焙燒時(shí)間及溫度下具有較大的抗壓強度。中，只有在較高溫度和較長(cháng)時(shí)間條件下,才能觀(guān)察到晶參考文獻:體的明顯長(cháng)大,否則只是各Fe20,顆粒相互靠近,但不[1]國家發(fā)展改革委產(chǎn)業(yè)政策司. 2007 年鋼鐵行業(yè)發(fā)展趨勢及應重產(chǎn)生粘結或者只形成初期的連接橋。視問(wèn)題[J].中國經(jīng)貿導刊,2007(4) :9.從圖4可以看出:加人硼砂和MgO的復合添加劑[2]周勁. 我國鋼鐵工業(yè)供需形勢分析與未來(lái)發(fā)展趨勢[J].中國經(jīng)貿導刊,2006(13);19-20.后,焙燒球顯微結構也以多孔狀結構為主,氣孔較規[3] 朱及天 洪天求.我聞鋼鐵需求預測及鐵礦資源安全供給對策則,孔徑大小相對較均勻,氣孔數量較基準點(diǎn)要少。球[J].金屬礦山2006(10):9 -12.團礦外層:Fe2O3再結晶優(yōu)良,互連晶更多,晶粒粗大，4] 葉匡吾努力推進(jìn)我國球團礦的生產(chǎn)[]].燒結球團,2007,32構成高強度的結構。球核部分:Fe203再結晶仍較好，(5):1-5.互連晶較多,雖然有部分Fe203 處于微結晶狀態(tài),但是[$] 黃金堂,閉立鋼,楊 劍,等 柳鋼使用自產(chǎn)球團礦實(shí)踐[1].柳.鋼科技2004(2):10-11.整體結構較強。這是由于加入硼砂后,其產(chǎn)生的低熔[6]葉醫吾. 歐盟高爐爐料結構評述和我國球團生產(chǎn)的進(jìn)展[1].饒點(diǎn)物質(zhì)在低溫下熔融,開(kāi)始與其它化合物發(fā)生固相反結球團2004 ,29(4):4-6.應,產(chǎn)生了流動(dòng)性好的少量的液相,而同時(shí)加人的[7] 劉文權. 對我國球團礦生產(chǎn)發(fā)展的認識和思考[J].煉鐵,2006,MgO與Fe20,生成了鐵酸鎂體系的熔融液相,這些熔25(3):10-13.融液相使得球團中顆粒表面潤濕，并靠表面張力使顆[8] 張久銘,王貴成,何亞麗. 我國鐵礦資源的秉賦特征與可持續開(kāi)發(fā)利用研究[J].中國礦業(yè),200 ,16(7):36 -39.?？拷?、拉緊,此外還能進(jìn)一步促進(jìn)固相擴散反應,從[9]于謙我國鐵礦石進(jìn)口址持續走高[J].港口經(jīng)濟,007(5);:而進(jìn)一步促進(jìn)了鐵酸鈣的生成與Fe20,晶粒長(cháng)大互62-66.連,提高焙燒球強度。[10] 岡為群.國內球團生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展[]].江蘇冶金,2007,35(3):21 -24.3結論[11] 范廣權鐵精礦加氧化硼球團試驗及其冶煉效果[J].燒結球團,1990(4):12- 19.1)赤鐵礦球團中加入硼砂后,其中的低熔點(diǎn)物質(zhì)I2] 李永清.三種含硼添加劑在燒結球團生產(chǎn)中的應用比較[J].昆低溫下產(chǎn)生熔融液相,有助于固相反應,使得預熱球、明冶金高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報,2004 ,20(1):31 -33.焙燒球抗壓強度增大。但硼砂添加量過(guò)多時(shí),產(chǎn)生過(guò)[13] 張凱,楊兆祥. 添加硼精礦對球團抗壓強度和還原性的影響多的液相,反而阻礙固體顆粒直接接觸,不利于赤鐵礦[J].燒結球團,1998 ,23(3):25 -28.球團中再結晶連接,焙燒球強度反而降低。而熔融液[14] 張亞平,傅菊英,姜 濤,等 脈石含量對球團礦性能的影響[].燒結球團,002.27(4):11 -14.相卻使得還原過(guò)程粘結力減弱,惡化還原膨脹。2)赤鐵礦球團中加入Mg0后.MgO低溫下穩定，[1S]) 張凱，楊兆樣B.ONOC0CHp系圍結塊的抗壓強度和還原性[J].東北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)1997,18(6);阻礙Fe203微結晶,降低頒熱球抗壓強度,而高溫下形589 -592.成的鐵酸鎂體系不僅可提高焙燒球抗壓強度,而且該體[16] 宋招權. Mg0 對球團礦質(zhì)量的影響[J].燒結球團, 200 ,26系還原時(shí)不會(huì )發(fā)生Fe20,轉變成Feg0,的反應,而是生(6):22 -24.成FeO與Mg0的固溶體,抑制了球團礦還原體積膨脹。[17] 王賓,李慧敏.余 為,等以巴西赤鐵礦為主配加磁鐵礦硼鐵礦的球團試驗[J].燒結球團2008 ,3(2):19 -22.3)0.2%硼砂和1.75%MgO所形成的復合添加劑(.上接第65貞)可達到90.73%、金屬化率95.44% ,且S、P ,Si02等雜.煉鐵,2002, 21(8):53 -55.質(zhì)含量也都達到標準。福建省擁有大量揮發(fā)份、灰分、2] 陸明春,張學(xué)啟.直接還原法煉鐵技術(shù)的發(fā)展歷程及其應用前景[J}.天津冶金,008(2):59 -64.含硫均較低的無(wú)煙煤,“-步法”生產(chǎn)直接還原鐵工藝[3] 李鑫邢鋼提高球團礦質(zhì)量的實(shí)踐[J]燒結球團,008,33中通過(guò)配煤調整還原劑性質(zhì),可大大降低優(yōu)質(zhì)煙煤的(5):53 -s5.用量,節約成本,同時(shí)能夠因地制宜的利用福建本地煤[4] 張一敏球團理論與工共[ M1.北京:冶金工業(yè)出版社2004.炭資源,提高福建省的鐵礦和煤炭多種資源的綜合利[5中國煤化工工藝研究[J].湖南冶用率。0H[6]張水群， 出反趣。你加友日和紙刑的項團試驗[J].燒結球團，2004 ,29(5):9-11.[1] 范曉慧,邱冠周.我國直接還原鐵生產(chǎn)的現狀與發(fā)展前景[J].[7] YB/T 4170 - 2008.煉鋼用直接還原鐵[S].2008.