复合添加剂对赤铁矿球团性能影响的机理研究

第31卷第1期广冶工程Vol.31 Nol2011年02月MINING AND METALLURGICAL ENGINEERINGFebruary 201 I复合添加剂对赤铁矿球团性能影响的机理研究”周友连,许斌,李骞,姜涛(中南大学资源加工与生物工程学院,湖南长沙410083)摘要: 研究了复合添加剂对赤铁矿球团性能的影响,并对其机理进行了探索。研究表明,适量的硼砂在低温下能生成- -定 量的液柏,有助于球团培烧过程中的固相反应,从而改善赤铁矿球团抗压强度,但过量的液相会阻碍晶粒的直接接触,不利于球团中Fe2O,再结晶,降低焙烧球强度;而8I由于液相过多,还原过程粘结力减弱.恶化还原膨胀。MgO低温下稳定,阻碍了赤铁矿球团中Fe20,的微结晶,降低预热球抗压强度,但高温下形成高强度高熔点的铁酸镁系提高了焙烧球抗压强度且改善了还原膨胀。优化试验表明，0. 2%硼砂和1. 75% Mg0所形成的复合添加剂能使得赤铁矿球团既有良好的冶金性能,又能满足球团生产的抗压强度要求。关键词:烧结球团;赤铁矿;抗压强度;还原膨胀;复合添加剂中图分类号: TF046文献标识码: A文章编号: 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世纪以来,我国经济高速发展,对钢铁的需求竭,人们开始将月光投向铁品位高的赤铁矿。但赤铁量不断增大,而与此同时人们对生存环境越来越重视，矿 需要在较高的预热、焙烧温度和较长的预热、焙烧时因此,高产、低耗、长寿且环境友好成为钢铁厂追求的间下才能达到生产要求1-10。因此降低使用赤铁精:目标[1-3)。合理的高炉炉料结构是实现这些日标的途矿制备球团的能耗,提高其单位产量将在很大程度上径。而在高炉熟料中,相对于烧结矿,球团矿在高炉冶解决资源短缺的问题,并带来巨大的经济效益。炼中可起到增产节焦改善炼铁技术经济指标降低生不少研究者探索过含硼添加剂、含镁添加剂对磁铁成本、提高经济效益并且对环境友好的作用4-71。铁矿 球团的影响,范广权等人"-1认为含硼添加剂虽因此,在高炉炼铁中,加大球[团矿的比例是高炉炉料结可以中国煤化工! .焰烧球的强度,但构的发展趋势。随着生产球团矿的高品位磁铁矿资源的日益枯有对冶MH°认为含镁添加剂只.C NMHG高预热、焰烧球的强①收稿日期: 2010-08-05作者简介:周友连(1985-),女,江西南吕人,硕士研究生,主要从事烧结球团研究。第1期周友连等:复合添加剂对赤铁矿球团性能影响的机理研究67度,但可以改善磁铁矿球团的冶金性能。而在含硼、镁压力可调。生球制备采用圆盘造球机,其直径为1000复合添加剂对赤铁矿球团的影响这方面的探索研究在mm,转速18 r/min ,倾角为47°。造球试验中生球水分国内较少。为10% ,造球时间为12 min, 膨润土用量为1.8%。将本研究针对赤铁精矿制备球团矿的缺陷,探索了制 备好的生球在105 C下烘千,在卧式管炉中进行预复合添加剂对赤铁矿球团抗压强度及冶金性能的影热焙烧试验,预热温度950C,预热时间8min;焙烧响,以期使得赤铁矿球团既有良好的冶金性能,又能在温度1 280 C ,焙烧时间15 min。在ZQYC智能抗压测磁铁矿常见的预热、焙烧时间及温度下满足球团生产量仪上测定球团抗压强度。然后在此基础上对成品球的抗压强度要求。的还原膨胀率进行检测，探索出两种添加剂对赤铁矿还原膨胀的影响。最后通过优化试验,寻找出硼砂、1原料 性能和研究方法MgO适宜配比，两者所形成的复合添加剂能使赤铁矿1.1 原料性能球团既有良好的冶金性能,又能在预热温度950 C,预本试验所用含铁原料为来自巴西的PFCJ赤铁精热时间8 min,焙烧温度1250 C，焙烧时间12 min下矿,其化学成分见表1。从表1可知,PFCJ赤铁精矿的满足球团生产的抗压强度要求。铁品位高,二氧化硅含量低,其它有害杂质少,是生产2结果及分析氧化球团矿的优质原料。由于未经高压辊磨预处理的PFCJ赤铁精矿比表面积远低于球团生产对铁精矿比2.1单一添加剂对球团抗压强 度的影响表面积要求，因此,对PFCJ赤铁精矿进行了高压辊磨2.1.1硼砂对球团 抗压强度的影响硼 砂对球团抗预处理,处理后的PFCJ赤铁精矿粒度组成见表2,其压强度的影响见图1。从图1可以看出,随着硼砂添比表面积为1 626 cm/g,静态成球指数为0.62。试验加 量的不断增加,预热球抗压强度不断增大,焙烧球抗所用膨润土化学成分见表1 ,物理性能见表3。压强度先增大后减小。这是因为,加入硼砂后,在较低温度下就开始熔融且与球团中脉石矿物形成低熔点物表1 PFCJ 赤铁精矿和膨润土化学成分(质量分数)/%质,它们熔触所产生的少量液相使球团中颗粒靠近,拉名称FeOSiO2 Al203CaOMg0紧,并且有助于固体扩散反应的进行,加强了赤铁矿球赤铁精矿65.72 0.531.25 1.510.040.06团中预热阶段Fe203的微晶连接和焙烧阶段的Fe2O3膨润土_8.36 0.85 47.51 16. 151.59 3. 33再结晶连接,使得预热球、焙烧球抗压强度增大。但是Mn0_NaOK20Ps烧失当硼砂添加量过多时,产生过多的液相,反而会阻碍固赤铁精矿0.79 0.008 0.0012 0.036 0.011 2.29体颗粒直接接触,不利于赤铁矿球团中Fe203再结晶膨润土0.13 1.29 1.05 0.011 0.25 14. 38连接,焙烧球强度反而降低。表2 PFCJ 赤铁精矿粒度组成(质量t分数)/%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膨润士物理性能-50吸水率(2h)膨胀容胶质价蒙脱石含址 -0.074 mm/(ml. g-'粒级含量/%-300187.56.591.088.6100.01600.00.2 0.4 0.6翱砂裕加量/%本试验所采用的添加剂为硼砂和MgO,均为分析圈1硼砂添加对球团抗压强度的影响纯试剂。1.2 研究方法2.1.中国煤化工响MgO 对球团抗首先，分别研究单一添加剂硼砂、MgO对赤铁矿压强MHCNMHG看出,随着MgO添球团抗压强度的影响。将经过高压辊磨预处理的PF-加量的不断增加,预热球抗压强度不断减小，焙烧球抗CJ赤铁精矿、硼砂或MgO同膨润土混匀,造球。采用压强度不断增大。 这是因为, Mg0是高熔点物质,在中南大学研制的φ200x75mm高压辊磨机,其转速和较低温度下稳定存在，它的加入阻碍了赤铁矿球团中6矿冶工巷第31卷预热阶段Fe203的微晶连接,从而降低了预热球的抗Fe20,转变成Fe,04的反应,而是生成FeO与MgO的压强度。而在1280 C下,MgO与Fe2O,生成了铁酸固溶体,抑制了球团矿还原体积膨胀,降低了还原膨镁体系,此类铁酸盐除了本身具有较高强度外,其熔融胀率形成的液相也有利于固相扩散反应,有助于赤铁矿球2.3优化试验团中颗粒的连接,均能提高焙烧球强度。在单一添加剂硼砂、MgO对赤铁矿球团的抗压强1350度、还原膨胀影响研究的基础上,综合考虑球团的冶金340性能及抗压强度,进-一步进行了优化试验,此时预热制330度为:预热温度950C,预热时间8min;焙烧温度三3003201250C,焙烧时间12min;硼砂添加量为0.2%,MgO-310添加量为1.75%。优化试验结果见表5。2500-300表5优化试验i 2000290预热球烙烧球还原 还原 . 低温还原粉化指数/%028抗压强度抗压强度膨胀+6.3 +3.15 -0.5MgO添加量/%/(N.个-) /(N.个i) /% /%mm___ mm_ mm213 75682.5913.57 99.98 99.98 0.02圈2 MgO 添加对球团抗压强度的影响从表5可以看出,0. 2%硼砂和1. 75% MgO所形2.2添加剂对球团还原膨胀的影响取预热温度950 C,预热时间8 min,焙烧温度成的复合添加剂能使得赤铁矿球团既有良好的冶金性1280C,焙烧时间15min的成品球进行还原膨胀试能,又能在磁铁矿常见的预热、焙烧时间及温度下满足验。在研究硼砂、MgO对赤铁矿球团还原膨胀影响的球团生产的抗压强度要求。同时，,兼顾预热球、焙烧球抗压强度,本试验中选取以2.4机理分析下3个试验点进行了还原膨胀率的测定,试验结果见分别对优化试验点0.2%硼砂.1. 75% Mg0和无添表4。加剂的试验点进行了矿相显微结构研究,见图3~4。表4添加剂对球团还原膨胀的影响添加剂用量预热球抗压强度焙烧球杭压强度RSI/(N.个-I) /(N.个I) /%无添加剂17929.950. 40%瞩砂6593 0969.390. 40%硼砂+1. 00% MgO48385615.69图3无添加剂焙烧球矿相显微结构从表4可见,无添加剂的赤铁矿球团还原膨胀率(a)球核部分; (b)球团矿外层虽然小,但其抗压强度在本试验条件下远不能满足生产要求。与无添加剂的球团相比,添加0. 4%硼砂后,赤铁矿球团抗压强度大幅度提高,但还原膨胀率明显增大,接近异常膨胀。而添加0.4%硼砂和1. 00%Mg0的赤铁矿球团,预热球抗压强度虽有所降低,但仍高于无添加剂球团的抗压强度，能满足生产要求,而其还原膨胀率相对仅添加0.4%硼砂的球团有所下图4有添加剂焙烧球矿 相显微结构降。这些说明硼砂恶化赤铁矿球团的还原膨胀,而Mg0能改善赤铁矿球团的还原膨胀。这是因为,赤铁中国煤化工矿球团加入硼砂后,硼砂产生的低熔点物质使得球团HCNMH G焙烧球显微结构以在还原早期就出现较多液相,使得还原过程中的粘结多孔状结构为主，气孔不规则,大小不一。球核部分，力减弱,还原膨胀增大(";而MgO在赤铁矿球团焙烧Fe20,结晶细小松散, Fe2O,再结晶只有小部分开始过程中形成了稳定的铁酸镁,在还原时不会发生互连,大部分Fe20, 呈单独粒状处于初晶态。球团外第1期周友连等:复合添加剂对赤铁矿球团性能影响的机理研究69层Fe,0,再结晶较球核部分好，部分互连,但仍有一部能使得赤铁矿球团既有良好的冶金性能,又能在磁铁矿分Fe20,呈初晶态。这是因为赤铁矿球团焙烧过程常见的预热、焙烧时间及温度下具有较大的抗压强度。中，只有在较高温度和较长时间条件下,才能观察到晶参考文献:体的明显长大,否则只是各Fe20,颗粒相互靠近,但不[1]国家发展改革委产业政策司. 2007 年钢铁行业发展趋势及应重产生粘结或者只形成初期的连接桥。视问题[J].中国经贸导刊,2007(4) :9.从图4可以看出:加人硼砂和MgO的复合添加剂[2]周劲. 我国钢铁工业供需形势分析与未来发展趋势[J].中国经贸导刊,2006(13);19-20.后,焙烧球显微结构也以多孔状结构为主,气孔较规[3] 朱及天 洪天求.我闻钢铁需求预测及铁矿资源安全供给对策则,孔径大小相对较均匀,气孔数量较基准点要少。球[J].金属矿山2006(10):9 -12.团矿外层:Fe2O3再结晶优良,互连晶更多,晶粒粗大，4] 叶匡吾努力推进我国球团矿的生产[]].烧结球团,2007,32构成高强度的结构。球核部分:Fe203再结晶仍较好，(5):1-5.互连晶较多,虽然有部分Fe203 处于微结晶状态,但是[$] 黄金堂,闭立钢,杨 剑,等 柳钢使用自产球团矿实践[1].柳.钢科技2004(2):10-11.整体结构较强。这是由于加入硼砂后,其产生的低熔[6]叶医吾. 欧盟高炉炉料结构评述和我国球团生产的进展[1].饶点物质在低温下熔融,开始与其它化合物发生固相反结球团2004 ,29(4):4-6.应,产生了流动性好的少量的液相,而同时加人的[7] 刘文权. 对我国球团矿生产发展的认识和思考[J].炼铁,2006,MgO与Fe20,生成了铁酸镁体系的熔融液相,这些熔25(3):10-13.融液相使得球团中颗粒表面润湿，并靠表面张力使颗[8] 张久铭,王贵成,何亚丽. 我国铁矿资源的秉赋特征与可持续开发利用研究[J].中国矿业,200 ,16(7):36 -39.粒靠近、拉紧,此外还能进一步促进固相扩散反应,从[9]于谦我国铁矿石进口址持续走高[J].港口经济,007(5);:而进一步促进了铁酸钙的生成与Fe20,晶粒长大互62-66.连,提高焙烧球强度。[10] 岡为群.国内球团生产技术的发展[]].江苏冶金,2007,35(3):21 -24.3结论[11] 范广权铁精矿加氧化硼球团试验及其冶炼效果[J].烧结球团,1990(4):12- 19.1)赤铁矿球团中加入硼砂后,其中的低熔点物质I2] 李永清.三种含硼添加剂在烧结球团生产中的应用比较[J].昆低温下产生熔融液相,有助于固相反应,使得预热球、明冶金高等专科学校学报,2004 ,20(1):31 -33.焙烧球抗压强度增大。但硼砂添加量过多时,产生过[13] 张凯,杨兆祥. 添加硼精矿对球团抗压强度和还原性的影响多的液相,反而阻碍固体颗粒直接接触,不利于赤铁矿[J].烧结球团,1998 ,23(3):25 -28.球团中再结晶连接,焙烧球强度反而降低。而熔融液[14] 张亚平,傅菊英,姜 涛,等 脉石含量对球团矿性能的影响[].烧结球团,002.27(4):11 -14.相却使得还原过程粘结力减弱,恶化还原膨胀。2)赤铁矿球团中加入Mg0后.MgO低温下稳定，[1S]) 张凯，杨兆样B.ONOC0CHp系围结块的抗压强度和还原性[J].东北大学学报(自然科学版)1997,18(6);阻碍Fe203微结晶,降低颁热球抗压强度,而高温下形589 -592.成的铁酸镁体系不仅可提高焙烧球抗压强度,而且该体[16] 宋招权. Mg0 对球团矿质量的影响[J].烧结球团, 200 ,26系还原时不会发生Fe20,转变成Feg0,的反应,而是生(6):22 -24.成FeO与Mg0的固溶体,抑制了球团矿还原体积膨胀。[17] 王宾,李慧敏.余 为,等以巴西赤铁矿为主配加磁铁矿硼铁矿的球团试验[J].烧结球团2008 ,3(2):19 -22.3)0.2%硼砂和1.75%MgO所形成的复合添加剂(.上接第65贞)可达到90.73%、金属化率95.44% ,且S、P ,Si02等杂.炼铁,2002, 21(8):53 -55.质含量也都达到标准。福建省拥有大量挥发份、灰分、2] 陆明春,张学启.直接还原法炼铁技术的发展历程及其应用前景[J}.天津冶金,008(2):59 -64.含硫均较低的无烟煤,“-步法”生产直接还原铁工艺[3] 李鑫邢钢提高球团矿质量的实践[J]烧结球团,008,33中通过配煤调整还原剂性质,可大大降低优质烟煤的(5):53 -s5.用量,节约成本,同时能够因地制宜的利用福建本地煤[4] 张一敏球团理论与工共[ M1.北京:冶金工业出版社2004.炭资源,提高福建省的铁矿和煤炭多种资源的综合利[5中国煤化工工艺研究[J].湖南冶用率。0H[6]张水群， 出反趣。你加友日和纸刑的项团试验[J].烧结球团，2004 ,29(5):9-11.[1] 范晓慧,邱冠周.我国直接还原铁生产的现状与发展前景[J].[7] YB/T 4170 - 2008.炼钢用直接还原铁[S].2008.