巴西赤铁精粉用于鞍钢鲅鱼圈球团生产试验研究

国泉峰 ，蒋益 ，腾雪亮 ，汪立东 ，徐震 ，张小芳

（1.鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司，辽宁 营口 115007；2.辽宁科技大学材料与冶金学院，辽宁 鞍山 114051）

球团矿的生产技术指标包括球团矿稳定的化学成分、良好的物理性能（抗压强度、转鼓强度和粒度组成等）、优质高温冶金性能和技术经济指标四个部分，其中球团矿化学成分是最重要的指标之一，尤其是铁品位和SiO2含量指标［1-4］。国外球团矿铁品位较高，为65.0%～66.9%；SiO2含量非常低，为1.15%～4.32%。鞍钢股份有限公司本部球团车间球团矿铁品位为64.3%～64.9%、SiO2含量为5.72%～7.14%。而鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司（以下简称“鲅鱼圈”）球团矿铁品位年平均值为63.88%，SiO2含量年平均值为7.55%。从球团矿化学成分指标看，目前鲅鱼圈球团矿最突出的问题是铁品位低、SiO2含量超高，造成高炉炼铁入炉矿品位低、渣比高。

巴西赤铁精粉铁矿石具有铁品位高、杂质少的优势，是用于球团生产的理想原料之一，但该类矿石表面光滑、结构致密，导致其成球性能和焙烧性能相对磁铁矿要差些。为了提高鲅鱼圈球团矿铁品位，降低SiO2含量，进行了球团配加巴西Minas Rio赤铁精粉部分替代高硅卡拉拉铁精矿的实验室研究和工业试验，重点研究了球团的造球性能、成品球团冷强度和球团矿铁品位及SiO2含量变化情况。

1 实验室实验

1.1 实验原料

实验所用含铁原料为卡拉拉铁精矿、巴西Minas Rio赤铁精粉和复合膨润土。原料化学成分见表1，铁精矿粒度分析见表2，复合膨润土物理性能见表3。

表1 原料化学成分（质量分数）Table 1 Chemical Compositions in Raw Materials（Mass Fraction） %

表2 铁精矿粒度分析Table 2 Analysis on Grain Size of Iron Concentrates %

表3 复合膨润土物理性能Table 3 Physical Properties of Composite Bentonite

由表1、2可以看出，巴西Minas Rio赤铁精粉铁品位高达67.09%，高于卡拉拉铁精矿1.72个百分点，其中SiO2含量为3.07%，远低于卡拉拉铁精矿3.96个百分点，单纯从化学成分方面看，球团配加巴西Minas Rio赤铁精粉能够明显实现提铁降硅的目的；但是巴西Minas Rio赤铁精粉的FeO含量较低，从FeO氧化放热的角度分析，生产工艺过程需要增加煤气的使用量来补偿生球中FeO含量降低减少的热量。巴西Minas Rio赤铁精粉和卡拉拉铁精矿不仅铁品位高，而且粒度细，粒度＜0.074 mm比例超过97%，从粒度组成上来看，巴西Minas Rio赤铁精粉与卡拉拉铁精矿均可用于造球。由表3可以看出，复合膨润土的质量是符合球团生产要求的。

1.2 实验方法

在直径为Φ800 mm圆盘造球机上制备生球，造球机倾角为45°，转速为17 r/min。造球过程分为三个阶段，造球时间总计12 min，其中母球形成 3 min，生球长大 6 min，生球密实 3 min。落下强度检测方法为取10个直径Φ（10～15）mm的生球，从0.5 m处落下到10 mm厚的钢板上，直到生球产生裂纹为止，取落下次数平均值作为生球落下强度的指标，单位为次/球［5-7］。

抗压强度检测方法为取生球10个，逐个放在压力机上，匀速压下（加压速度为15 mm/min），记下生球破裂时的压力值，取压力值的算数平均值作为抗压强度指标，单位 N/球［6-7］。

爆裂温度检测在竖式管炉中进行，采用美国AC公司提出的动态法，具体方法为取50个生球装入不锈钢罐中，生球在炉膛内停留5 min，使热气流以1.5 m/s速度穿过生球层，将4%生球破裂时的温度定义为生球爆裂温度［8-9］。

1.3 实验方案

依据鲅鱼圈球团生产实际铁料与复合膨润土配比情况，设计鲅鱼圈球团配加巴西Minas Rio赤铁精粉实验方案，其中复合膨润土外配比为1.1%，保持不变，铁料用巴西Minas Rio赤铁精粉分别按0%、10%、20%、30%、40%等比例替代卡拉拉铁精矿。

2 实验室实验结果

2.1 造球实验结果

造球实验与生球爆裂温度测定结果见表4。

表4 造球实验与生球爆裂温度测定结果Table 4 Results of Pelletizing Experiment and Measurement of Temperature in Green Pellet Cracking

由表4可以看出，随着巴西Minas Rio赤铁精粉配比的升高，生球落下强度下降，从基准实验（0%巴西Minas Rio）的6.5次/球下降到配加40%巴西Minas Rio赤铁精粉时的2.3次/球，较基准实验下降了4.2次/球；生球抗压强度降低，但降低幅度不大。可见，配加巴西Minas Rio赤铁精粉对生球落下强度有较大影响。当巴西Minas Rio赤铁精粉配比为20%时，生球落下强度为5.1次/球，生球抗压强度为12.2 N/球，满足链篦机-回转窑工业生产要求；进一步增加巴西Minas Rio赤铁精粉配比，则生球指标均降低，不符合工业生产标准要求。因此，球团配加巴西Minas Rio赤铁精粉比例不宜超过20%。

2.2 氧化焙烧实验结果

焙烧实验在小型电炉进行，焙烧介质为自然空气。实验包括生球干燥、预热、焙烧、成品球团冷却四部分，并对冷却后成品球团矿进行理化性能检测。电炉焙烧工艺参数见表5，成品球团矿化学成分和抗压强度见表6。

表5 电炉焙烧工艺参数Table 5 Technological Parameters for Roasting by Electric Furnace ℃

表6 成品球团矿化学成分和抗压强度Table 6 Chemical Compositions and Compressive Strength of Finished Pellets

由表6可以看出，随着巴西Minas Rio赤铁精粉配比的升高，球团矿铁品位提高，SiO2含量降低；成品球团矿抗压强度逐渐降低，但仍能够满足大型高炉要求的抗压强度大于2 200 N/球的要求。当巴西Minas Rio赤铁精粉配比为20%时，球团矿铁品位比基准实验提高了0.65个百分点，SiO2含量降低了0.74个百分点。可见，用巴西Minas Rio赤铁精粉替代卡拉拉铁精矿有利于球团矿铁品位的提高、SiO2含量的降低。

3 工业试验

基于实验室实验结果，在鲅鱼圈进行球团配加巴西Minas Rio赤铁精粉工业试验，工业试验分为两个阶段，具体情况如下：

（1） 基准期

2020年4月1-20日，球团矿配加100%卡拉拉铁精矿，台时产量274 t/h。

（2） 试验期

第一阶段：2020年 4月26日-5月 7日，球团配加10%巴西Minas Rio赤铁精粉，台时产量260 t/h。

第二阶段：2020年5月8-15日，球团配加20%巴西Minas Rio赤铁精粉，台时产量252 t/h。

工业试验期间链篦机-回转窑热工参数见表7，球团矿主要化学成分见表8，球团矿强度指标及物理冶金性能见表9。

表7 链篦机-回转窑热工参数Table 7 Thermal Parameters for Drying Grate-Rotary Kiln

表8 球团矿主要化学成分（质量分数）Table 8 Main Chemical Components in Pellets（Mass Fraction） %

表9 球团矿强度指标及物理冶金性能Table 9 Strength Indexes and Physical Metallurgical Properties of Pellets

由表7～9可以看出，随着巴西Minas Rio赤铁精粉配比的升高，生球台时水平降低，返料升高；由于巴西Minas Rio赤铁精粉属于赤铁矿，FeO含量低，需要通过增加煤气用量进行热量补偿，因此窑头温度分别提高20℃和29℃，煤气用量分别升高了57 m3/h和366 m3/h；TFe含量分别提高了0.47个百分点和0.62个百分点，SiO2含量分别降低了0.53个百分点和 0.35个百分点，CaO、MgO、Al2O3含量变化不明显，成品球团矿抗压强度逐渐升高，还原膨胀率升高。综上可见，配加巴西Minas Rio赤铁精粉生产球团矿的提铁降硅效果明显。

4 结论

（1）在化学成分方面，巴西Minas Rio赤铁精粉铁品位高达67.09%，SiO2含量为3.07%，粒度细，粒度＜0.074 mm比例超过97%，有利于造球。

（2）实验室研究表明：① 随着巴西Minas Rio赤铁精粉配比的升高，生球落下强度、抗压强度均有所下降；成品球团矿铁品位提高、SiO2含量降低，成品球团矿抗压强度降低，但仍能满足大型高炉指标要求。②巴西Minas Rio赤铁精粉配比不宜超过20%，此时生球落下强度和抗压强度均可满足链篦机-回转窑工业生产要求。③ 当巴西Minas Rio赤铁精粉配比为20%时，球团矿铁品位较基准实验提高了0.65个百分点，SiO2含量降低了0.74个百分点。

（3）工业试验表明：随着巴西Minas Rio赤铁精粉配比的升高，生球台时产量降低，返料升高，成品球团矿抗压强度逐渐升高，还原膨胀率升高。当巴西Minas Rio赤铁精粉配比为20%时，窑头温度提高了29℃，煤气用量升高了366 m3/h；TFe含量提高了0.62个百分点，SiO2含量降低了0.35个百分点，CaO、MgO、Al2O3含量变化不明显，配加巴西Minas Rio赤铁精粉生产球团矿的提铁降硅效果明显。