?溫寶良：高硅超細鐵精礦熔劑性球團礦固結(jié)行為及還原特性-江蘇省鋼鐵行業(yè)協(xié)會

高硅超細鐵精礦熔劑性球團礦固結(jié)行為及還原特性

溫寶良¹，范子豪¹，李家新¹，劉德樓²，從俊強¹，楊佳龍¹

（1.安徽工業(yè)大學(xué)冶金工程學(xué)院，安徽馬鞍山 243032；2.撫順新鋼鐵有限責(zé)任公司技術(shù)中心，遼寧撫順 113001）

摘要

高爐高比例球團礦冶煉技術(shù)是減輕煉鐵系統(tǒng)碳排放和環(huán)保壓力的重要方案。將高硅超細鐵精礦資源作為球團礦生產(chǎn)原料，有助于拓寬中國國內(nèi)鐵礦資源來源，加大中國國內(nèi)貧礦應(yīng)用力度。系統(tǒng)地探討了堿度對高硅超細鐵精礦球團礦固結(jié)行為和還原特性的影響。通過熱力學(xué)計算、礦相分析、掃描電鏡-能譜分析等方法對其固結(jié)行為和還原特性進行了研究。研究結(jié)果表明，隨著堿度的增加，高硅超細鐵精礦球團礦抗壓強度先增加后降低，孔隙率先降低后增加，堿度為0.06～0.73時，球團礦的抗壓強度均大于4 000 N/個，堿度為0.24時的球團礦抗壓強度最高，孔隙率也最低。堿度的增加會降低高硅超細鐵精礦球團礦中的二氧化硅相含量，促進鐵酸鈣相和硅酸鹽相的生成。在堿度為1.20、溫度為1 300 ℃條件下，球團礦中液相比例可達24.38%。堿度大于0.73時，球團礦中的液相量在大于1 250 ℃后會迅速增加。隨著堿度的增加，高硅超細鐵精礦球團礦渣相和硅酸鹽相中的鈣元素含量會逐漸增加，此外，堿度越高，赤鐵礦晶粒越容易呈現(xiàn)多邊形結(jié)構(gòu)且晶粒間填充的渣相量越多。隨著堿度增加，高硅超細鐵精礦球團礦還原度和還原膨脹率先降低后增加，球團礦抗還原粉化性能減弱。堿度大于0.24后，球團礦內(nèi)部孔隙率和鐵酸鈣相含量的增加使得還原氣體能更容易擴散至球團礦內(nèi)部并促進還原反應(yīng)的進行，可以有效提高球團礦的還原度，堿度為1.20時的球團礦還原度比堿度為0.06時提高了34.9%。

關(guān) 鍵詞

高硅超細鐵精礦；熔劑性球團礦；堿度；抗壓強度；固結(jié)行為；還原特性

引言

中國鐵礦資源儲量雖然豐富，但具有“貧、細、雜”的特點，即鐵品位低，鐵礦嵌部粒度細，多組分伴生。其中微細粒嵌布鐵礦石在中國鐵礦資源中占據(jù)了很大比例，這就使得中國鐵礦選礦所得的鐵精礦粒度也呈現(xiàn)微細粒級，如鐵品位39.62%的微細粒鏡鐵礦，選礦所得鐵精礦粒徑小于0.045 mm的比例為93%；山西袁家村鐵礦，鐵品位為39.62%，選礦所得鐵精礦粒徑小于0.037 mm的比例為85%；鐵品位為28.36%的祁東鐵礦，選礦所得鐵精礦粒徑小于0.025 mm的比例為95%。除選礦所得粒度細之外，中國鐵礦精礦中的SiO₂質(zhì)量分數(shù)也相對較高，普遍超過5%，有時甚至超過8%。因此，將高硅超細鐵精礦資源作為球團礦生產(chǎn)原料，對于促進中國的煉鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

鐵精礦粉粒度分布是影響球團礦質(zhì)量的一項重要指標，一般球團礦生產(chǎn)工藝要求鐵精礦中粒徑小于0.075 mm的比例應(yīng)大于80%。也有研究認為鐵精礦中粒徑小于0.048mm比例應(yīng)為60%～80%才能獲得一個比較良好的生球和成品球質(zhì)量，粒徑小于0.048 mm比例超過80%則被歸類為細鐵精礦，而粒徑小于0.028 mm比例超過80%則被歸類為超細鐵精礦。近年來，對超細鐵精礦的研究主要集中在酸性球團礦。在生球制備過程中，朱德慶等研究了超細鐵精礦的成球性能，認為超細鐵精礦存在親水性差、生球爆裂溫度低的問題，由于生球爆裂溫度低，WONG G等通過使用有機黏合劑的方法來減緩超細鐵精礦球團礦的干燥速率，從而提高了球團礦的爆裂溫度。對超細鐵精礦焙燒性能的研究，YANG C等研究了預(yù)熱和焙燒條件對西澳超細鐵精礦球團礦強度的影響，發(fā)現(xiàn)焙燒后球團礦強度較差，UMADEVI T等則認為鐵精礦粒徑小于0.048 mm的比例增加會提高球團礦的抗壓強度。由于超細鐵精礦球團礦具有較低的還原度，F(xiàn)AN X等研究了添加膨潤土和有機黏結(jié)劑組成的復(fù)合黏結(jié)劑對超細鐵精礦球團礦還原度的影響，結(jié)果表明，在該復(fù)合黏結(jié)劑的作用下，超細鐵精礦球團礦的還原度從56%提高到了70%。

生產(chǎn)熔劑性球團礦是減輕煉鐵系統(tǒng)碳排放和環(huán)保壓力的重要措施。首鋼京唐公司5 500 m³高爐采用了堿度為1.2的球團礦，其入爐比例超過50%；河鋼唐鋼公司2 922 m³高爐采用了堿度為1.0的球團礦，其入爐比例超過40%。這些實踐取得了顯著成果，高爐的燃料比降至480～490 kg/t，同時煉鐵工序的CO₂排放也獲得大幅減少。為了應(yīng)對未來鐵精礦供給的變化和低碳發(fā)展的需求，探究堿度對高硅超細鐵精礦球團礦性能的影響具有積極意義，研究不僅有助于拓寬中國國內(nèi)鐵礦資源的來源，也有助于推進高硅超細鐵精礦進行高配比的工業(yè)應(yīng)用。

因此，本研究系統(tǒng)地探討了堿度對高硅超細鐵精礦球團礦固結(jié)行為和還原特性的影響，通過熱力學(xué)計算、礦相分析、掃描電鏡-能譜分析等方法對其固結(jié)行為和還原特性進行了分析。研究可為高硅超細鐵精礦熔劑性球團礦的制備和應(yīng)用提供理論和技術(shù)支持。

精選圖表

結(jié) 論

1）隨著堿度的增加，高硅超細鐵精礦球團礦的抗壓強度先增加后降低，孔隙率先降低后增加，堿度為0.06～0.73時，球團的抗壓強度均超過4 000 N/個，堿度為0.24時的球團抗壓強度最高，孔隙率最低。

2）堿度的增加會降低高硅超細鐵精礦球團礦中的二氧化硅相含量，促進鐵酸鈣相和硅酸鹽相的生成。堿度為1.20、溫度為1 300 ℃時，球團礦中液相的比例可達24.38%。堿度大于0.73，球團礦中的液相量在大于1 250 ℃后會迅速增加。

3）隨著堿度增加，高硅超細鐵精礦球團礦渣相和硅酸鹽相中的鈣元素含量會逐漸增加，此外，堿度越高，赤鐵礦晶粒越容易呈現(xiàn)多邊形結(jié)構(gòu)且晶粒間填充的渣相量越多。

4）隨著堿度增加，高硅超細鐵精礦球團礦還原度和還原膨脹率先降低后增加，球團礦抗還原粉化性能減弱。球團礦在堿度為1.20時的還原度達到了60.5%，比堿度為0.06時提高了34.9%，堿度大于0.24后，球團礦內(nèi)部孔隙率和鐵酸鈣相含量的增加使得還原氣體能更容易擴散至球團礦內(nèi)部并促進還原反應(yīng)的進行，從而提高了球團礦的還原度。