程潮铁矿球团配加黏结剂试验研究

2011-01-29杨大兵王永刚喻荣高

武汉科技大学学报 2011年5期

杨大兵，王永刚，喻荣高

（武汉科技大学冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室，湖北武汉，430081）

武汉钢铁（集团）公司程潮铁矿链篦机－回转窑－环冷机球团生产线自投产以来经常出现回转窑结圈故障（结圈厚度达0.5～1.0 m），公司技术小组专项分析结果表明，引起回转窑结圈故障的重要原因是球团质量不高，生球强度和爆裂温度指标达不到连续生产要求。基于该故障分析结果［1］，本研究通过对程潮铁矿高压辊磨前后的铁精矿添加不同种类和添加量的黏结剂进行造球试验，研究黏结剂的种类及其添加量对生球强度和爆裂温度的影响，以达到提高球团质量、延长设备使用寿命的目的。

1 试验

1.1 原料

含铁原料为程潮铁矿高压辊磨前（1＃）和高压辊磨后（2＃）的铁精矿，其物理性能如表1所示。膨润土为A、B两种，其物理性能如表2所示。

从表1中可以看出，铁精矿较细，高压辊磨前－0.075 mm的细度占81.8%，高压辊磨后的铁精矿细度变化不大，高压辊磨后的成球性指数大幅增长，成球性能优良。从表2中可看出，试验用膨润土粒度较细，物理性能良好，有利于造球。

表1 铁精矿物理性能Table 1 Physical properties of iron concentrates

表2 膨润土物理性能Table 2 Physical properties of bentonite

1.2 试验方法

主要考察生球的落下强度、抗压强度、爆裂温度和成品球抗压强度。造球混合料采用人工配制方法（按干料比例），称取4 kg含铁精矿，配加不同比率的黏结剂，经充分混匀后在圆盘造球机上造球。圆盘直径为800 mm，转速为30～35 r／min，倾角为45°。造球试验参数：生球粒度为10～16 mm，生球水分为7.0%～8.0%，造球时间为16 min，生球落下强度的测试高度为500 mm。用卧式管炉对球团进行焙烧，用5 k N万能压力机测试成品球抗压强度，用动态介质法测定生球爆裂温度。

2 试验结果及分析

2.1 高压辊磨对球团质量的影响

在膨润土添加量为2.5%、水分约8.0%、球团形成时间和密实时间各3 min、小球长大时间为15 min条件下，对高压辊磨前后的铁精矿分别进行造球试验，考察高压辊磨对球团质量的影响，试验结果如表3所示。

从表3中可看出，高压辊磨后的生球强度和成品球强度较高压辊磨前均有不同程度的提高。虽然高压辊磨后生球爆裂温度有所降低，但其值（620℃）符合生产要求。

表3 高压辊磨对球团质量的影响Table 3 Effect of high－pressure rolling on pellet quality

2.2 膨润土添加量对球团质量的影响

结合生产实际，综合对比试验中选取膨润土A作为黏结剂，按照0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%六种不同添加量，分别对1＃、2＃铁精矿进行造球试验，考察膨润土添加量对球团质量的影响。

2.2.1 膨润土添加量对生球强度的影响

膨润土添加量对生球抗压强度和落下强度的影响分别如图1、图2所示。从图1、图2中可以看出，两种铁精矿的生球抗压强度和落下强度均先随膨润土添加量的增大而不断增加，2＃铁精矿较1＃铁精矿的增加幅度大一些；当膨润土添加量增大到一定值时，生球塑性增强，抗压强度呈下降趋势。膨润土添加量增大使生球质量提高的原因是，膨润土具有较好的亲水性和较高的分散度，有利于增加颗粒间的黏结力和改善铁精矿的成球性能。此外当膨润土添加量为2.5%时，两种铁精矿的生球质量均达到较高值。

2.2.2 膨润土添加量对生球爆裂温度的影响

膨润土添加量对生球爆裂温度的影响如图3所示。从图3中可看出，生球爆裂温度均随膨润土添加量的增大而不断升高，且1＃铁精矿的生球爆裂温度高于2＃铁精矿；当膨润土添加量增大到一定值时，生球爆裂温度升高趋势变缓。这是因为膨润土片晶除一部分填充于干球毛细孔中或富集在矿粒接触点上形成胶泥连接桥外，多余部分则与矿粒混杂在一起，而对生球爆裂温度起主要作用的则是富集在矿粒接触点上的那部分膨润土。从图3中还可看出，膨润土添加量在1.5%以上时，两种铁精矿的生球爆裂温度均超过500℃。

图1 膨润土添加量对生球抗压强度的影响Fig.1 Effect of addition ratio of bentonite on compression strength of green balls

图2 膨润土添加量对生球落下强度的影响Fig.2 Effect of addition ratio of bentonite on wet knock strength of green balls

图3 膨润土添加量对生球爆裂温度的影响Fig.3 Effect of addition ratio of bentonite on burst temperature of green balls

图4 膨润土添加量对成品球抗压强度的影响Fig.4 Effect of addition ratio of bentonite on compression strength of pellets

2.2.3 膨润土添加量对成品球抗压强度的影响

膨润土添加量对成品球抗压强度的影响如图4所示。由图4中可看出，成品球抗压强度随膨润土添加量的增加不断增大，2铁精矿成品球抗压强度高于1＃铁精矿；当膨润土添加量为1.0%时，两种铁精矿的成品球抗压强度均超过2 500 N，该值满足实际生产要求。实际生产中，添加过量的膨润土往往容易导致球团中的铁品位降低，而且成本增加。根据程潮铁矿球团生产实际，膨润土添加量为2.0%～2.5%较合适。

2.3 有机黏结剂添加量对球团质量的影响

采用有机黏结剂作球团黏结剂的优点是杂质少、利于提高球团的铁品位［2］。有机黏结剂添加量为0.15%、0.30%、0.40%、0.50%、1.0%，分别对1＃、2＃铁精矿进行造球试验，考察有机黏结剂添加量对球团质量的影响。

2.3.1 有机黏结剂添加量对生球强度的影响

有机黏结剂添加量对生球抗压强度和落下强度的影响分别如图5、图6所示。从图5中可看出，两种铁精矿的生球抗压强度初期均随有机黏结剂添加量的增加而大幅提高，当有机黏结剂添加量为0.4%左右时，其生球抗压强度均达到了极大值。从图6中可看出，两种铁精矿的生球落下强度均随有机黏结剂添加量的增加而提高，当有机黏结剂添加量为0.4%时，其生球落下强度均大于5次／个。此时生球表面光滑，毛刺现象明显减少。由于有机黏结剂添加量超过0.5%后生球抗压强度会降低，故有机黏结剂添加量为0.4%较为合适。

2.3.2 有机黏结剂添加量对生球爆裂温度的影响

有机黏结剂添加量对生球爆裂温度的影响如图7所示。从图7中可看出，有机黏结剂添加量为0.15%时，两种铁精矿的生球爆裂温度均大于650℃；此后随有机黏结剂添加量的增加，生球爆裂温度迅速降低，这与添加无机膨润土的结果相反。这是因为添加有机黏结剂的生球自然附着的水分高，使生球干燥时的爆裂温度降低；另外随有机黏结剂添加量的增加，生球附着的水分亦增加，结果使表面光滑的生球干燥时水分逸出较慢，致使生球爆裂温度降低［3－4］。

图5 有机黏结剂添加量对生球抗压强度的影响Fig.5 Effect of addition ratio of organic binder on compression strength of green balls

图6 有机黏结剂添加量对生球落下强度的影响Fig.6 Effect of addition ratio of organic binder on wet knock strength of green balls

图7 有机黏结剂添加量对生球爆裂温度的影响Fig.7 Effect of addition ratio of organic binder on burst temperature of green balls

图8 有机黏结剂添加量对成品球抗压强度的影响Fig.8 Effect of addition ratio of organic binder on compression strength of pellets

2.3.3 有机黏结剂添加量对成品球抗压强度的影响

有机黏结剂添加量对成品球抗压强度的影响如图8所示。从图8中可看出，随着有机黏结剂添加量的增大，成品球抗压强度呈下降趋势。这是由于球团在焙烧过程中，有机黏结剂燃烧挥发留下了大量气孔，致使成品球团矿致密性差；此外由于铁品位相对较高，渣相量较少，固结主要依赖Fe2O3微晶形成的铁晶桥，而扩散条件制约了Fe2O3微晶的长大，致使铁晶桥不发育，因而残余石英颗粒较多，影响了球团强度。

2.4 复合黏结剂对球团质量的影响

单独采用任何一种黏结剂，无论其添加量如何，都不能使生球的爆裂温度和强度指标同时达到满意的要求，因此常常将有机黏结剂与膨润土进行优化配比后制成复合黏结剂［5］。本文采用4种不同配比方案的复合黏结剂分别对1 2铁精矿进行了造球试验，不同配方的复合黏结剂对1＃、2＃铁精矿球团质量的影响分别如表4、表5所示。从表5中可看出，采用膨润土质量分数为2.0%、有机黏结剂质量分数为0.05%的复合黏结剂，其生球抗压强度为14.5 N／个、生球落下强度为12.1次／个、生球爆裂温度为630℃、成品球抗压强度为3 024 N／个，球团质量有较大的提高。

表4 不同配方的复合黏结剂对1＃铁精矿球团质量影响Table 4 Effect of composite binder on quality of 1＃concentrate pellets

表5 不同配方的复合黏结剂对2＃铁精矿球团质量影响Table 5 Effect of composite binder on quality of 2＃concentrate pellets

2.5 3种黏结剂对球团质量的影响比较

3种最佳添加量的黏结剂对2＃铁精矿球团质量的影响如表6所示。从表6中可看出，3种黏结剂对球团质量的影响效果从大至小依序为：复合黏结剂，无机膨润土，有机黏结剂。从黏结剂成本因素考虑，有机黏结剂价格为7 000元／t左右，膨润土价格为350元／t左右，复合黏结剂折算后约合成本450元／t。按照提高球团质量后设备寿命延长和维修费用降低产生的经济效应考虑，采用复合黏结剂最为合适。