強化巴西赤鐵礦鏈篦機—回轉(zhuǎn)窯球團焙燒技術及其在中國的工業(yè)應用.pdf

1、隨著中國鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展，作為強化高爐冶煉的優(yōu)質(zhì)爐料，球團礦產(chǎn)量進一步擴大。然而，雖然中國鐵礦石儲量很大，但原礦鐵品位低，需經(jīng)過選礦，生產(chǎn)的磁鐵精礦鐵品位低，含雜高，其產(chǎn)量也遠不能滿足球團生產(chǎn)需要，中國鋼鐵工業(yè)面臨著嚴重的球團原料短缺。因此，中國每年需要進口大量鐵品位高、雜質(zhì)含量低的赤鐵礦用于球團生產(chǎn)。巴西淡水河谷公司是世界最大的鐵礦公司，擁有豐富的赤鐵礦資源，但其與磁鐵礦相比，球團焙燒性能差，屬于難處理鐵礦，特別是其中的鏡鐵礦的利用

2、尤為困難。因此，本文對強化巴西淡水河谷赤鐵礦球團焙燒技術進行研究，對保障中國球團工業(yè)擁有充足的球團原料供應及改善球團質(zhì)量具有重要意義。
　　本文采用鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯球團工藝，對強化巴西淡水河谷赤鐵礦球團焙燒技術進行研究，并且通過小型、擴大試驗、工業(yè)試驗及工業(yè)應用三個階段，開發(fā)了三個技術方案:通過濕式球磨、高壓輥磨（HPRG）或兩者的聯(lián)合技術對造球原料進行預處理;添加細磨石灰石提高球團礦堿度;赤鐵礦外加磁鐵精礦的配礦方案優(yōu)化，以期提高

3、成球性、強化球團焙燒及改善成品球團礦冶金性能。對巴西淡水河谷赤鐵礦性能進行了系統(tǒng)研究，包括其粒度組成、比表面積、顆粒形貌、可磨度、成球性及單礦焙燒性能，揭示了巴西鏡鐵礦類型的赤鐵礦難焙燒的內(nèi)在機制。研究中對濕式球磨、高壓輥磨（HPRG）以及兩者結(jié)合的工藝方案強化赤鐵礦球團焙燒的改善效果進行了比較;對小型試驗、擴大試驗和工業(yè)試驗的工藝參數(shù)，包括造球原料預處理工藝參數(shù)、造球原料結(jié)構(gòu)、膨潤土配比和種類、造球工藝參數(shù)、預熱和焙燒工藝參數(shù)進行了優(yōu)

4、化。采用SEM檢測赤鐵礦預處理前后的微觀結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)，并通過檢測生球和焙燒球團的物理化學性質(zhì)，研究焙燒球團的冶金性能和工藝礦物學等手段，揭示相關技術方案強化赤鐵礦球團焙燒及改善球團礦冶金性能的機理，并將這些強化球團焙燒技術方案運用于工業(yè)生產(chǎn)進行了研究。
　　本研究表明，從化學成分和粒度組成上來看，巴西淡水河谷赤鐵礦是優(yōu)質(zhì)的球團原料，鐵品位高達66.79％，含2.47％ SiO2，0.82％ Al2O3，雜質(zhì)含量較少，S、P含量分

5、別為0.017％、0.024％，而且粒度非常細，-0.074mm為91.14％、-0.043mm達61.59％。但是，其成球性較差，靜態(tài)成球性指數(shù)僅為0.15，而且其比表面積低，僅有520 cm2/g，難以直接應用于球團生產(chǎn)。不能采用常規(guī)的鐵精礦粒度作為評價其成球性指標。在球團生產(chǎn)中必須將其進一步細磨預處理，提高其成球性，改善球團焙燒性能。但是其可磨性差，球磨機功指數(shù)高達24.4Kwh/t。即使通過球磨將這種赤鐵礦細磨到-0.043mm

6、90％，比表面積達到1320 cm2/g，制備的球團在預熱溫度1150℃、預熱時間15min和焙燒溫度1330℃、焙燒時間15min的小型試驗最佳條件下，預熱球團和焙燒球團抗壓強度也分別只有369 N/個和1365N/個，預熱球團和焙燒球團礦抗壓強度遠低于500N/個和2500 N/個的要求。因此，對巴西鏡鐵礦型赤鐵礦必須開發(fā)高效預處理技術，提高其成球性，強化球團焙燒。
　　本文開發(fā)了三個技術方案來強化淡水河谷赤鐵礦球團工藝，分別

7、為:在赤鐵礦中配入30％的磁鐵精礦作為球團原料;通過球磨預處理將赤鐵礦比表面積由520 cm2/g提高到1140-1320 cm2/g，然后通過高壓輥磨處理將其比表面積增加到1500-1700 cm2/g;三是提高球團堿度，用100％的赤鐵礦（自然堿度為0.04）為鐵原料，添加細磨石灰石，制備堿度為0.2-0.3的球團礦。這三種手段均可以使預熱球團和焙燒球團礦抗壓強度分別提高到500 N/個和2500N/個的目標值以上。與不對原料進行預

8、處理的方案相比，這三種技術方案顯著提高了巴西淡水河谷鏡鐵礦型赤鐵礦的成球性及球團的預熱焙燒性能，并能以70-100％的巴西赤鐵礦為原料，采用鏈篦機—回轉(zhuǎn)窯工藝生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)球團礦。造球試驗從不同角度比較了三種膨潤土的性能優(yōu)劣。從提高生球落下強度和抗壓強度的角度考慮，印度膨潤土比Fanchang膨潤土性能好，而后者又優(yōu)于Husi膨潤土。但如果從生球爆裂溫度方面考慮，使用Husi膨潤土比使用Fanchang膨潤土效果好，而后者比印度膨潤土好。國

9、內(nèi)膨潤土的添加量需要1.5％-2.0％，而印度膨潤土的適宜用量為1.0％-1.3％。試驗先使用80％粒度為-0.045mm90％的赤鐵精礦配加20％的2#磁鐵精礦，2.0％ Fanchang膨潤土的配料條件進行參數(shù)優(yōu)化試驗。然后在最佳試驗參數(shù)下比較配加不同磁鐵精礦比例的混合料制備球團的效果。試驗得出的適宜造球參數(shù)如下：赤鐵精礦比表面積達到1500cm2/g以上，相應的細度為85％-90％小于0.043mm；配加30％的2#磁鐵礦；國內(nèi)膨

10、潤土的適宜添加量為1.5％-2.0％；生球適宜水分為10.0±0.2％；生球粒度范圍為8-16mm；生球落下強度達到3次/(0.5m)以上；生球抗壓強度達到15N/個以上；生球熱爆裂溫度達到350℃以上。預熱-焙燒擴大試驗得出適宜的球團焙燒系統(tǒng)參數(shù)如下：料層高度:150mm；鼓風干燥溫度:210±10℃；鼓風干燥時間和風速分別為:2min，1.0m/s；抽風干燥溫度:340±10℃；鼓風干燥時間和風速分別為:8min，1.2m/s；適宜

11、的預熱制度為:1130±10℃預熱15min，預熱風速2.2 m/s；適宜的焙燒制度為:1300±10℃焙燒15-20min。
　　在適宜的造球、預熱和焙燒制度下具體研究三個技術方案的效果。首先，對于赤鐵精礦配加30％磁鐵精礦的配礦方案，在最佳的預熱和焙燒條件下，焙燒球團礦物理性能良好，其抗壓強度可達到2500N/個以上，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)(+6.3mm)為97.52％，抗磨指數(shù)(-0.5mm)為2.78％，97％的焙燒球團粒徑處于8-16

12、mm的范圍內(nèi)。焙燒球團鐵品位高，全鐵含量達到65.82％。焙燒球團的還原膨脹指數(shù)(RSI)較高:配加20％與30％的2#磁鐵礦的還原膨脹指數(shù)分別為35.86％、20.36％。這意味著還需要采取其他措施來降低RSI。焙燒球團的還原性指數(shù)處于正常水平，其軟化/熔滴溫度較高且溫度區(qū)間較窄。焙燒球團主要依靠再結(jié)晶和聚結(jié)來獲得較好的還原性和機械強度。試驗結(jié)果表明，直接采用100％的赤鐵精礦制備合格氧化球團礦較為困難;赤鐵精礦配加磁鐵精礦是制備合格

13、酸性球團的一個適宜方法。然而，即使配加了磁鐵精礦，焙燒球團的還原膨脹指數(shù)仍然較高，還需要采取一些措施來改善。通過調(diào)節(jié)堿度可以改善赤鐵精礦球團制備過程。在膨潤土用量1.8％并添加1.09-1.76％的石灰石進行造球的條件下，生球落下強度達到3次/0.5m以上。然而，隨著石灰石添加量的增加，生球強度和爆裂溫度均會稍微下降。
　　對于采用具有適宜比表面積的100％赤鐵礦粉礦做鐵原料的球團工藝，提高球團堿度可以顯著改善球團焙燒行為。在自然

14、堿度0.04（不添加任何熔劑）時，在預熱溫度1130±10℃、預熱時間15min、預熱風速1.9 m/s及焙燒溫度1300±10℃和焙燒時間15 min的擴大試驗最優(yōu)條件下，預熱球團和焙燒球團礦的抗壓強度分別為382N/個和885N/個，預熱球團和焙燒球團礦的轉(zhuǎn)鼓強度分別為96.38％和73.73％，遠低于要求的指標。當添加細磨石灰石造球，將球團礦堿度提高到0.3時，在相同的預熱和焙燒條件下，預熱球團和焙燒球團礦的抗壓強度分別為1214

15、.9N/個和2623.5N/個，預熱球團和焙燒球團礦的轉(zhuǎn)鼓強度分別為95.9％和95.73％，達到了要求的指標。由此可看出，與自然堿度焙燒球團相比，調(diào)節(jié)堿度至0.2或者0.3之后的焙燒球團的抗壓強度明顯提高，達2500N/個以上。這說明了焙燒球團的抗壓強度可以通過添加石灰石調(diào)節(jié)球團的堿度來改善。與配加2#磁鐵精礦的焙燒球團相比，堿度增加到0.2或者0.3的焙燒球團的還原性變好，還原膨脹指數(shù)RSI穩(wěn)定在21％-26％的范圍內(nèi)，與配加30％

16、的2#磁鐵精礦的結(jié)果相近。堿度為0.3的焙燒球團礦物組成和微觀結(jié)構(gòu)良好。良好的結(jié)構(gòu)強度使球團抗壓強度達到2500N/個以上，滿足了高爐生產(chǎn)的要求。球團焙燒行為的改善得益于低溫下鐵酸鈣的形成，它強化了固相擴散反應和球團的固相固結(jié)?？傮w上看，添加石灰石增加球團堿度至0.2-0.3可以達到改善球團物理性能的效果，但其冶金性能還有待提高。從經(jīng)濟和技術方面來講，高壓輥磨處理是強化赤鐵礦球團工藝最有效的方法。研究提出了兩種高壓輥磨預處理流程:第一種

17、是開路流程，球團原料依次通過兩臺高壓輥磨機進行預處理，這種方式需要串聯(lián)安裝兩臺高壓輥磨機;第二種是閉路流程，只采用一臺高壓輥磨機，在一定的循環(huán)負荷下對原料進行預處理，從高壓輥磨機出來的部分邊料返回輥磨機的給料中，與新給料一道經(jīng)過高壓輥磨機進行細磨。由70％赤鐵礦配加30％磁鐵精礦組成的造球混合料經(jīng)高壓輥磨預處理，進行造球和球團焙燒，取得的良好指標。
　　通過高壓輥磨處理獲得的赤鐵精礦成球性能良好。分別采用210％循環(huán)負荷的高壓輥磨

18、閉路流程和兩次高壓輥磨預處理開路流程預處理，可以將巴西赤鐵礦比表面積從1100 cm2/g分別提高到1495 cm2/g和1294 cm2/g，靜態(tài)成球性指數(shù)由0.15分別增加到0.628和0.798。雖然鐵精礦粒度組成變化不大，但其比表面積增加，成球性顯著得到改善。首次提出“鐵精礦比表面積是評價其成球性的最有效的指標”。高壓輥磨預處理不僅強化了造球過程，還可以降低膨潤土用量。研究中對比了幾種國產(chǎn)膨潤土和優(yōu)質(zhì)印度膨潤土對生球性能的影響。

19、結(jié)果表明，不經(jīng)預處理，膨潤土配比通常為2-3％，生球強度才能達到要求的指標。經(jīng)過高壓輥磨預處理，膨潤土用量可降低到0.7-1.0％，在生球水分9.0％±0.5％和造球時間6-10 min的條件下，生球落下強度和抗壓強度分別大于5次/(0.5m)和15N/個，生球爆裂溫度高于450℃。兩次高壓輥磨開路流程預處理赤鐵礦制備的球團具有良好的焙燒性能，在較低的焙燒溫度下就可以獲得較好的指標。擴大試驗結(jié)果表明，在預熱溫度1100-1130±10℃

20、、預熱時間10-13min、預熱風速2.2 m/s及焙燒溫度1280±10℃、焙燒時間13min的條件下，預熱球團和焙燒球團抗壓強度分別達到771和2759 N/個，轉(zhuǎn)鼓強度分別為95.76％(+3mm)和93.73％。相對而言，采用210％循環(huán)負荷的高壓輥磨閉路流程預處理赤鐵礦制備的優(yōu)質(zhì)球團需要較高的溫度，在預熱溫度1130±10℃、預熱時間12min、預熱風速2.2m/s及焙燒溫度1300±10℃、焙燒時間15min的擴大試驗條件下

21、，預熱球團和焙燒球團抗壓強度分別達到707和2745 N/個，轉(zhuǎn)鼓強度分別為97.98％(+3mm)和93.47％。此外，高壓輥磨改善了焙燒球團的還原膨脹指數(shù)，將其控制在15％以下。高壓輥磨的作用機理可能是，高壓輥磨將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒表面的化學能，使赤鐵礦顆粒得到機械活化，顆粒形成較多的裂紋、更高程度的晶格畸變和缺陷。這些機械活化作用使赤鐵礦顆粒表面親水性增加、成球性提高，生球的預熱、焙燒行為也得到改善，焙燒球團具有良好的冶金性能。高壓

22、輥磨預處理原料、赤鐵礦中配加磁鐵精礦、提高赤鐵礦球團堿度，或者這些措施的組合可以顯著改善赤鐵礦球團的冶金性能。
　　成品球團礦的粒度組成為8-16mm占90％左右，鐵品位為65-66％、FeO含量為0.5％，而雜質(zhì)含量很低:3.05-4.15％ SiO2，0.87-1.92％ Al2O3，0.011-0.020％S，0.021-0.046％P。這說明配加鐵品位高、雜質(zhì)含量低的巴西淡水河谷赤鐵礦，可顯著改善焙燒球團的質(zhì)量。增加磁鐵礦

23、在赤鐵礦球團原料中的比例可以控制焙燒球團的還原膨脹行為。當配入30％磁鐵礦時，焙燒球團還原膨脹指數(shù)(RSI)降低至20.36％。由100％赤鐵礦制備的球團低溫還原粉化很嚴重，低溫還原粉化指數(shù)分別如下:RDI+3.15=51.45％，RDI-0.5=44.81％。當在赤鐵礦球團原料中配入30％磁鐵礦時，RDI+3.15提高到97％以上，RDI-0.5降低至2.5％以下。低溫還原粉化被顯著地抑制。將焙燒球團堿度從自然堿度提高到0.2-0.3

24、的效果與在赤鐵礦中配加30％磁鐵礦得到的結(jié)果相似，焙燒球團還原膨脹指數(shù)為20-26％，RDI+3.15提高到97％以上，低溫還原粉化率很低。以80％赤鐵礦配加20％磁鐵礦為原料，采用210％循環(huán)負荷的高壓輥磨閉路流程和兩次高壓輥磨開路流程分別預處理后，制備的兩種焙燒球團礦冶金性能都很好，其指標依次如下:還原度指數(shù)(RI)分別為67.18％和77.54％，還原膨脹指數(shù)(RSI)分別為13.08％和6.64％，低溫還原粉化指數(shù)（RDI+3.

25、15）分別為81.74％和75.21％。
　　焙燒球團礦的礦相分析結(jié)果表明，不管是何種配礦方案，球團中的礦物絕大部分是赤鐵礦，因為在預熱、焙燒過程中磁鐵礦得到充分氧化，F(xiàn)eO含量低于1％。由100％淡水河谷赤鐵礦制備的焙燒球團微觀結(jié)構(gòu)較差，F(xiàn)e2O3晶粒細小，F(xiàn)e2O3再結(jié)晶不能較好連接起來。因此，成品球團礦抗壓強度遠低于2500N/個。這可能是以下原因造成的:淡水河谷赤鐵礦為鏡鐵礦類型，其高溫反應性低，赤鐵礦晶粒非常細小，在焙燒

26、過程中難以生長。不過，焙燒球團礦的礦物組成、微觀結(jié)構(gòu)可以得到改善。配加磁鐵礦的赤鐵礦焙燒球團的微觀結(jié)構(gòu)得到明顯改善，赤鐵礦晶粒充分長大和再結(jié)晶，形成粗粒的赤鐵礦，而且赤鐵礦晶粒互連良好。因此，焙燒球團抗壓強度可以達到2500N/個。提高焙燒球團堿度也可以改善其微觀結(jié)構(gòu)。將石灰石添加到赤鐵礦球團原料，鈣離子會擴散進入到赤鐵礦晶格中，形成了鐵酸鈣，加速了赤鐵礦晶粒的生長和再結(jié)晶。這些過程增加了球團結(jié)構(gòu)強度。堿度為0.3的焙燒球團礦物組成合理

27、，微觀結(jié)構(gòu)良好。因此，預熱球團和焙燒球團礦擁有較高的抗壓強度和轉(zhuǎn)鼓強度，抗壓強度達到2500N/個以上，轉(zhuǎn)鼓強度達到93-95％，滿足了生產(chǎn)要求。
　　采用鏈篦機—回轉(zhuǎn)窯工藝，以巴西鏡鐵礦型赤鐵礦為主要原料，以本研究成果為基礎，對設計和建設年產(chǎn)量為120萬噸球團礦的珠海粵裕豐球團廠項目進行了可行性研究，投產(chǎn)調(diào)試、工業(yè)試驗和生產(chǎn)應用研究。生產(chǎn)實踐結(jié)果表明，球團原料為70-100％的淡水河谷赤鐵礦，配加20-30％的磁鐵礦，球團堿度控

28、制在0.2左右，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)球團礦，經(jīng)過生產(chǎn)調(diào)試，目前已經(jīng)達到和超過設計產(chǎn)量，焙燒球團礦抗壓強度為2700-3100N/個，轉(zhuǎn)鼓強度為91.5-93.2％，冶金性能達到了大型高爐要求。這些研究成果已經(jīng)推廣到了巴西淡水河谷與安陽鋼鐵公司的合資球團廠、武鋼礦業(yè)公司球團廠等單位。這些單位的焙燒球團抗壓強度達到2500N/個以上，冶金性能指標滿足了高爐生產(chǎn)要求。這是在國內(nèi)率先成功采用大型鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯工藝，利用100％的赤鐵礦作為原料生產(chǎn)酸性氧化