2021-4-9 | 冶金工业论文
实验
1.实验原料
所用原料是国内某钢厂的磁铁矿粉、赤铁矿粉和膨润土，其成份及粒度组成见表1。配加燃料是1种低挥发分焦粉，其性能指标见表2。
2.实验方法
造球时每批料的料量为4kg，水、焦粉、膨润土及铁精矿粉按一定比例配入，造球原料混匀后在圆盘造球机上造球，直至球团直径达到10.0~12.5mm时取出过筛作为球团内层；把筛选出的10.0~12.5mm的生球加入造球机中，再配加铁精矿粉继续造球，球团外层的厚度为1.5~2.0mm，球团内、外层所用铁精矿质量比为1:1，制备双层球团。造完后过筛，取12.5~15.0mm的生球为合格球。造球设备采用圆盘造球机，主要技术参数为直径Φ=1000mm，边高h=200mm，倾角α=45°，转速为20r/min。造球结束后，将合格生球放入鼓风干燥箱中干燥至质量不变，然后将干球置于卧式管式电阻炉中进行预热和焙烧实验。焙烧制度为：预热温度950℃，预热时间15min；焙烧温度1250℃，焙烧时间15min。待球团冷却后，取出10个球团放至FZY-1型抗压强度检测仪上进行抗压强度测量，其平均值作为球团的抗压强度。球团膨胀率的测定是按照《铁矿球团相对自由膨胀指数的测定方法》GB/T13240—1991，将一定量粒度10.0～12.5mm的球团矿，在900℃下等温还原，球团发生体积变化，采用排水法测定还原前后球团体积，体积变化的相对值用体积分数表示，球团还原膨胀率(RSI)的计算公式为（略）：式中：V0为还原前试样的体积，mL；V1为还原后试样的体积，mL。球团的矿相显微结构采用奥林巴斯BX51M光学显微镜进行观测，利用显微镜自带的DT2000图像分析软件测定球团的赤铁矿再结晶固结率(%)和气孔率(%)。
3.实验方案
实验中的铁精矿为磁铁矿和赤铁矿，分两组进行，每组配加一定量的焦粉和膨润土，混匀造球。第一组造球原料为东北精矿（磁铁矿），内层配碳的质量分数依次为0%，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%(即配加焦粉的质量分数为0%，0.59%，1.18%，1.76%，2.35%)，外层不配碳，制备双层球团，焙烧后检测其焙烧球强度和还原膨胀率。第二组造球原料为卡拉加斯粉（赤铁矿），内层配碳量依次为0%，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%(即配加焦粉的质量分数为0%，0.59%，1.18%，1.76%，2.35%)，外层不配碳，制备双层球团，焙烧后检测其焙烧球抗压强度和还原膨胀率。球团内、外层所用铁精矿质量分别为2kg，焦粉的配比是以内层铁精矿的质量为标准的。造球实验的实验方案如表3，4。
实验结果及分析
1.配碳量对双层球团抗压强度的影响内
层配碳量对双层球团抗压强度影响的测定结果见表5与图1。由表5和图1可知：不同内配碳量的磁铁矿双层球团，经过高温焙烧后，其抗压强度发生明显变化，随着配碳量的增加，焙烧球的抗压强度一直呈下降趋势；在配碳的质量分数超过1.0%，球团强度急剧下降，配碳的质量分数为2.0%时，仅为836N/个；不同配碳量的赤铁矿双层球团，配碳的质量分数超过0.5%后焙烧后球团抗压强度先增加后又降低，配碳的质量分数为1.0%时最高，为3166N/个。根据文献[8]，球团内配碳质量分数为0.8%～0.9%的固体燃料，总燃耗可以降低11.9%～18.7%。所以在赤铁矿球团内配适量的固体燃料，在满足生产需求的焙烧球团抗压强度(不小于2500N/个)的情况下起到节能降耗的作用。
2.配碳量对双层球团矿还原膨胀率的影响
内层配碳量对双层球团的还原膨胀率影响的测定结果见表6与图2。由表6与图2可知：双层球团内层配碳后，球团的还原膨胀率比普通球团有明显的降低；磁铁矿普通球团的膨胀率在20%以上，配碳后，还原膨胀率降低到10%左右，配碳质量分数为1.0%时RSI最低，为7.98%；赤铁矿普通球团的膨胀率在30%以上，配碳后，还原膨胀率明显降低，配碳质量分数为1.5%时RSI最低，为9.52%。向双层球团内层添加适量焦粉对抑制球团膨胀具有明显的效果。是由于焦粉的存在改变了球团内部的气氛，使渣相易于生成，渣相除了能改善球团矿固结形式以外，特别重要的是使碱金属以硅酸盐的形式进入渣相，从而克服了碱金属进入铁氧化物晶格而引起晶格畸变的现象发生；另外，焦粉在焙烧过程中以二氧化碳形式排出,改善了球团内部的组织结构。
3.双层球团显微结构特征
内配碳双层球团的显微矿相结构见图3~5。球团的气孔率、赤铁矿再结晶固结率测定结果见表7。从矿相照片和表7可看出：以磁铁矿或赤铁矿为原料制得的双层球团，显微结构很有规律地分为两层，外层以Fe2O3的结晶长大固结为主，矿物由赤铁矿、脉石及少许硅酸盐粘结相组成，外层孔隙多呈细孔状，分布均匀；内层显微结构为Fe2O3的它形晶互相连接，在球核出现Fe3O4，随着配碳量增加，内核中Fe3O4含量增加。磁铁矿内配碳双层球团中配碳质量分数低于1.0%时，球团内部没有出现Fe3O4晶体，Fe2O3再结晶固结率较高，气孔率低，因此球团抗压强度大，还原膨胀率也大；当配碳质量分数为1.5%时，球团内有少量大的空洞，球团外层是Fe2O3结晶，但球团内层出现了部分的Fe3O4结晶，说明由于碳的还原作用，一部分Fe2O3被还原成Fe3O4；当配碳质量分数为2.0%时，球团内部出现大量的空洞，球团外层已经出现部分Fe3O4结晶，球团内层几乎都是Fe3O4结晶，说明球团外层形成1层致密的Fe2O3，阻止空气中的氧进入球团内层，进而生成大量的Fe3O4晶体。赤铁矿内配碳双层球团随着配碳量的增大，球团内Fe2O3再结晶固结率先增后减，导致球团抗压强度先增后减；配碳质量分数为1.0%时最大，此时球团抗压强度也最大。当配碳质量分数为2.0%时，球团内部出现少量的Fe3O4结晶，球团抗压强度降低。随着配碳量的增加，赤铁矿双层球团的气孔率逐渐增大，所以还原膨胀率降低，但当配碳质量分数超过1.5%后出现磁铁矿结晶，导致还原膨胀率又开始升高。
结论
1)磁铁矿内配碳双层球团随着配碳量的增加，球团抗压强度是逐渐降低的，当配碳量(质量分数)超过1.0%后，球团内出现磁铁矿结晶，球团抗压强度开始骤降。赤铁矿内配碳双层球团随着配碳量的增加，球团抗压强度开始升高后又降低，配碳量(质量分数)超过1.5%后，球团内出现磁铁矿结晶，球团抗压强度开始下降。2)磁铁矿双层球团内层配碳量(质量分数)为1.0%时，还原膨胀率最低，为7.98%，此时球团强度亦可以达到2512N/个；赤铁矿双层球团内层配碳量(质量分数)为1.5%时，还原膨胀率最低，为9.52%，在配碳量小于1.5%时球团抗压强度均大于2500N/个。磁铁矿双层球团内层配碳量(质量分数)不大于1.0%时，赤铁矿双层球团内层配碳量(质量分数)不大于1.5%时，均可以满足生产需求的情况下，有效降低球团的还原膨胀率。3)在球团内层添加适量的焦粉，可以增加成品球团的气孔率，改善其还原性，有效抑制球团的还原膨胀。（本文图、表、公式略）