周明顺¹ ， 唐复平 ² ， 赵东明 ³ ， 杨熙鹏 ³ ， 王俊山 ¹ ， 李建军 ³

（1. 鞍钢集团公司钢铁研究院，辽宁 鞍山114009； 2. 鞍钢集团公司，辽宁 鞍山114021； 3. 鞍钢股份有限公司炼铁总厂，辽宁 鞍山114021）

摘 要：为生产含MgO的镁质球团用来替代烧结矿中MgO，确保高炉造渣所需的适宜的MgO质量分数，考察了在球团生产中添加一种新型球团黏结剂（新型皂土）和一种氧化镁质熔剂（镁石粉）时，对造球焙烧及球团矿冶金性能的影响。试验结果表明，镁质球团生球落下强度有所提高，350 ℃时未发生爆裂。配加新型皂土可提高球团品位，降低SiO₂ 质量分数。镁质球团的低温还原粉化指标和体积膨胀率指标均有所改善。而且，软化温度升高，软化温度区间变窄，有利于软熔带由高炉上部往下部移动，改善高炉透气性。在保证综合入炉铁料MgO质量分数不变的条件下，当烧结矿自然带入的MgO质量分数为1.2%时，球团矿中的MgO质量分数大于1.90%，可满足高炉要求。

关键词：球团矿；冶金性能；皂土；镁质熔剂；高炉炼铁

大量的试验研究及生产实践表明，MgO在烧结矿中存在负面影响 ^[1-5] 。为减少其负面影响，降低烧结矿中MgO质量分数，生产含MgO的镁质球团来替代烧结矿中MgO，同时可确保高炉造渣所需的适宜的MgO质量分数 ^[6-8] 。本文探索了在球团生产中添加一种新型球团黏结剂皂土（简称新型皂土）和一种氧化镁质熔剂（镁石粉）^[9-13] ，新型皂土选用高黏性有机高分子聚合材料为核心材料配制，具有亲水性强、扩散快、黏度高等特点。该材料对含铁物料有很强的黏结性，是膨润土的8～10倍。加入量比膨润土降低50%以上，显著地减少了SiO₂ 、Al₂O₃ 等有害杂质的带入，并且铁品位可以提高0.4%以上。

球团矿有机复合黏结剂超强的黏结能力使得在生产镁基球团过程中可以尽可能多地带入含镁质材料，这一点膨润土是无法办到的。以鞍钢炼铁总厂带式机球团生产条件为基准，在满足高炉渣对氧化镁成分要求的前提下，以及镁质熔剂型球团的应用计算及分析。

1 试验原料

试验所用铁料为目前鞍钢球团生产所用的鞍千精矿、弓磁精矿、地精3种铁精矿，基准黏结剂为球团生产用皂土（简称炼铁皂土），试验皂土为新型球团皂土，镁质熔剂为细磨镁石粉，原料化学成分见表1。由表1可见，炼铁皂土中 w(SiO₂ ) 为64.17%，新型皂土中 w(SiO₂ ) 为54.20%，比炼铁皂土低9.97%。炼铁皂 土 烧 损（LOI）为 12.44% ，新 型 皂 土 烧 损 为20.11%，比炼铁皂土高 7.67%。新型皂土较低的SiO₂ 质量分数有利于提高球团铁品位。

2 造球及焙烧试验结果及分析

2. 1 造球试验结果及分析

生球的制备是在圆盘造球机上进行。造球机直径为1 000 mm，转速为32 r/min，倾角为47°。造球过程分为母球形成、母球长大、生球紧密3个阶段。将12 mm左右的生球作为检测对象，测定生球各项指标。

目前，鞍钢炼铁带式机球团配加“1.5%炼铁皂土（基准期，1号）”。根据高炉渣的成分要求，在降低烧结矿 MgO 质量分数时，将球团添加剂改为“1.5%炼铁皂土＋2.60%镁石粉（2号）”或“0.7%新型皂土＋2.60%镁石粉（3号）”，以满足高炉渣的成分要求。具体的造球试验配矿方案见表2。

生球指标见表3。由表3可见，与基准试验 1号比较，2号、3号 的生球落下强度均有所提高，但生球抗压强度、干球抗压强度略有下降。生球爆裂指标的检测结果表明，在350 ℃时3种配料结构的生球均未发生爆裂。

2. 2 焙烧试验结果及分析

焙烧试验设备为两段式卧式管式电炉，预热焙烧试验是在卧式管炉中进行（图1），它由两个管炉对接而成，硅炭硅电阻炉作焙烧用（图1（a）），铁铬铝丝电阻炉作预热用（图1 （b）），试验时干球装在瓷舟中进行预热、焙烧试验。试验流程主要包括：生球干燥、预热、焙烧、成品球冷却及性能检测几部分。焙烧工艺条件及成品球抗压强度见表4 ，成品球团矿化学成分见表5。

与基准试验 1号比较： （1）试验 2号的成品球团矿品位降低1.13%， w(SiO₂ ) 升高0.14%， w(MgO) 由原料自然带入的0.087%升高至1.93%； （2）试验 3号的成品球团矿品位降低0.99%， w(SiO₂ ) 降低0.24%，w(MgO) 由原料自然带入的0.087%上升至1.90%。

2号和3号都是用于生产镁质球团的。3号球团的新型皂土配加比例较低（仅为0.7%），而 2号球团的炼铁皂土配加比例较高（约为1.5%），因此，前者比后者品位高0.14%， w(SiO 2 ) 低0.38%。可见，配加新型皂土可提高球团品位，降低SiO₂ 质量分数。从球团的冷强度指标来看，与基准试验 1号球团比较，试验 2号球团、3号球团抗压强度均有所下降，但抗压强度仍超过2 500 N/球，可以满足高炉生产需要。

3 镁质球团冶金性能检测及分析

3. 1 镁质球团的还原性能

关于球团还原性能的检测，低温还原粉化率采用国标GB/T 13242—91试验方法进行，体积膨胀率指数采用铁矿球团相对自由膨胀指数的测定方法GB/T 13240—91进行。成品球团的还原性能的检测结果见表6。从焙烧后的成品球团矿冶金性能指标来看，配加镁石粉后成品球团矿的低温还原粉化指标和体积膨胀率指标均有改善。这是因为球团矿内存在足量MgO时，在焙烧过程中就会形成稳定的铁酸镁，在还原时不会发生Fe₂O₃ 转变成Fe₃O₄ 反应，而生成的是FeO和MgO的稳定固熔体。

3. 2 镁质球团的高温软熔性能

成品球团矿的高温软熔指标是评价球团矿热态性能的重要指标，直接影响其在高炉中的使用效果，检测指标见表7。

由球团矿的高温软熔特性分析可见，配加镁石粉后的两种球团矿软化温度区间 Δt 数值均变小，不配加镁石粉的基准球团（ 1号）软化温度区间 Δt 为85 ℃，镁质球团（2号和3号）的软化温度区间 Δt 为71、75 ℃，软化区间变窄；另外，软化温度 t m 提高，基准球团（ 1号） t m 为1 410 ℃，镁质球团（ 2号、3号）t m 为1 465 、1 445 ℃。由于造球前向精矿中添加了含有 MgO 的添加剂，球团焙烧时形成铁酸镁，这些铁酸盐的熔化温度比酸性球团矿内成分的熔化温度一般提高 80～160 ℃，使熔化开始温度和熔化终了温度的区间减小，这些都有利于软熔带由高炉上部往下部移动，改善高炉透气性，提高冶炼强度。

4 镁质球团的高炉质量平衡计算

4. 1 计算依据

本文的炉料计算参考鞍钢炼铁总厂大部分高炉炉料结构（质量分数），具体如下：

（1）烧结矿73%＋球团矿22%＋块矿5%。

（2）烧结取消配镁石粉，不配加镁石粉时烧结矿的 w(MgO) 分别按照1.2%、1.1%计算。

（3）球团黏结剂配比，炼铁皂土配比按1.5%计算，新型皂土配比按0.7%计算。

（4）现场烧结矿与块矿的成分见表8。

4. 2 计算结果及分析

计算结果见表9。烧结取消配镁石粉，在保证综合入炉铁料 w(MgO) 为1.3%条件下，当烧结矿自然带入的氧化镁质量分数分别为1.1%、1.2%时，在保证综合入炉铁料 w(MgO) 不变的条件下，当烧结矿自然带入的w(MgO) 为1.2%时，球团矿中的 w(MgO) 大于1.90%，可满足高炉要求；当烧结矿自然带入的 w(MgO) 为1.1%时，球团矿中的 w(MgO) 大于2.27%，可满足高炉要求。根据以往的文献，球团矿 w(MgO)/w(SiO₂ )为0.5时，球团矿热态冶金性能较好。

根据鞍钢的原燃料条件，采用镁质球团矿时的炉渣成分测算结果见表10。由表10可见，当球团矿w(MgO)/w(SiO₂ ) 等于0.5时，配加1.5%炼铁皂土的球团矿其 w(MgO) 大于2.64%时，可满足高炉渣成分要求；配加0.7%新型皂土的球团矿其 w(MgO) 大于2.38%时，可满足高炉渣成分要求。

5 结论

（1）镁质球团的造球焙烧性能。本试验所涉及的两种镁质球团生球落下强度均有所提高，但生球抗压、干球抗压略有下降，350 ℃时均未发生爆裂。配加新型皂土可提高球团品位，降低SiO₂ 质量分数。镁质球团抗压强度有所下降，但抗压强度仍超过2 500 N/球，可以满足高炉生产需要。

（2）镁质球团的冶金性能。本试验所涉及的两种镁质球团的低温还原粉化指标和体积膨胀率指标均有所改善。而且，软化温度升高，软化温度区间变窄，有利于软熔带由高炉上部往下部移动，改善高炉透气性，提高冶炼强度。

（3）鞍钢镁质球团的应用分析。在保证综合入炉铁料MgO质量分数不变的条件下，当烧结矿自然带入的 w(MgO) 为1.2%时，球团矿中的 w(MgO) 大于1.90%，可满足高炉要求。

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