铁精矿粒度对球团强度的影响

范晓慧¹, 袁晓丽¹, 姜 涛¹, 袁礼顺¹, 李光辉¹, 庄剑鸣¹, 唐启荣², 杨雪峰²

(1. 中南大学 资源加工与生物工程学院, 长沙 410083;

2. 昆明钢铁集团有限责任公司, 昆明 650302)

摘 要: 以大红山、 曼南坎和滇滩等精矿的粒度以及膨润土用量和润磨时间为因子, 以生球落下强度、 生球爆裂温度、 预热球抗压强度和焙烧球抗压强度为评价指标, 进行了五因子二次回归组合实验研究。 结果表明: 随着铁精矿小于0.074mm粒级含量的增加, 生球爆裂温度下降, 预热球和焙烧球抗压强度提高; 当铁精矿小于0.074mm粒级含量小于75%(质量分数)时, 生球落下强度逐渐上升, 当小于0.074mm粒级含量为75%时, 生球落下强度达到最大值, 之后有下降趋势。 并不是铁精矿粒度越细球团强度就会越好, 铁精矿粒度还应该满足一个合适的粒度组成。

关键词: 铁精矿; 粒度; 球团强度 中图分类号: TF046

文献标识码: A

Effect of particle size distribution of concentrate on palletizing quality

FAN Xiao-hui¹, YUAN Xiao-li¹, JIANG Tao¹, YUAN Li-shun¹,LI Guang-hui¹, ZHUANG Jian-ming¹, TANG Qi-rong², YANG Xue-feng²

(1. School of Resources Processing and Bioengineering, Central South University,Changsha 410083, China;

2. Kunming Iron and Steel (Group) Co. Ltd., Kunming 650302, China)

Abstract: Orthogonal experiments were done by using different size distribution of Dahongshan concentrate, Mannankan concentrate, Diantan concentrate, bentonite dosage and time of damp milling and so on as factors, and the drop strength of green pellet, shock temperature of green pellet, compression strength of preheat pellet, compression strength of backing pellet as evaluating index.The results show that as the content of less than 0.074mm grade iron concentrate increases, the shock temperature of green compression decreases; the strength of preheated pellet and the compression strength of backing pellet are improved; the drop strength of green pellet of iron concentrate increases when the content of less than 0.074mm grade iron concentrate is lower than 75%; when the content of less than 0.074mm grade iron concentrate is 75%, the drop strength of green pellet of mixed material is maximum. It can be concluded that the palletizing quality does not become better throughout as iron concentrate size decreases, actually iron concentrate should have a good size distribution.

Key words: iron concentrate; particle size; palletizing quality

   球团矿具有改善高炉炉料结构、 提高高炉利用系数、 降低焦比等优点, 已成为高炉理想炉料结构必不可少的组成部分, 在炼铁生产中起着越来越重要的作用^[1-9]。 目前, 我国球团生产处于快速发展阶段, 1999年以前, 我国球团矿年产量小于1000万t, 2001年球团矿产量达到了1500万t, 2003年产量突破3000万t, 2005年产量超过5000万t, 据估计2006年产量将达到6700万t左右^[10-13]。 原料合适的粒度组成、 适宜的水分及稳定的化学组成是生产优质球团矿的3个基本因素^[14]。 国外造球原料粒度较细, 小于0.074mm含量一般在85%以上; 国内造球原料粒度较粗, 小于0.074mm含量一般在80%以下^[15]。 昆钢在2004年建成了年产120万t球团矿的链篦机—回转窑生产线, 使用的原料种类多, 粒度比较粗^[16]。 本文作者针对昆钢使用的主要原料大红山、 曼南坎和滇滩3种铁精矿, 研究了铁精矿粒度对球团强度的影响。

1 实验

1.1 原料

大红山矿、 曼南坎矿、 滇滩矿的化学成分和粒度组成分别列于表1和表2。

从表1可知, 大红山和滇滩矿为磁铁矿类型, 曼南坎FeO为8.22%(质量分数), 经过物相分析, 其含磁铁矿17.13%, 假象赤铁矿31.43%, 赤、 褐铁矿15.68%; 3种铁精矿的TFe均较低, 大红山矿SiO₂最高为7.74%。

由表2可知, 大红山矿最细, 小于0.074mm为72.95%; 曼南坎和滇滩矿较粗, 小于0.074mm只有52.95%和27.50%。 所以, 对于造球来讲, 曼南坎和滇滩矿都偏粗。

1.2 研究方法

实验流程包括磨矿、 配料、 混匀、 润磨、 造球、 干燥、 预热和焙烧等几个环节。 磨矿采用d500mm×600mm球磨机。 造球配料以5kg含铁原料(润磨时为6kg)为基准, 膨润土按一定比例外加, 进行人工混匀。 润磨采用d500mm×500mm无级调速润磨机, 润磨机的转速为35~40r/min, 介质充填率为12%。 造球圆盘主要技术参数为: 直径800mm, 转速38r/min, 边高150mm, 倾角47°。

2 结果与分析

铁精矿的配矿方案为: m(滇滩矿)∶m(大红山矿)∶m(曼南坎矿)=46∶29∶25。

2.1 回归实验设计与结果

为了考察铁精矿的粒度对造球性能的影响, 按五因子二次回归组合实验设计进行了实验研究, 实验条件为: 盐亭3号膨润土、 润磨水分4%、 造球时间10min、 造球水分8%、 预热温度900℃、 预热时间10min、 焙烧温度1280℃、 焙烧时间10min。 回归实验因子和水平及实验结果分别列于表3和表4。

表1   铁精矿的化学成分

Table 1   Chemical composition of iron concentrates (mass fraction, %)

表2   铁精矿的粒度组成

Table 2   Particle size distribution of iron concentrates (mass fraction, %)

表3   回归实验的因子及水平编码

Table 3   Factors and levels of orthogonal experiment

表4   铁精矿粒度回归实验结果

Table 4   Results of regression expriment of iron concentrates

2.2 铁精矿粒度对球团强度的影响

在膨润土用量0.8%, 润磨时间4min, 预热温度900℃, 预热时间10min, 焙烧温度1280℃, 焙烧时间10min的条件下, 研究了铁精矿粒度对球团强度的影响。

2.2.1 铁精矿对生球落下强度的影响

由回归实验结果经回归分析建立了生球落下强度的回归模型为

铁精矿粒度对生球落下强度的影响如图1所示。 当铁精矿小于0.074mm粒级含量从50%增加到75%, 铁精矿的生球落下强度逐渐上升, 因为颗粒逐渐变细, 又有合适的粒度组成, 球内颗粒之间接触点愈多, 则生球中粒子排列愈紧密, 其形成的毛细管平均直径也愈小, 所以产生的毛细压愈高, 生球落下强度就愈高; 在铁精矿小于0.074mm粒级含量为75%时, 生球落强度达到最大值, 这时大红山矿、 曼南坎矿和滇滩矿的小于0.074mm粒级含量分别为62.2%、 94.8%和75%, 大红山矿小于0.074mm粒级含量达到最大值; 之后, 有下降的趋势, 这是因为随着粒度的进一步细化, 铁精矿的粒度组成发生变化, 所以影响了生球落下强度的提高。

图1   铁精矿粒度对生球落下强度的影响

Fig.1   Effect of particle size distribution of iron concentrate on drop strength of green pellet

2.2.2 铁精矿粒度对生球爆裂温度的影响

由回归实验结果经回归分析建立了生球爆裂温度的回归模型为

铁精矿粒度对生球爆裂温度影响如图2所示。 当铁精矿小于0.074mm粒级含量从50%增加到70%, 生球爆裂温度逐渐降低, 这是因为小于0.074mm粒级含量增加, 生球变得更紧密, 生球表里的湿度差也更大, 因表里收缩不均匀, 易产生裂纹, 同时, 细颗粒形成的生球, 其内部毛细管孔径非常小, 水分迁移慢, 容易形成干壳, 蒸汽向外扩散的阻力愈大, 过剩蒸汽就愈多, 生球产生爆裂的可能性也就越大, 故生球爆裂温度降低; 之后, 爆裂温度变化不大, 这是因为铁精矿粒度超过一定细度后, 粒度细度进一步提高对爆裂温度影响也较小。

图2   铁精矿粒度对生球爆裂温度的影响

Fig.2   Effect of particle size distribution of iron concentrate on shock temperature of green pellet

2.2.3 铁精矿粒度对预热球抗压强度的影响

由回归实验结果经回归分析建立了预热球抗压强度的回归模型为

铁精矿粒度对预热球抗压强度的影响如图3所示。 当铁精矿小于0.074mm粒级含量由50%增加到85%, 铁精矿的预热球的抗压强度明显提高, 由718N提高到1305N。 这是因为预热过程中磁铁矿迅速氧化成Fe₂O₃并形成颗粒之间的粘结相。 同时, 磁铁矿氧化生成的Fe₂O₃晶粒表面原子具有较高的迁移能力, 促进相邻颗粒之间形成晶键。 颗粒越细, 形成的晶键越多, 预热球抗压强度越大。

图3   铁精矿粒度对预热球抗压强度的影响

Fig.3   Effect of particle size distribution of iron concentrate on compression strength of preheat pellet

2.2.4 铁精矿粒度对焙烧球抗压强度的影响

由回归实验结果经回归分析建立了焙烧球抗压强度的回归模型为

铁精矿粒度对焙烧球抗压强度的影响如图4所示。 当铁精矿小于0.074mm粒级含量从50%增加到65%, 焙烧球抗压强度逐渐提高, 但提高的幅度不大, 之后, 有较大的提高幅度, 由2766N增加到3500N。 这是因为随着铁精矿粒度的细化, 一方面磁铁矿氧化成新生的Fe₂O₃, 形成微晶键, 另一方面赤铁矿晶粒扩散增强, 并产生再结晶和聚晶长大, 颗粒之间的孔隙率下降, 球体积收缩, 球内各颗粒连接成一个致密的整体。 颗粒越细, 球内颗粒之间接触点越多, 有利于质点的扩散和粘结, 因而焙烧球的抗压强度提高。

图4   铁精矿粒度对焙烧球抗压强度的影响

Fig.4   Effect of particle size distribution of iron concentrate on compression strength of backing pellet

3 结论

1) 当铁精矿小于0.074mm粒级含量小于75%时, 生球落下强度逐渐提高; 当铁精矿小于0.074mm粒级含量为75%时, 生球落下强度达到最大值, 之后有下降的趋势。

2) 当铁精矿中小于0.074mm粒级含量小于70%时, 铁精矿的生球爆裂温度随着粒度变细而降低; 之后, 变化不大。

3) 铁精矿的预热球和焙烧球抗压强度随着粒度的细化逐渐上升。

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(编辑陈爱华)

基金项目: 云南省省院省校合作资助项目(2004YX14); 新世纪优秀人才支持计划资助项目(NCET-05-0690)

收稿日期: 2006-04-27; 修订日期: 2006-06-26

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