實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)原料

所用原料是國內(nèi)某鋼廠的磁鐵礦粉、赤鐵礦粉和膨潤土，其成份及粒度組成見表1。配加燃料是1種低揮發(fā)分焦粉，其性能指標(biāo)見表2。

2.實(shí)驗(yàn)方法

造球時(shí)每批料的料量為4kg，水、焦粉、膨潤土及鐵精礦粉按一定比例配入，造球原料混勻后在圓盤造球機(jī)上造球，直至球團(tuán)直徑達(dá)到10.0~12.5mm時(shí)取出過篩作為球團(tuán)內(nèi)層；把篩選出的10.0~12.5mm的生球加入造球機(jī)中，再配加鐵精礦粉繼續(xù)造球，球團(tuán)外層的厚度為1.5~2.0mm，球團(tuán)內(nèi)、外層所用鐵精礦質(zhì)量比為1:1，制備雙層球團(tuán)。造完后過篩，取12.5~15.0mm的生球?yàn)楹细袂颉Ｔ烨蛟O(shè)備采用圓盤造球機(jī)，主要技術(shù)參數(shù)為直徑Φ=1000mm，邊高h(yuǎn)=200mm，傾角α=45°，轉(zhuǎn)速為20r/min。造球結(jié)束后，將合格生球放入鼓風(fēng)干燥箱中干燥至質(zhì)量不變，然后將干球置于臥式管式電阻爐中進(jìn)行預(yù)熱和焙燒實(shí)驗(yàn)。焙燒制度為：預(yù)熱溫度950℃，預(yù)熱時(shí)間15min；焙燒溫度1250℃，焙燒時(shí)間15min。待球團(tuán)冷卻后，取出10個球團(tuán)放至FZY-1型抗壓強(qiáng)度檢測儀上進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測量，其平均值作為球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度。球團(tuán)膨脹率的測定是按照《鐵礦球團(tuán)相對自由膨脹指數(shù)的測定方法》GB/T13240—1991，將一定量粒度10.0～12.5mm的球團(tuán)礦，在900℃下等溫還原，球團(tuán)發(fā)生體積變化，采用排水法測定還原前后球團(tuán)體積，體積變化的相對值用體積分?jǐn)?shù)表示，球團(tuán)還原膨脹率(RSI)的計(jì)算公式為（略）：式中：V0為還原前試樣的體積，mL；V1為還原后試樣的體積，mL。球團(tuán)的礦相顯微結(jié)構(gòu)采用奧林巴斯BX51M光學(xué)顯微鏡進(jìn)行觀測，利用顯微鏡自帶的DT2000圖像分析軟件測定球團(tuán)的赤鐵礦再結(jié)晶固結(jié)率(%)和氣孔率(%)。

3.實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)中的鐵精礦為磁鐵礦和赤鐵礦，分兩組進(jìn)行，每組配加一定量的焦粉和膨潤土，混勻造球。第一組造球原料為東北精礦（磁鐵礦），內(nèi)層配碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次為0%，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%(即配加焦粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%，0.59%，1.18%，1.76%，2.35%)，外層不配碳，制備雙層球團(tuán)，焙燒后檢測其焙燒球強(qiáng)度和還原膨脹率。第二組造球原料為卡拉加斯粉（赤鐵礦），內(nèi)層配碳量依次為0%，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%(即配加焦粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%，0.59%，1.18%，1.76%，2.35%)，外層不配碳，制備雙層球團(tuán)，焙燒后檢測其焙燒球抗壓強(qiáng)度和還原膨脹率。球團(tuán)內(nèi)、外層所用鐵精礦質(zhì)量分別為2kg，焦粉的配比是以內(nèi)層鐵精礦的質(zhì)量為標(biāo)準(zhǔn)的。造球?qū)嶒?yàn)的實(shí)驗(yàn)方案如表3，4。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

1.配碳量對雙層球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的影響內(nèi)

層配碳量對雙層球團(tuán)抗壓強(qiáng)度影響的測定結(jié)果見表5與圖1。由表5和圖1可知：不同內(nèi)配碳量的磁鐵礦雙層球團(tuán)，經(jīng)過高溫焙燒后，其抗壓強(qiáng)度發(fā)生明顯變化，隨著配碳量的增加，焙燒球的抗壓強(qiáng)度一直呈下降趨勢；在配碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過1.0%，球團(tuán)強(qiáng)度急劇下降，配碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%時(shí)，僅為836N/個；不同配碳量的赤鐵礦雙層球團(tuán)，配碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.5%后焙燒后球團(tuán)抗壓強(qiáng)度先增加后又降低，配碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí)最高，為3166N/個。根據(jù)文獻(xiàn)[8]，球團(tuán)內(nèi)配碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%～0.9%的固體燃料，總?cè)己目梢越档?1.9%～18.7%。所以在赤鐵礦球團(tuán)內(nèi)配適量的固體燃料，在滿足生產(chǎn)需求的焙燒球團(tuán)抗壓強(qiáng)度(不小于2500N/個)的情況下起到節(jié)能降耗的作用。

2.配碳量對雙層球團(tuán)礦還原膨脹率的影響

內(nèi)層配碳量對雙層球團(tuán)的還原膨脹率影響的測定結(jié)果見表6與圖2。由表6與圖2可知：雙層球團(tuán)內(nèi)層配碳后，球團(tuán)的還原膨脹率比普通球團(tuán)有明顯的降低；磁鐵礦普通球團(tuán)的膨脹率在20%以上，配碳后，還原膨脹率降低到10%左右，配碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí)RSI最低，為7.98%；赤鐵礦普通球團(tuán)的膨脹率在30%以上，配碳后，還原膨脹率明顯降低，配碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%時(shí)RSI最低，為9.52%。向雙層球團(tuán)內(nèi)層添加適量焦粉對抑制球團(tuán)膨脹具有明顯的效果。是由于焦粉的存在改變了球團(tuán)內(nèi)部的氣氛，使渣相易于生成，渣相除了能改善球團(tuán)礦固結(jié)形式以外，特別重要的是使堿金屬以硅酸鹽的形式進(jìn)入渣相，從而克服了堿金屬進(jìn)入鐵氧化物晶格而引起晶格畸變的現(xiàn)象發(fā)生；另外，焦粉在焙燒過程中以二氧化碳形式排出,改善了球團(tuán)內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)。

3.雙層球團(tuán)顯微結(jié)構(gòu)特征

內(nèi)配碳雙層球團(tuán)的顯微礦相結(jié)構(gòu)見圖3~5。球團(tuán)的氣孔率、赤鐵礦再結(jié)晶固結(jié)率測定結(jié)果見表7。從礦相照片和表7可看出：以磁鐵礦或赤鐵礦為原料制得的雙層球團(tuán)，顯微結(jié)構(gòu)很有規(guī)律地分為兩層，外層以Fe2O3的結(jié)晶長大固結(jié)為主，礦物由赤鐵礦、脈石及少許硅酸鹽粘結(jié)相組成，外層孔隙多呈細(xì)孔狀，分布均勻；內(nèi)層顯微結(jié)構(gòu)為Fe2O3的它形晶互相連接，在球核出現(xiàn)Fe3O4，隨著配碳量增加，內(nèi)核中Fe3O4含量增加。磁鐵礦內(nèi)配碳雙層球團(tuán)中配碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于1.0%時(shí)，球團(tuán)內(nèi)部沒有出現(xiàn)Fe3O4晶體，F(xiàn)e2O3再結(jié)晶固結(jié)率較高，氣孔率低，因此球團(tuán)抗壓強(qiáng)度大，還原膨脹率也大；當(dāng)配碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%時(shí)，球團(tuán)內(nèi)有少量大的空洞，球團(tuán)外層是Fe2O3結(jié)晶，但球團(tuán)內(nèi)層出現(xiàn)了部分的Fe3O4結(jié)晶，說明由于碳的還原作用，一部分Fe2O3被還原成Fe3O4；當(dāng)配碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%時(shí)，球團(tuán)內(nèi)部出現(xiàn)大量的空洞，球團(tuán)外層已經(jīng)出現(xiàn)部分Fe3O4結(jié)晶，球團(tuán)內(nèi)層幾乎都是Fe3O4結(jié)晶，說明球團(tuán)外層形成1層致密的Fe2O3，阻止空氣中的氧進(jìn)入球團(tuán)內(nèi)層，進(jìn)而生成大量的Fe3O4晶體。赤鐵礦內(nèi)配碳雙層球團(tuán)隨著配碳量的增大，球團(tuán)內(nèi)Fe2O3再結(jié)晶固結(jié)率先增后減，導(dǎo)致球團(tuán)抗壓強(qiáng)度先增后減；配碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí)最大，此時(shí)球團(tuán)抗壓強(qiáng)度也最大。當(dāng)配碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%時(shí)，球團(tuán)內(nèi)部出現(xiàn)少量的Fe3O4結(jié)晶，球團(tuán)抗壓強(qiáng)度降低。隨著配碳量的增加，赤鐵礦雙層球團(tuán)的氣孔率逐漸增大，所以還原膨脹率降低，但當(dāng)配碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過1.5%后出現(xiàn)磁鐵礦結(jié)晶，導(dǎo)致還原膨脹率又開始升高。

結(jié)論

1)磁鐵礦內(nèi)配碳雙層球團(tuán)隨著配碳量的增加，球團(tuán)抗壓強(qiáng)度是逐漸降低的，當(dāng)配碳量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))超過1.0%后，球團(tuán)內(nèi)出現(xiàn)磁鐵礦結(jié)晶，球團(tuán)抗壓強(qiáng)度開始驟降。赤鐵礦內(nèi)配碳雙層球團(tuán)隨著配碳量的增加，球團(tuán)抗壓強(qiáng)度開始升高后又降低，配碳量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))超過1.5%后，球團(tuán)內(nèi)出現(xiàn)磁鐵礦結(jié)晶，球團(tuán)抗壓強(qiáng)度開始下降。2)磁鐵礦雙層球團(tuán)內(nèi)層配碳量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為1.0%時(shí)，還原膨脹率最低，為7.98%，此時(shí)球團(tuán)強(qiáng)度亦可以達(dá)到2512N/個；赤鐵礦雙層球團(tuán)內(nèi)層配碳量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為1.5%時(shí)，還原膨脹率最低，為9.52%，在配碳量小于1.5%時(shí)球團(tuán)抗壓強(qiáng)度均大于2500N/個。磁鐵礦雙層球團(tuán)內(nèi)層配碳量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))不大于1.0%時(shí)，赤鐵礦雙層球團(tuán)內(nèi)層配碳量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))不大于1.5%時(shí)，均可以滿足生產(chǎn)需求的情況下，有效降低球團(tuán)的還原膨脹率。3)在球團(tuán)內(nèi)層添加適量的焦粉，可以增加成品球團(tuán)的氣孔率，改善其還原性，有效抑制球團(tuán)的還原膨脹。（本文圖、表、公式略）