用碱性球团制备及其预还原性能

COREX工艺是已工业化并逐步推广的熔融还原炼铁工艺,具有节能、环保等优势［1-10］。碱性球团矿用作COREX炉料可以改善预还原竖炉炉况［11-18］,有利于发挥COREX工艺的优势。为减轻预还原竖炉中炉料粉化粘结,保证料柱良好的透气性,要求料层具有较高的抗压强度和冶金性能［19］。本文以2种熔剂和3个品位的铁精矿为原料,研究了熔剂和TFe品位对COREX用碱性球团的制备及预还原性能的影响,并提出优质COREX用碱性球团的制备方案,为生产COREX用球团料提供技术指导。

1 试 验

1.1 原料性能

原料包括3种不同品位的铁精矿、起粘结剂作用的膨润土、2种碱性熔剂石灰石和生石灰,其化学成分见表1,粒度组成见表2。

表1 原料化学成分(质量分数)/％原料TFe FeO SiO2CaO MgO Al2O3LOI精矿a 63.14 28.66 4.42 2.05 0.79 0.80 0.26精矿b 66.27 30.88 2.53 1.13 0.47 0.40 1.74精矿c 67.78 29.90 1.97 0.75 0.40 0.37 1.23石灰石0.36—2.67 51.03 1.38 0.46 41.81生石灰0.26—3.47 74.55 1.66 0.42 7.12膨润土1.71—60.02 1.88 1.76 16.09 11.52

表2 原料粒度组成及表面性能原料粒级(mm)含量/％ ++比表面积/(cm2·g-1)精矿a 18.40 30.85 50.75 1 152精矿b 16.00 28.12 55.88 1 214精矿c 15.26 23.33 61.41 1 242石灰石21.43 17.31 61.24—生石灰20.21 15.87 63.92—膨润土1.86 1.11 97.03—

由表1和表2数据可知,3种铁精矿TFe品位分别为63.14％、66.27％和67.78％,FeO含量在28.66％～30.88％之间,SiO2、CaO、MgO和Al2O3含量随着铁品位升高均有所降低。3种铁精矿随着品位提高, -0.074 mm粒级含量有所增加,比表面积略有提高。膨润土吸水率为420％,蒙脱石含量接近100％, -0.074 mm粒级含量98.14％,整体性能较好。

1.2 试验方法

1.2.1 球团制备

造球试验在圆盘造球机中进行,圆盘主要参数为:直径1 000mm,转速23 r/min(可调),边高150mm,倾角47°。造球时每次称取4 kg铁精矿(干重),内配2％膨润土,根据碱度计算所需熔剂添加量,当熔剂为生石灰时,计算需要的消化水质量,对生石灰预先消化5 min。配料后将铁精矿、膨润土和熔剂充分混匀,再进行造球试验。造好的生球经过筛分,将直径12～14mm的生球作为合格生球并在105℃烘箱中干燥备用。将10个干球装入刚玉瓷舟,在直径为50mm的卧式管状电炉中按照设定的温度和时间进行预热、焙烧试验,在智能球团抗压机上测定球团抗压强度。

1.2.2 COREX预还原试验

预还原试验是利用静态荷重还原炉模拟COREX竖炉温度、荷重及还原气氛的条件下,研究球团的低温还原粉化、还原膨胀、还原度及粘结系数等性能,其中开始升温阶段和还原结束后降温阶段均采用氮气保护,具体模拟条件见表3。

表3 COREX预还原试验参数检测指标荷重/(N·cm-2)样品试验温度/℃气体流量/(L·min-1)还原气体组成(CO/N2/CO2/H2)/％还原时间/min RDI 0 2 kg,直径10～12.5 mm与12.5～16 mm球团各50％550 10.8 50/12/30/8 30 RSI 0 18个直径10～12.5 mm球团800 10.8 50/12/30/8 30 RI 14 2 kg,直径10～12.5 mm与12.5～16 mm球团各50％800 10.8＜45 min时50/12/30/8; 45～90 min逐渐调整至66/12/12/10 360

2 结果与讨论

2.1 碱性球团性能

2.1.1 熔剂和铁品位对生球性能的影响

通过多次造球试验确定了造球基准工艺条件为:膨润土配比2％,原料水分7％,造球时间15 min,生球水分在8.0％～8.5％之间。在此条件下,以精矿b为原料,通过改变石灰石、生石灰用量(外配),研究其对生球性能的影响,结果如表4所示。在造球基准工艺条件下,固定球团碱度0.8,研究了铁精矿品位对生球性能的影响,结果如表5所示。

由表4可知,添加石灰石后,生球爆裂温度迅速下降,当其用量达到3.55％后,生球爆裂温度稳定在500℃;石灰石用量增加,生球落下强度先升高后降低,抗压强度变化较小;石灰石用量3.55％时,球团性能整体较好。添加生石灰后,球团落下强度和抗压强度均有所提高,但爆裂温度出现明显降低,当其用量达到2.94％时,生球爆裂温度降至200℃;生石灰用量2.44％,球团性能整体较好。

表4 熔剂种类和用量对生球性能的影响熔剂种类用量/％碱度生球水分/％落下强度/［次·(0.5m·个)-1］抗压强度/(N·个-1)爆裂温度/℃石灰石0 0.3 8.42 4.6 19.7 580 2.10 0.6 8.31 4.5 18.5 530 3.55 0.8 8.02 4.7 18.2 500 4.98 1.0 8.06 4.3 18.4 500生石灰1.45 0.6 8.19 5.0 20.7 600 2.44 0.8 8.23 5.3 22.0 580 2.94 0.9 8.22 5.4 21.3 420 3.44 1.0 8.27 6.2 23.0 200

表5 铁精矿品位对生球指标的影响铁精矿名称熔剂种类用量/％生球水分/％落下强度/［次·(0.5m·个)-1］抗压强度/(N·个-1)爆裂温度/℃精矿a精矿b精矿c石灰石4.64 8.32 4.4 18.6 520 3.55 8.02 4.7 18.2 500 3.32 8.30 4.5 17.0 530精矿a精矿b精矿c生石灰3.15 8.55 5.7 23.7 580 2.44 8.23 5.3 22.0 580 2.28 8.53 5.5 22.4 600

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