高硅超细铁精矿熔剂性球团矿固结行为及还原特性
温宝良1，范子豪1，李家新1，刘德楼2，从俊强1，杨佳龙1
（1.安徽工业大学冶金工程学院， 安徽马鞍山 243032；2.抚顺新钢铁有限责任公司技术中心， 辽宁抚顺 113001）
高炉高比例球团矿冶炼技术是减轻炼铁系统碳排放和环保压力的重要方案。将高硅超细铁精矿资源作为球团矿生产原料，有助于拓宽中国国内铁矿资源来源，加大中国国内贫矿应用力度。系统地探讨了碱度对高硅超细铁精矿球团矿固结行为和还原特性的影响。通过热力学计算、矿相分析、扫描电镜-能谱分析等方法对其固结行为和还原特性进行了研究。研究结果表明，随着碱度的增加，高硅超细铁精矿球团矿抗压强度先增加后降低，孔隙率先降低后增加，碱度为0.06～0.73时，球团矿的抗压强度均大于4 000 N/个，碱度为0.24时的球团矿抗压强度最高，孔隙率也最低。碱度的增加会降低高硅超细铁精矿球团矿中的二氧化硅相含量，促进铁酸钙相和硅酸盐相的生成。在碱度为1.20、温度为1 300 ℃条件下，球团矿中液相比例可达24.38%。碱度大于0.73时，球团矿中的液相量在大于1 250 ℃后会迅速增加。随着碱度的增加，高硅超细铁精矿球团矿渣相和硅酸盐相中的钙元素含量会逐渐增加，此外，碱度越高，赤铁矿晶粒越容易呈现多边形结构且晶粒间填充的渣相量越多。随着碱度增加，高硅超细铁精矿球团矿还原度和还原膨胀率先降低后增加，球团矿抗还原粉化性能减弱。碱度大于0.24后，球团矿内部孔隙率和铁酸钙相含量的增加使得还原气体能更容易扩散至球团矿内部并促进还原反应的进行，可以有效提高球团矿的还原度，碱度为1.20时的球团矿还原度比碱度为0.06时提高了34.9%。
高硅超细铁精矿； 熔剂性球团矿； 碱度； 抗压强度； 固结行为； 还原特性
中国铁矿资源储量虽然丰富，但具有“贫、细、杂”的特点，即铁品位低，铁矿嵌部粒度细，多组分伴生。其中微细粒嵌布铁矿石在中国铁矿资源中占据了很大比例，这就使得中国铁矿选矿所得的铁精矿粒度也呈现微细粒级，如铁品位39.62%的微细粒镜铁矿，选矿所得铁精矿粒径小于0.045 mm的比例为93%；山西袁家村铁矿，铁品位为39.62%，选矿所得铁精矿粒径小于0.037 mm的比例为85%；铁品位为28.36%的祁东铁矿，选矿所得铁精矿粒径小于0.025 mm的比例为95%。除选矿所得粒度细之外，中国铁矿精矿中的SiO2质量分数也相对较高，普遍超过5%，有时甚至超过8%。因此，将高硅超细铁精矿资源作为球团矿生产原料，对于促进中国的炼铁工业可持续发展具有重要意义。铁精矿粉粒度分布是影响球团矿质量的一项重要指标，一般球团矿生产工艺要求铁精矿中粒径小于0.075 mm的比例应大于80%。也有研究认为铁精矿中粒径小于0.048mm比例应为60%～80%才能获得一个比较良好的生球和成品球质量，粒径小于0.048 mm比例超过80%则被归类为细铁精矿，而粒径小于0.028 mm比例超过80%则被归类为超细铁精矿。近年来，对超细铁精矿的研究主要集中在酸性球团矿。在生球制备过程中，朱德庆等研究了超细铁精矿的成球性能，认为超细铁精矿存在亲水性差、生球爆裂温度低的问题，由于生球爆裂温度低，WONG G等通过使用有机黏合剂的方法来减缓超细铁精矿球团矿的干燥速率，从而提高了球团矿的爆裂温度。对超细铁精矿焙烧性能的研究，YANG C等研究了预热和焙烧条件对西澳超细铁精矿球团矿强度的影响，发现焙烧后球团矿强度较差，UMADEVI T等则认为铁精矿粒径小于0.048 mm的比例增加会提高球团矿的抗压强度。由于超细铁精矿球团矿具有较低的还原度，FAN X等研究了添加膨润土和有机黏结剂组成的复合黏结剂对超细铁精矿球团矿还原度的影响，结果表明，在该复合黏结剂的作用下，超细铁精矿球团矿的还原度从56%提高到了70%。生产熔剂性球团矿是减轻炼铁系统碳排放和环保压力的重要措施。首钢京唐公司5 500 m3高炉采用了碱度为1.2的球团矿，其入炉比例超过50%；河钢唐钢公司2 922 m3高炉采用了碱度为1.0的球团矿，其入炉比例超过40%。这些实践取得了显著成果，高炉的燃料比降至480～490 kg/t，同时炼铁工序的CO2排放也获得大幅减少。为了应对未来铁精矿供给的变化和低碳发展的需求，探究碱度对高硅超细铁精矿球团矿性能的影响具有积极意义，研究不仅有助于拓宽中国国内铁矿资源的来源，也有助于推进高硅超细铁精矿进行高配比的工业应用。因此，本研究系统地探讨了碱度对高硅超细铁精矿球团矿固结行为和还原特性的影响，通过热力学计算、矿相分析、扫描电镜-能谱分析等方法对其固结行为和还原特性进行了分析。研究可为高硅超细铁精矿熔剂性球团矿的制备和应用提供理论和技术支持。
1）随着碱度的增加，高硅超细铁精矿球团矿的抗压强度先增加后降低，孔隙率先降低后增加，碱度为0.06～0.73时，球团的抗压强度均超过4 000 N/个，碱度为0.24时的球团抗压强度最高，孔隙率最低。2）碱度的增加会降低高硅超细铁精矿球团矿中的二氧化硅相含量，促进铁酸钙相和硅酸盐相的生成。碱度为1.20、温度为1 300 ℃时，球团矿中液相的比例可达24.38%。碱度大于0.73，球团矿中的液相量在大于1 250 ℃后会迅速增加。3）随着碱度增加，高硅超细铁精矿球团矿渣相和硅酸盐相中的钙元素含量会逐渐增加，此外，碱度越高，赤铁矿晶粒越容易呈现多边形结构且晶粒间填充的渣相量越多。4）随着碱度增加，高硅超细铁精矿球团矿还原度和还原膨胀率先降低后增加，球团矿抗还原粉化性能减弱。球团矿在碱度为1.20时的还原度达到了60.5%，比碱度为0.06时提高了34.9%，碱度大于0.24后，球团矿内部孔隙率和铁酸钙相含量的增加使得还原气体能更容易扩散至球团矿内部并促进还原反应的进行，从而提高了球团矿的还原度。
