摘要：为满足高炉对镁质熔剂球团矿的质量要求，带式焙烧机进行轻烧镁粉、轻烧白云石及二者混合(按一定配比)添加的3种镁质熔剂添加方案工业试验。试验结果表明，添加轻烧白云石可以提高生球强度。采用轻烧镁粉和轻烧白云石按1:3的添加方案，当该方案球团矿MgO质量分数为1.58%时，平均抗压强度为N/个，还原度为75.36%，还原膨胀率为14.37%及低温还原粉化率(RDI+3.15)为96.79%，其综合冶金性能优于其他方案球团矿，并符合高炉对镁质熔剂球团矿的抗压强度和冶金性能要求。

随着中国钢铁工业的发展，对入炉精料的要求越来越高。以往用抗压强度、转鼓指数评价球团矿质量已不符合实际要求，现今用抗压强度、冶金性能等综合指标评价球团矿质量。目前国内生产球团矿的设备主要是竖炉和链篦机-回转窑，二者均存在较大缺陷，前者不符合设备大型化趋势，后者生产熔剂性球团矿困难，带式焙烧机(带焙机，下同)能完美解决二者的缺陷。带焙机作为第三代球团矿工艺生产设备，在国内发展迅猛，包钢年6月万t/年球团投产，为中国第一条带焙机生产线，从年到年国内总共5家钢铁企业的带焙机相继投产，三钢万t/年带焙机于年12月投产，是国内投产的首条设备国产化的带焙生产线。带焙机可以较好地生产熔剂性球团矿，提高球团矿MgO含量目的在于提高高炉炼铁时炉渣的流动性，改善炉渣与铁水的分离，有利于高炉炉况，镁质熔剂的添加还可以提高球团矿的还原度、还原膨胀率、低温还原粉化率等冶金性能。同时可减轻因烧结比降低带来的烧结工序大量添加镁质熔剂的压力。由于造球铁精矿中MgO含量远低于熔剂性球团矿所需量，需在球团生产配料工序添加镁质熔剂。在满足三钢高炉对球团矿抗压强度要求的前提下，以轻烧镁粉、轻烧白云石为镁质熔剂，通过不同镁质熔剂添加方式的工业试验，研究其对生球强度和球团矿冶金性能的影响。

1原料性质

1.1原料化学性质分析

SG球团原料为磁铁精矿、膨润土及镁质熔剂，其中磁铁精矿有4种，分别为卡拉拉精矿、智利精矿两种进口矿，国产造球精矿为马坑精矿和小娘坑精矿，镁质熔剂则分为轻烧镁粉和轻烧白云石。

由表1可知，两种进口铁精矿TFe品位高于国产精矿，对于生产高品位球团矿更具优势，国产精矿MgO质量分数较高，可以减少镁质熔剂的添加量，有利于节约吨矿生产成本。智利精矿硅质量分数低，为4.7%，其他3种精矿硅质量分数均偏高，这4种磁铁精矿总体上不利于生产熔剂性球团矿。在有害成分方面，智利精矿和小娘坑精矿硫含量高于其他两种精矿，随着二者配比增加，焙烧工序产生的烟气中SO2含量升高，这会增加脱硫工序的能耗，4种精矿铝含量总体上不高。

由表2可知，轻烧镁粉MgO质量分数为80.93%，远高于轻烧白云石，前者MgO质量分数为后者的2.68倍，说明在球团矿MgO质量分数相同的情况下，后者的添加量远大于前者，故后者不利于生产高镁球团矿，但后者CaO质量分数为51.17%，远高于前者，可提高球团矿碱度。二者主要碱性氧化物(CaO、MgO)质量分数相当，从这一角度分析，二者配比需通过试验验证。

2镁质熔剂添加实践方案与研究

本次镁质熔剂的添加均在实际生产过程中进行。造球混合料由铁精矿预配料—(干燥)—高压辊磨—配料—混合制成，混合料经造球缓冲仓电子秤皮带定量给料至造球盘，混合料经造球盘制得生球，生球经过筛分得到合格生球，合格生球再经过带焙机氧化焙烧固结得到球团矿。

镁质熔剂添加采用方案1、2、3、4，考察这4种方案对生球强度及成品球(球团矿)冶金性能的影响，具体情况见表3。

3结果与分析

3.1镁质熔剂添加对生球强度的影响

在铁精矿配比为国产精矿：智利精矿：卡拉拉精矿为6:3:1及膨润土配比为1.3%的条件下，镁质熔剂按方案1、2、3、4添加，考察不同镁质熔剂添加方案(后3种方案均按1.5%配加)对生球强度的影响，结果见表4。

由表4可知，方案4生球强度(落下和抗压)最高，方案3生球强度次之，而方案2、1生球强度相当。出现这种现象是因为轻烧白云石中CaO含量较高，且CaO为黏结剂的一种，故添加轻烧白云石可提高生球强度。

注：生球强度测试取粒径为10~12.5mm的生球，落下取5颗球的平均值，抗压取30颗球的平均值。

在确定轻烧镁粉和轻烧白云石按1:3添加前，进行了二者不同比例探索性试验，由于篇幅所限，本文不展开详述。

3.2镁质熔剂添加对球团矿冶金性能的影响

因为后续方案研究对球团矿冶金性能的影响均有添加镁质熔剂，为方便研究，方案2、3、4重新命名为方案A、B、C。在国产精矿：智利精矿：卡拉拉精矿配比为6:3:1及膨润土配比为1.3%的前提下，配料工序完成方案A、方案B及方案C3种方案镁质熔剂的配加，混合料通过造球—焙烧得到球团矿。在配料—造球—焙烧3道工序工艺参数相同的条件下，考察这3种镁质熔剂添加方案对球团矿抗压强度、还原度(RI)、还原膨胀率(RSI)及低温还原粉化指数(RDI)的影响。

3.2.1镁质熔剂添加对球团矿抗压强度的影响

按A、B、C3种方案添加镁质熔剂，通过配料—造球—焙烧3道工序得到球团矿，考察这3种含镁质熔剂添加方案对球团矿抗压强度的影响，结果如图1所示。从图1可以看出，随着球团矿MgO质量分数增加，其抗压强度均逐渐降低，但C方案降幅最小，60颗球平均抗压强度从N/个降至N/个，故3种方案中C方案对球团矿抗压强度的影响最小。

图1镁质熔剂添加对球团矿抗压强度的影响

3.2.2镁质熔剂添加对球团矿还原度的影响

采用A、B、C3种镁质熔剂添加方案，经过配料—造球—焙烧3道工序得到球团矿，在这3道工序工艺控制参数相同的条件下，考察这3种镁质熔剂添加方案对球团矿还原度的影响，结果如图2所示。

由图2可知，随着MgO质量分数增加，A、B方案球团矿RI均先增加至后减小，A方案RI由61.76%增加至70.16%，再减小至65.21%，方案BRI由61.76%增加至75.36%，再减小至73.21%，方案C球团矿RI由61.79%逐渐增加至85.01%。

3种方案呈现该趋势的原因各异。方案A由于生球氧化焙烧过程中Mg2+向Fe2+空位扩散生成镁铁矿(MgO·Fe2O3)，可以稳定磁铁矿相，使球团矿孔隙率增加，可使球团矿还原过程中还原气体更容易进入其内部而达到增加RI的目的，但随着MgO质量分数增加到一定程度，部分MgO未矿化，阻碍Fe3O4氧化成Fe2O3，导致球团矿RI有所减小。方案C既有方案A中Mg2+的行为，又有易还原性的铁酸钙、钙镁橄榄石生成，而钙镁橄榄石的生成阻碍了难还原的铁橄榄石和钙铁橄榄石的生成，使其球团矿RI随着MgO质量分数增加而增加。方案B可能兼有A、C的情况，具体情况需分析三者球团矿的主要组成矿物物相及显微结构来确定。

图2镁质熔剂添加对球团矿还原度的影响

3.2.3镁质熔剂添加对球团矿还原膨胀率的影响

采用前面的方法得到A、B、C3种方案球团矿，考察这3种镁质熔剂添加方案对球团矿还原膨胀率的影响，结果如图3所示。从图3可以看出，随着球团矿MgO质量分数的增加，方案A的RSI逐渐减小，由15.32%减小至12.48%;方案B的RSI从15.35%先减小至14.37%，再增加到14.89%，方案C的RSI则由15.40%先减小至14.90%，再大幅增加至23.67%。

方案A这种情况因为MgO可以稳定磁铁矿相，而磁铁矿相与浮氏体具有类似结构，使球团矿在还原阶段产生的还原应力大大减少，且添加镁质熔剂的生球氧化焙烧过程中生成的镁铁矿(MgO·Fe2O3)为磁铁矿的类质同象体，它可以抑制赤铁矿还原为磁铁矿的晶型转变，从而抑制球团矿在还原过程中的体积膨胀。方案B、C的RSI出现增加，可能是因为轻烧白云石用量过大，而轻烧白云石中CaO质量分数超过50%，导致生球氧化焙烧过程中产生铁酸钙和硅酸钙等较多的液相，使液相(例如铁酸钙)分布不均匀，最终导致二者球团矿在还原过程中产生大量还原应力，使球团矿体积大幅膨胀。故单分析RSI，方案A优于其他两种方案。

图3镁质熔剂添加对球团矿还原膨胀率的影响

3.2.4镁质熔剂添加对球团矿还原粉化性的影响

采用相同的工序和控制工艺参数得到A、B、C3种方案球团矿，考察这3种镁质熔剂添加方案对球团矿RDI+3.15的影响，结果如图4所示。从图4可以看出，随着球团矿MgO质量分数增加，方案A的RDI+3.15由93.36%增加至97.82%，方案B的RDI+3.15先由93.41%增加至96.79%，再减小至96.21%，而方案C的RDI+3.15先由93.31%增加至96.16%，再大幅减小至88.17%。

MgO质量分数在一定范围内增加，RDI+3.15增加是由于溶于Fe2O3的MgO可以促进磁铁矿之间黏结，生球氧化焙烧过程中生成的镁铁矿(MgO·Fe2O3)为磁铁矿的类质同象体，它可以抑制球团矿中低温还原时，赤铁矿还原为磁铁矿的晶型转变，提高还原后球的强度，从而抑制球团矿的低温还原粉化。

MgO质量分数超过一定值，RDI+3.15可能是由于镁铁矿不足以抑制易还原性的Fe2O3、铁酸钙等物质在还原过程中产生的还原应力带来的体积膨胀，导致球团矿还原后强度降低，使其RDI+3.15减小。单从RDI+3.15角度考虑，方案A最佳。

分析3个方案生球强度、球团矿的冶金性能。方案B：生球强度介于其他两个方案之间，MgO质量分数为1.58%时，其球团矿的平均抗压强度为N/个、RI为75.36%、RSI为14.37%、RDI+3.15为96.39%，相较与方案A、C的冶金性能，方案B的综合性能指标最优，故方案B为镁质熔剂最佳添加方案，其球团矿MgO质量分数为1.58%时，生球强度较好，综合冶金性能指标最优。

图4镁质熔剂添加对球团矿低温还原粉化率的影响

4球团矿物相及矿物显微结构分析

4.1球团矿矿物物相分析

分别取方案A的MgO质量分数为1.82%、方案B的MgO质量分数为1.58%及方案C的MgO质量分数为1.54%的球团矿进行X射线衍射分析(XRD)如图5、图6和图7所示。

由图5可知，方案A球团矿主要矿物为赤铁矿、镁铁矿，有部分铁橄榄石和透辉石，另有少部分未氧化的磁铁矿及未矿化的氧化镁;这说明方案A球团矿MgO质量分数增加到一定程度，未矿化的氧化镁阻碍磁铁矿氧化成赤铁矿，导致其RI有所降低，而镁铁矿的生成可以抑制赤铁矿还原为磁铁矿的晶型转变且铁橄榄石难还原，使其RSI逐渐降低，RDI+3.15逐渐增加。

由图6可知，方案B球团矿主要矿物为赤铁矿、铁酸钙、镁铁矿，部分铁橄榄石。相较于方案A球团矿，方案B球团矿有易还原性的铁酸钙生成且铁橄榄石衍射强度远小于前者，说明后者铁橄榄石含量小于前者，这也间接表明方案B球团矿的RI大于方案A，RSI大于方案A，RDI+3.15小于方案A。

由图7可知，方案C球团矿主要矿物为赤铁矿、铁酸钙、镁铁矿及硅酸钙，部分钙铁辉石，少量铁橄榄石。相较于方案A、B，方案C球团矿铁酸钙衍射峰数量更多，且有钙铁辉石生成，这表明方案C生球氧化焙烧过程中生成较多的铁酸钙及少量钙铁辉石所构成的液相，且它们为易还原性物质，故方案C球团矿RI大于前两者。3个方案球团矿XRD物相分析可以直观地比较三者球团矿的主要组成矿物种类及相对含量的差异，三者球团矿MgO质量分数达到一定程度，它们组成矿物中某些矿物种类及相对含量差异较大。

图5方案A球团矿XRD物相分析

图6方案B球团矿XRD物相分析

图7方案C球团矿XRD物相分析

4.2球团矿显微结构分析

同样分别取方案A的MgO质量分数为1.82%、方案B的MgO质量分数为1.58%及方案C的MgO质量分数为1.54%的球团矿进行矿石显微结构分析，三者显微照片如图8、图9和图10所示。

从图8可以看出，方案A球团矿中的赤铁矿主要以连晶或单晶形式分布(图8(a))，镁铁矿与赤铁矿连生存在(图8(b))，另外有部分未矿化的氧化镁以乳滴状分布于赤铁矿中、球团矿中心有少量未被氧化的磁铁矿及以胶状存在的铁橄榄石(图8(c))，且其内部可见圈层结构，气孔孔径较大，分布比较均匀。这说明方案A球团矿焙烧时未完全氧化，导致其RI不高，且未矿化的氧化镁及未氧化的磁铁矿阻碍赤铁矿的重结晶，导致其抗压强度偏低。

从图9可以看出，相较于方案A，方案B球团矿中的赤铁矿主要以连晶形式存在，铁橄榄石以结状形式存在(图9(a))，赤铁矿结晶程度高于方案A，铁橄榄石晶体尺寸小于方案A，且方案B球团矿中铁酸钙、镁铁矿与赤铁矿以交代形式产出(图9(e))，其内部未见圈层结构，气孔孔径一般，分布比较均匀。从矿石微观结构相比方案B抗压强度大于方案A。

从图10可以看出，相比前两个方案的C球团矿：内部未见圈层结构，气孔孔径较小，分布不均匀。矿石中的赤铁矿主要以连晶形式存在(图10(a))，赤铁矿结晶程度高，大于前两者。铁酸钙以块状分布(图10(b))，其分布不均匀，这导致球团矿还原时产生的还原应力不均匀而产生较大的体积膨胀。镁铁矿则以豆状分布(图10(b))，硅酸钙与铁橄榄石分别以叶片状和条带状分布(图10(c))。

3个方案球团矿微观结构对比：A方案球团矿中由于有部分未矿化氧化镁及未氧化的磁铁矿，导致赤铁矿结晶度偏低具有圈层结构，宏观表现为抗压强度偏低，RI不高。方案B、C随着白云石配比增加，产生一定范围内的液相(如铁酸钙)促进了赤铁矿的结晶度提高，宏观表现为抗压强度增加，但其配比过量虽然生成的铁酸钙量增加而改善RI，也会使其分布不均，致使方案B、C球团矿RSI高于A。

(a)赤铁矿以连晶或单晶形式分布;(b)镁铁矿与赤铁矿连生;(c)氧化镁以乳滴状包体分布于赤铁矿及磁铁矿被赤铁矿包裹。

图8方案A球团矿显微照片

(a)赤铁矿连晶分布及铁橄榄石结状结构分布于赤铁矿;(b)铁酸钙、镁铁矿与赤铁矿交代形式产出。

图9方案B球团矿显微照片

(a)赤铁矿以连晶形式分布;(b)铁酸钙以块状分布、镁铁矿以豆状分布;(c)硅酸钙以叶片状分布、铁橄榄石以条带状分布。

图10方案C球团矿显微照片

5结论

(1)添加白云石可以提高生球强度，3种熔剂配加方案所得球团矿综合冶金性能最优为方案B，当其MgO质量分数为1.58%时，其平均抗压强度为N/个，RI为75.36%，RSI为14.37%，RDI+3.15为96.39%。

(2)方案B复合镁质熔剂配比由0增加至2.0%，其球团矿RI、RDI+3.15逐渐增加，前者增幅为22.02%，后者增幅为3.62%，且RSI逐渐减小，降幅度为6.08%，因为MgO可以稳定磁铁矿相，增加球团矿孔隙率，且添加该复合镁质熔剂焙烧时可生成一定易还原性的铁酸钙，从而较大幅度地改善球团矿还原性能。

(3)结合球团矿组成矿物XRD分析和显微结构分析，方案B复合镁质熔剂配比在一定范围内生球焙烧固结时产生一定量的液相有助于赤铁矿结晶长大且可以减缓抗压强度的降低，过量则会恶化RSI。

作者：廖军平陈昭尧

责编：向贤成

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