浅谈球团生产中的造球用料

一引言

造球和焙烧是球团生产两大主要工序，生球造的好坏直接影响后续焙烧过程和球团矿的产质量。生球质量是稳定和提高球团矿产品质量和产量的关键环节，也是影响生产物料消耗和生产成本的重要因素，因此如何造好球是球团工作者首先要思考的问题，其中原料质量、设备情况以及造球操作是对生球质量造成影响的三大主要因素。

本文从造球工序对铁原料和膨润土的需求出发浅析它们对造球过程的影响以及如何选用优良的原料以达到造好球的要求。

二料的定义

球团生产原料，一般是指含铁原料，为生产球团矿使用的铁粉矿、铁精矿及其他含铁物的总称。在铁原料基础上，配加改善混合料成球性能的粘结剂，以及根据球团矿质量要求和焙烧工艺要求而添加一定量的石灰石、白云石、无烟煤等添加剂，组合到一起的物料即为造球所用的混合料。

三铁原料

3.1国标要求

从年4月开始实施的《铁矿球团工程设计标准》中规定，原料中TFe含量不宜小于65%，允许偏差宜为±0.5%；SiO2含量不宜大于4.5%，允许偏差宜为±0.2%；含水量宜小于10%；粒度宜为-0.mm含量不小于70%，比表面积宜为~cm2/g[1]。标准中对水分和粒度的要求为原料的造球性能提供了基础保障。

3.2原料水分

以大部分将磁铁矿作为生产原料的球团产线为例，生球的适宜水分在7.5~8.5%[2]，由于在造球过程需添加0.5%左右的水分，因此造球前的混合料水分可考虑控制在7.0~8.0%。在原料水分不稳定的情况下，一般在预配料工序之后增加干燥工序对原料进行烘干处理以保障造球前混合料水分适宜。

3.3原料粒度

由于铁精矿粒度影响矿石粒子间的毛细水产生的毛细力、结合力以及生球的紧密状态，从而带来生球落下强度和抗压强度的不同。从造球的角度，粒度越细且粒度分布适宜，则生球中颗粒排列越密集，毛细管直径越小，毛细力越大，生球强度越大。与此同时，在焙烧过程中，由于磨矿作用产生的晶格缺失就越多，越有利于固相扩散和固结，有利于提高成品矿强度。然而，铁精矿粒度过细，不仅增加磨矿成本，增加矿浆过滤脱水难度，并且亲水性差，成球性能不高，还会降低生球爆裂温度，给生球干燥带来困难，因此铁精矿的粒度应控制在一定的适宜范围之内。

目前国内生产经验表明，球团用铁精矿粒度-0.mm的含量应大于60%，或-0.mm含量应大于90%，甚至有球团行业工作者对铁精矿粒度做了更为细致的研究，认为铁矿中-0.mm粒级含量增加，生球落下强度和爆裂温度以及成品抗压强度都呈升高趋势，并得出结论-0.mm粒级应不低于40%，较为合适的含量为50%~60%，此时生球落下强度和抗压强度可分别达到4.6次/0.5m和13.2N/个以上，爆裂温度为℃，成品矿抗压强度达到N/个[3]。

图全粒级铁精矿电镜扫描

图-0.mm粒级铁精矿电镜扫描

正如前面所述，对于造球而言，铁精矿并不是越细越好，例如超细粒（粒度小于0.mm的质量分数95％）的西澳磁铁精矿比表面积高达cm2/g，但亲水性能较差，静态成球性指数仅为0.。在适宜条件下其单矿造球时生球落下强度仅为3.2次／0.5m，生球爆裂温度为℃，成球性能较差，无法满足生产要求。在此种情况下，通过配加一定质量分数的粗粒度磁铁矿，达到提高混合料静态成球性能，提高亲水性能的效果[4]。

在进行不同粗细矿种混合配加的过程中，除了需要了解不同矿种的化学成分、粒度组成、比表面积和接触角之外，还需对其进行X射线衍射分析和微观颗粒外貌分析，才能全面的了解矿粉的特性以便于制定合理的搭配方案。

以西澳磁铁精矿（A）配搭某国内常见铁精矿（B）和巴西赤铁矿（C）为例，其X射线衍射分析和微观颗粒外貌见下图所示。

图3种不同铁精矿的X射线衍射分析[4]

图3种铁精矿的微观颗粒形貌[4]

（a和d为铁精粉A；d和e为铁精粉B；c和f为铁精粉C）

从铁精矿的微观颗粒形貌图可以看出，铁精粉A不仅粒度较细，且与B一样表面光滑且有明显棱角，C表面粗糙且黏附较多的细颗粒，可初步判断C的成球性能可能优于A和B。

3.4成球性指数

不同配比方案的单矿或混合铁精矿成球性能的评价采用静态成球性指数Ｋ来评价[5]。静态成球性能是指松散料柱在不运动的情况下自动吸水能力大小（即最大分子水和最大毛细水含量）。铁精矿最大分子水通过压滤法测定。铁精矿最大毛细水通过容量法测定，同时测得其毛细水迁移速率。

静态成球性指数计算公式为：

Ｋ＝Wm×（Wc-Wm）

式中：Ｋ为静态成球性指数；Wm为试样最大分子水质量分数，％；Wm为试样最大毛细水质量分数，％。

毛细水迁移速度计算公式为：

Ｖ＝Ｈ/Δt

式中：Ｖ为毛细水迁移速度，mm/min；Ｈ为试样料层高度，mm；Δｔ为试样吸水时间，min。

国内铁精矿粒度较粗，达不到直接造球的要求，通常采用润磨或辊压工序对铁精矿进行细磨，使其粒度变细，比表面积增大，改善成球性能。

四膨润土

近几十年来,国内外广泛采用膨润土作为球团粘结剂。由于中国铁精矿铁品位低，膨润土用量较大，导致球团矿品位低、强度差，严重制约了中国球团矿生产的发展[6-7]。随着冶金行业降本增效的宗旨，各球团生产厂越来越重视膨润土质量，并已将膨润土用量作为球团生产经济技术指标之一。膨润土用量，国外一般控制在0.5%～0.7%以内,国内由于膨润土质量比较差，一般在2%～3%[8]，存在较大差距

4.1膨润土的理化性能

膨润土的理化性能包含蒙脱石含量、膨胀容（或膨胀系数）、胶质价以及吸水率等。

蒙脱石：是膨润土的主要成分，是一种具有膨胀性能的含水铝硅酸盐，它的主要特征[9]是呈层状结构，层与层之间可以相互滑动，具有阳离子吸附和交换的性能以及较强的吸水性。蒙脱石含量直接影响膨润土质量，将其分散于水溶液中具有吸附亚甲基蓝的能力，其吸附量被称为吸蓝量。由于蒙脱石含量越高，吸蓝量越大，因此可将吸蓝量作为评估膨润土中蒙脱石含量的相对技术指标。

膨胀容：膨润土在稀盐酸溶液中膨胀后的溶剂称为膨胀容，以mL/g表示。吸水率和膨胀容高，对于同一类型膨润土而言，意味着蒙脱石含量多，吸水性和吸附性好，膨胀性强。

胶质价：度量膨润土形成胶体体系及其稳定性，是分散性、亲水性和膨胀性的综合指标。

吸水率：单位质量的膨润土在2小时内所能吸附的水的质量称为吸水率，不同膨润土的吸水率具有一定差异，所以吸水率可作为评价膨润土质量的重要指标。

国标中对膨润土质量等级的划分主要基于对其理化性能的要求。

膨润土质量指标[10]

4.2膨润土在铁精矿成球过程中的作用

铁精矿的成球性主要决定于铁精矿本身的特性,但膨润土对铁精矿的成球性能也会产生较大影响。

（1）成核数显著增多且成球性能改善

浙江省冶金研究所在实验室条件下采用B.M.维邱金静力学和K.D.迪克逊动力学成球性能试验和评定方法[8],选用成核数（成核数为每公斤试料中1mm球核的数量(个/kg)）、球核平均直径和球核粒级组成作为评价原料成核能力的指标，结果表明膨润土能够显著增多成核数。同时得出膨润土能够改善铁精矿的成球性指数K，是由膨润土本身的性质决定的。因为膨润土具有层状结构，比表面积较大，能吸附大量层间水,使混合料的分子水含量增大幅度大于最大毛细水含量的增大幅度，从而使K增大，成球性改善。

（2）水分波动范围扩大

由于造球水分适宜范围比较严苛，允许波动范围约±0.5%，但膨润土具有较强的吸水性，将造球中较多的水分变为层间水，层间水不随机械力作用而发生转移,不致使生球表面过湿而发生粘结，因此有了膨润土，可适当扩大水分波动范围。

（3）成球速度降低

膨润土的强吸水性和持水性造成了球核因碰撞聚结长大过程中因水分被膨润土吸收而不易在滚动中挤出到球核表面，从而降低了水分向球核表面迁移速度。当母球表面未得到充分润湿缺乏聚结条件，因此造成生球长大速度降低，成球率减少，且生球粒度变小。

4.3膨润土对生球强度的影响

膨润土细颗粒浸润与充填在矿石颗粒之间，改变了矿石表面性质，增加了固相键桥和液相键桥，特别是形成了微细毛细管，增大毛细力，从而提高了生球抗压强度。于此同时，由于膨润土浸润吸水，能促进矿石颗粒间的相对滑动，从而提高了生球落下强度[8]。

此外，膨润土能够降低生球干燥速度，提高生球爆裂温度，提高焙烧球团矿的抗压强度，并且膨润土球团矿的冶金性能良好，还原膨胀率、低温还原粉化率、℃还原度和荷重软熔温度均能较好的满足要求。

4.4钠基与钙基

膨润土按属性分为钠基膨润土和钙基膨润土，依据阳离子交换量和交换性离子含量按照计算进行划分，应优选采用钠基膨润土或活化钙剂膨润土。钙基膨润土一般在仅对亲水性好的赤铁矿球团中使用，但用量一般在2%以上；而钠基膨润土则可在赤铁矿或磁铁矿球团中使用，而且用量少，如首钢、鞍钢弓长岭球团厂等膨润土用量均在2%以下。国内的膨润土主要是以钙基土为主，大多数膨润土生产厂家都采用人工钠化处理来提高膨润土的质量，有的厂家甚至添加一些粘结剂，生产复合膨润土来改善其性能[8]。

五结论

国内的球团矿质量与国外相比还存在一定差距，因此有必要在提高球团矿质量的方向上继续探索，而造球是烧球的基础，造好球是改善球团矿质量的前提条件。本文通过分析铁原料和粘结剂对造球过程的影响，回答了造好球需要用什么样的原料的问题。

选用铁矿粉应重点考察其粒度，参考-0.mm的含量应大于60%、-0.mm含量应大于90%、或-0.mm的含量应大于40%，但是在面对超细粒度铁精粉时，应配加一定量的粗粒度铁矿粉才能弥补其亲水性差和成球性指数低的不足从而达到造球要求，可采用成球性指数进行计算和考量。造球对于混合料水分的要求较为严苛，但由于大部分产线均设有干燥机等水分控制手段，因此在原料进厂时可适当放宽其水分要求，按国标不超过10%即可。

被绝大多数球团产线使用的膨润土，具有成球性能好，生球落下强度和抗压强度大，生球爆裂温度高等多种优点，但同时会带来生球速度和成球率的降低，且由于膨润土中含有大量的SiO2和Al2O3使球团矿的品位降低，以及基于生产成本的考虑，膨润土用量并不是越多越好，而是应选用优质的膨润土，并在保证生球质量的基础上尽量降低其用量才是低成本生产高质量球团矿的必选手段。

参考文献

[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GBT-《铁矿球团工程设计标准》，北京：中国标准出版社，。

[2]张汉泉．强化造球工艺技术及实践[J]．年全国炼铁生产技术暨炼铁年会文集,~

[3]刘曙，路漫漫等．－0.mm粒级含量对磁铁精矿成球性的影响[J]，烧结球团,.10，39（5），31-35

[4]朱德庆，徐梦杰等．改善超细铁精矿成球性能的实验研究[J]，钢铁研究学报，年9月，第29卷第9期，-

[5]师本敬．预压成型强化细粒镜铁矿粉烧结工艺与机理研究[D]．长沙：中南大学，

[6]叶匡吾．于我国球团矿质量问题的探讨[J]．烧结球团，,30(5):1

[7]罗艳红．磁铁精矿氧化球团的基础研究[D]．长沙：中南大学，．

[8]张汉泉．膨润土在铁矿氧化球团中的应用[J],中国矿业，年8月.18（8），99-

[9]D.F.Ball.AgglomerationofIronOres,London:HeinemannEducationalBooksLimited,.

[10]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会．GBT-膨润土[S]．北京：中国标准出版社，．

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