（富蕴蒙库铁矿有限责任公司，836100）
【摘要】本文研究的目的是:探讨分析碱度对生球质量和球团矿抗压强度的影响。本研究研究所采用的的方法是：采用对比试验的方式方法来进行探究。本研究结果表明：生球抗压强度和落下强度与碱度的高低存在直接的关联性，生球的落下强度、抗压强度随着碱度的提高而降低，热爆裂温度随着碱度的提高而升高；此外，在焙烧过程中，随着碱度提高，赤铁矿晶粒不断发育长大，但球团矿中产生的低熔点硅酸盐矿物增多并相互聚集在一起，恶化了赤铁矿晶粒间的连晶程度，同时增加了球团矿中的孔隙，导致球团的抗压强度逐渐降低。
【关键词】球团矿; 碱度; 抗压强度
笔者通过采用 A 矿粉和 B 矿粉调节球团矿碱度( 二元碱度 Ｒ( Ca O/Si O2) ) 来研究碱度对球团抗压强度的影响，为充分利用 A 矿粉和 B 矿粉生产适宜碱度球团矿提供了依据。
1、原料基础特性
A 矿粉和 B 矿粉的化学成分如表 1 所示，两种矿粉的含铁品位都比较高，都达到了 65%左右，A 矿粉含铁品位达到了 66. 36%，同时 A 矿粉 Si O2含量较高，达 6. 91%，属于酸性矿粉，水分含量比较高，而 B 矿 粉 中 的 Ti O2、Ca O 和 Mg O 较 高，分 别 为2. 17%、2. 57%、3. 41%，A 矿粉碱度较低，B 矿粉的碱度较高，因此可通过改变两种矿粉的配比来改变球团矿的碱度。
2、试验方法
2.1 配料方案
为了考察碱度对球团矿冶金性能的影响，采用A 矿粉和 B 矿粉通过配矿来调节球团矿的碱度。
2.2试验流程
混料和造球过程在直径为 1 000 mm 的圆盘造球机中进行，其圆边高度为 250 mm，圆盘倾斜角度为 45°，转速 20 r/min。混料时将称量好的矿粉、膨润土和水加入到圆盘中混匀，并放入到铁盆中在隔绝空气条件下焖料 30 min，使原料与水混匀效果更好，矿粉和水接触的更加紧密; 以 A 矿粉和 B 矿粉为原料进行造球，每次试验称量矿粉总重 3 000 g，造球过程选取最佳造球时间为 13 min，水分含量为8. 5%，膨润土最佳含量为 2%，造出球后进行人工筛分，以直径为 10～16 mm 生球作为合格生球，以 10～12. 5 生球作为试验用球，取出少量的试验用球用作水分、生球抗压强度、落下强度和热爆裂试验，其余球放入到烘箱中烘干，用于焙烧。
生球的抗压强度检测采用弹簧压力计检测，一般采用 22 个试验用球，去掉最大值和最小值，算出二十个球抗压强度值的平均数就是该生球的抗压强度。生球的落下强度在厚度为 10 mm 的钢板上进行，取 22 个试验用球在 0. 5 m 的高度自由落下，记下球落下不破裂的次数，去掉最大值与最小值，算这20 个球落下次数的平均数就是该球的落下强度。
生球的热爆裂温度测试在电阻丝加热炉中进行，采用动态介质法进行试验。将加热炉温度加热到设定温度后采用空压机通入流速为 1 m/s 的气体，保持炉温恒定，将 50 个试验用球放入到吊篮中，同时将吊篮放入到直径为 50 mm 的加热管中，5 min后取出试验用球并观察生球的破裂情况，每隔 25 ℃放入一批球，直到 50 个球中有两个球破裂即该温度为生球的热爆裂温度。
生球的焙烧试验在硅钼棒电阻热加热炉中进行，焙烧过程中从底部通入空气，即在氧化气氛中进行，当炉温升高到预热温度，将干燥的生球放入到炉中，保温一段时间升温到焙烧温度，保温 20 min 取出。空冷后的球团采用 GB /T14201—1993 标准检测其抗压强度。
3 试验结果与分析
3.1 不同碱度对生球性能的影响
生球的质量和碱度关系不大，主要与矿粉的基础性能联系紧密。生球的落下强度、抗压强度和热爆裂温度随碱度变化如图1、2 所示。
由图1 可以看出，随着碱度的增大，生球的落下强度逐渐降低，特别是碱度 0. 7 ～ 0. 85 时，落下强度变化幅度较大; 同时生球的抗压强度也逐渐降低。矿粉颗粒之间的毛细黏结力、分子黏结力和内摩擦力相互作用使生球具有了一定的强度。在碱度增大过程中，配料中 B 矿粉含量逐渐增加，而 B 矿粉粒度较大，比表面积小，分子黏结力和毛细黏结力较小，持水能力差，导致生球的机械强度降低。
由图2 可以看出，随着碱度增大，生球的热爆裂温度逐渐增大，特别是碱度由即矿粉中加入的 B 越来越多，与 A 矿粉相比较，B 矿粉平均粒度较大，生球气孔较多，在高温状态下有利于水蒸气的及时排出，使生球的热爆裂温度较高，A 矿粉粒度较细，生球比较密实，气孔较少，A 矿粉含量较高的生球在高温状态下水蒸气散出不及时导致生球破裂。
3.2 不同碱度对成品球团矿抗压强度的影响
碱度对成品氧化球团矿抗压强度影响如图3 所示，随着碱度的提高，球团抗压强度逐渐降低。球团矿强度主要依靠固相固结，随着碱度逐渐增加，球团矿中 B 矿粉含量逐渐增加，B 矿粉连晶强度较差，导致球团矿的抗压强度降低。
由图5可知，当碱度为 0. 12 时，赤铁矿晶粒分布均匀，平均粒径较小，相互连接成网状结构，连接紧密，硅酸盐矿物数量少且孔径较小，硅酸盐矿物和赤铁矿晶粒之间的缝隙较窄，结构力比较强; 当碱度为 0. 50 时，赤铁矿晶粒逐渐长大，同时赤铁矿晶粒之间连接更加致密，硅酸盐矿物平均直径开始增大，且数量增多，硅酸盐矿物与赤铁矿晶粒间空隙开始增大; 当碱度为 0. 65 时，赤铁矿晶粒进一步长大呈现块状，周围被其他硅酸盐矿物包围，赤铁矿晶粒之间的连接性恶化，硅酸盐矿物增大; 当碱度为 0. 80 时，晶粒尺寸变大，但是晶粒之间连晶程度变差，晶粒之间被硅酸盐矿物和气孔分隔开，赤铁矿粒径大小分布不均，硅酸盐矿物相互聚集在一起形成较大的硅酸盐矿物，同时与赤铁矿晶粒间的空隙更加突出，气孔所占比例增大。
4、结论
根据以上分析可知，随着碱度的增大，球团中的Ca O 含量增多，导致球团矿在焙烧过程中生成了较多液相，冷却结晶析出硅酸盐矿物，硅酸盐矿物的强度低于赤铁矿; 赤铁矿晶粒被气孔和硅酸盐矿物分隔开，降低了赤铁矿晶粒间的连接程度，削弱了球团矿固相固结的强度; 球团在冷却凝固过程中由于液相和赤铁矿晶粒的收缩系数不同，产生的液相越多，硅酸盐矿物和赤铁矿晶粒间的空隙越大，同时球团中的气孔数量和孔径都逐渐增多; A 矿粉的连晶强度高，B 矿粉的连晶强度较低，而且 A 矿粉的粒径较小，矿粉粒间的接触点较多，有利于赤铁矿晶粒在再结晶过程中相互连晶，随着碱度的增加，A 矿粉的配矿比例逐渐减小，B 矿粉的配比增加，因此球团矿的强度随着碱度的增大而降低。
【参考文献】
[1]杨晓东，张丁辰，刘锟，等．球团替代烧结———铁前节能低碳污染减排的重要途径［J］．工程研究———跨学科视野中的工程，2017，9( 1) : 44－52．
[2] 李英魁．焙烧工艺对球团矿还原性能的影响［J］．河北冶金，2017( 1) : 11－14．
[3] 龙 跃，徐晨光，张彦辉，等． Mg O 对高镁碱性球团矿强度的影响［J］．钢铁钒钛，2016，37( 4) : 99－104．
论文作者:景钊
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第03期
论文发表时间:2019/6/21
标签：碱度论文; 赤铁矿论文; 晶粒论文; 抗压强度论文; 矿粉论文; 硅酸盐论文; 矿物论文; 《科学与技术》2019年第03期论文;