分流预成型强化制粒改善镜铁矿粉烧结性能

工程科学学报，第37卷，第8期：984993,2015年8月 Chinese Journal of Engineering,Vol.37,No.8:984-993,August 2015 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2015.08.003:http://journals.ustb.edu.cn 分流预成型强化制粒改善镜铁矿粉烧结性能 朱德庆品，钟洋，潘建 中南大学资源加工与生物工程学院，长沙410083 ☒通信作者，E-mail:dphu@csu.cdu.cn 摘要针对镜铁矿精粉成球性及可烧性差的特点，采用分流预成型强化制粒工艺对进口镜铁矿精粉制粒及烧结性能开展 研究.与常规制粒工艺烧结指标相比，采用分流造球强化制粒烧结工艺，焦粉配比从4.85%降至4.20%，利用系数从1.44t· m2h提高至1.71tm2h1,转鼓强度从57.60%提高至63.80%，固体燃耗从76.46kgt降至65.24kgt1:采用分流辊 压预成型强化制粒烧结工艺，焦粉配加量从4.85%降至4.70%，利用系数从1.44tm2h提高至1.64tm2h,转鼓强度 及固体燃耗基本不变.因此，分流预成型强化制粒工艺较常规制粒工艺能显著改善镜铁矿烧结性能.其作用机理为：镜铁精 矿经分流预成型后能改善混合料的透气性，降低焦粉配比，提高烧结料层氧位，生成更多的铁酸钙及赤铁矿，所得成品烧结矿 结晶完善，矿物之间胶结紧密，内部气孔由不规则大孔变为总体分布较为均匀且大小适中的规则球形，改善了烧结矿的强度 和还原性 关键词镜铁矿：制粒：烧结：冶金性能：显微结构 分类号TF046 Improving the sintering performance of specularite bearing mixtures by separated pre-agglomeration-sintering processes ZHU De-qing,ZHONG Yang,PAN Jian School of Minerals Processing and Bioengineering,Central South University,Changsha 410083,China Corresponding author,E-mail:dqzhu@csu.edu.en ABSTRACT For the characteristics of weak ballability and inferior amenability of specularite concentrates,the granulating and sin- tering performances of imported specularite were investigated by two kinds of separated pre-agglomeration-sintering processes.Com- pared with the traditional granulation-sintering process,the separated micropelletizing granulation-sintering process presents competi- tive results:decreasing the coke level from 4.85%to 4.20%,improving the productivity from 1.44t*mhto 1.71t*m2.h, enhancing the tumble index from 57.60%to 63.80%,and cutting the solid fuel rate from 76.46kg't to 65.24 kgt.In the mean- time,the separated pre-briquetting-granulation-sintering process also shows better results:decreasing the coke dosage from 4.85%to 4.70%,elevating the productivity from 1.44tm2.hto 1.64tm2.h,and keeping the tumble index and the solid fuel rate steady.Overall,the separated pre-agglomeration-granulation-sintering process can significantly improve the sintering performance of specularite.The mechanism of action is that the separated pre-agglomeration-granulation-sintering process improves the permeability of the mixture markedly,decreases the coke dosage appropriately,results in a higher oxidation potential in the sintering bed,and pro- duces more calcium ferrite and hematite finally.Meanwhile,mineral crystals in the product sinter grow perfectly and compactly,and the pores mainly develop into middle or small sized spheres from the irregular big ones,all of which contribute to the higher strength and better reducibility of the product sinter KEY WORDS specularite;granulation:sintering:metallurgical properties:microstructure 收稿日期：201408-25

工程科学学报，第 37 卷，第 8 期: 984--993，2015 年 8 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 37，No． 8: 984--993，August 2015 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2015． 08． 003; http: / /journals． ustb． edu． cn 分流预成型强化制粒改善镜铁矿粉烧结性能 朱德庆，钟 洋，潘 建 中南大学资源加工与生物工程学院，长沙 410083  通信作者，E-mail: dqzhu@ csu． edu． cn 摘 要 针对镜铁矿精粉成球性及可烧性差的特点，采用分流预成型强化制粒工艺对进口镜铁矿精粉制粒及烧结性能开展 研究． 与常规制粒工艺烧结指标相比，采用分流造球强化制粒烧结工艺，焦粉配比从 4. 85% 降至 4. 20% ，利用系数从 1. 44 t· m － 2·h － 1提高至 1. 71 t·m － 2·h － 1，转鼓强度从 57. 60% 提高至 63. 80% ，固体燃耗从 76. 46 kg·t － 1降至 65. 24 kg·t － 1 ; 采用分流辊 压预成型强化制粒烧结工艺，焦粉配加量从 4. 85% 降至4. 70% ，利用系数从 1. 44 t·m － 2·h － 1提高至 1. 64 t·m － 2·h － 1，转鼓强度 及固体燃耗基本不变． 因此，分流预成型强化制粒工艺较常规制粒工艺能显著改善镜铁矿烧结性能． 其作用机理为: 镜铁精 矿经分流预成型后能改善混合料的透气性，降低焦粉配比，提高烧结料层氧位，生成更多的铁酸钙及赤铁矿，所得成品烧结矿 结晶完善，矿物之间胶结紧密，内部气孔由不规则大孔变为总体分布较为均匀且大小适中的规则球形，改善了烧结矿的强度 和还原性． 关键词 镜铁矿; 制粒; 烧结; 冶金性能; 显微结构 分类号 TF046 收稿日期: 2014--08--25 Improving the sintering performance of specularite bearing mixtures by separated pre-agglomeration--sintering processes ZHU De-qing ，ZHONG Yang，PAN Jian School of Minerals Processing and Bioengineering，Central South University，Changsha 410083，China  Corresponding author，E-mail: dqzhu@ csu． edu． cn ABSTＲACT For the characteristics of weak ballability and inferior amenability of specularite concentrates，the granulating and sin￾tering performances of imported specularite were investigated by two kinds of separated pre-agglomeration--sintering processes． Com￾pared with the traditional granulation--sintering process，the separated micropelletizing--granulation--sintering process presents competi￾tive results: decreasing the coke level from 4. 85% to 4. 20% ，improving the productivity from 1. 44 t·m － 2·h － 1 to 1. 71 t·m － 2·h － 1， enhancing the tumble index from 57. 60% to 63. 80% ，and cutting the solid fuel rate from 76. 46 kg·t － 1 to 65. 24 kg·t － 1 ． In the mean￾time，the separated pre-briquetting--granulation--sintering process also shows better results: decreasing the coke dosage from 4. 85% to 4. 70% ，elevating the productivity from 1. 44 t·m － 2·h － 1 to 1. 64 t·m － 2·h － 1，and keeping the tumble index and the solid fuel rate steady． Overall，the separated pre-agglomeration--granulation--sintering process can significantly improve the sintering performance of specularite． The mechanism of action is that the separated pre-agglomeration--granulation--sintering process improves the permeability of the mixture markedly，decreases the coke dosage appropriately，results in a higher oxidation potential in the sintering bed，and pro￾duces more calcium ferrite and hematite finally． Meanwhile，mineral crystals in the product sinter grow perfectly and compactly，and the pores mainly develop into middle or small sized spheres from the irregular big ones，all of which contribute to the higher strength and better reducibility of the product sinter． KEY WOＲDS specularite; granulation; sintering; metallurgical properties; microstructure

朱德庆等：分流预成型强化制粒改善镜铁矿粉烧结性能 985* 随着国际市场上铁品位高、制粒性能好和反应性 理提高其比表面积才能改善镜铁矿的成球，前期投 好的优质铁矿石资源不断减少及价格大幅度上涨，如 资成本较高.小球烧结法(HPS),是传统的烧结工艺 何实现低成本烧结已成为目前钢铁行业应对资源危机 和球团生产工艺的结合，即将粒度较粗的烧结用粉 的重要发展方向之一.结合目前铁矿石资源分布 矿和粒度较细的球团用精矿添加一定数量的熔剂和 情况，烧结技术发展趋势以及巴西镜铁矿铁品位高、储 燃料加水混合，然后将全部混合料造成一定粒度的 量丰富、杂质少和价格较低的优势，大比例配加镜铁矿 小球，小球经外裹焦粉后铺到设有干燥段的带式烧 是降低烧结成本的有效措施之一-).然而，镜铁矿光 结机上，料层经过干燥点火烧结和冷却阶段，最后便 滑的表面及致密的结晶结构使其表面亲水性和成球性 得到新型的小球烧结矿圆.尽管小球烧结法(HPS) 差，既难自身成球，也不易黏附在其他矿物颗粒上，使 在日本FE公司已成功应用，但该工艺复杂，需另设 得该矿的制粒性能差.此外，镜铁矿的高温反应性 干燥段，燃料需内外分加，且烧结成品矿为“葡萄状” 能差，在常规烧结过程中难以形成低熔点化合物，不利 小球聚集体，单球易于从聚集体中脱落s9四，烧结 于烧结矿强度的改善.因此，镜铁矿较差的成球性和 矿成品粒度偏细.为此，本文针对镜铁精矿制粒性能 可烧性制约该矿的大比例配加及推广应用，当前镜铁 差、高温反应性低、常规烧结工艺中难以大量利用等 矿在国内钢铁企业烧结混匀料中的配比一般不超过 困难，开展了分流预成型强化制粒改善镜铁精矿烧 10%.目前，改善镜铁矿烧结性能的措施主要有： 结性能的新工艺研究，即预先将镜铁精矿进行碱度 预处理镜铁矿精粉，改变其表面活性，使之易于成球： 调整并制成小球或长条团块，然后与其他烧结物料 使用添加剂改善制粒，改善反应性差的劣质矿石的可 混合制粒，实现高配比镜铁矿烧结，提高烧结矿产质 烧性；在高褐铁矿配比原料结构条件下，优化配矿结 量，降低能耗，为高炉提供优质炉料，对解决优质铁 构：优化工艺和采用高效制粒装备，强化混合料的制 矿资源短缺和降低烧结成本具有重要的理论意义和 粒，改善烧结料的透气性，从而改变烧结性能，如复合 应用价值. 造块法(CAP)及小球烧结法(HPS)2.a 1原料性能和研究方法 尽管表面改性预处理镜铁精矿或使用添加剂都能 改善制粒效果0，但无疑会增加设备投资及原料成本. 1.1原料性能 在高褐铁矿配比原料结构条件下，优化配矿会大幅度 本实验所采用的含铁原料包括进口镜铁矿精粉 改变原料结构，不利于生产过程的稳定，且在褐铁矿使 BS和粉矿两大类，所用熔剂主要是石灰石、白云石和 用比例较高时，优化配矿的作用将被削弱，刀.复合造 生石灰，烧结用固体燃料为焦粉.各种原料的化学成 块法(CAP),即通过对镜铁矿高压辊磨达到一定比表 分如表1所示，粒度组成如表2所示.从表1可知：进 面积后进行造球，将得到的酸性球团和其他含铁原料、 口镜铁矿BS铁品位高达67.67%，Si0,和Al,0,质量分 熔剂和燃料混匀烧结，可以制备质量优良的复合烧结 数仅分别为2.25%和0.31%，有害杂质含量低，属于 矿圆，但该法需运用高压辊磨技术对镜铁精矿预先处 优质的铁矿造块原料. 表1烧结原料化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of raw materials 号 原料 Fetoal SiOz Cao A203 Mgo P s 烧损 BS 67.67 2.25 0.07 0.31 0.02 0.006 0.017 0.53 铁矿A 66.19 0.99 0.06 0.93 0.04 0.028 0.010 1.67 铁矿B 64.05 4.25 0.45 1.30 0.05 0.030 0.020 1.52 铁矿C 62.41 2.99 0.05 3.67 0.04 0.055 0.010 3.33 铁矿D 62.98 2.99 0.17 1.80 0.10 0.065 0.031 5.25 铁矿E 57.70 5.32 0.18 1.80 0.10 0.040 0.030 9.82 铁矿F 58.01 5.40 0.10 2.31 0.08 0.051 0.027 8.24 铁矿G 62.63 3.78 0.64 2.30 0.11 0.080 0.030 3.49 石灰石 0.78 2.52 54.39 0.51 0.64 0.001 0.001 39.88 白云石 0.56 0.75 33.50 0.17 22.29 0.009 0.007 44.28 生石灰 0.26 1.58 76.21 0.00 0.66 0.011 0.159 18.54 焦粉 1.65 6.02 0.35 4.55 0.08 0.012 0.096 86.87 返矿 56.78 5.08 9.68 1.43 2.03 0.010 0.010 0.00

朱德庆等: 分流预成型强化制粒改善镜铁矿粉烧结性能 随着国际市场上铁品位高、制粒性能好和反应性 好的优质铁矿石资源不断减少及价格大幅度上涨，如 何实现低成本烧结已成为目前钢铁行业应对资源危机 的重要发展方向之一［1--2］． 结合目前铁矿石资源分布 情况，烧结技术发展趋势以及巴西镜铁矿铁品位高、储 量丰富、杂质少和价格较低的优势，大比例配加镜铁矿 是降低烧结成本的有效措施之一［2--3］． 然而，镜铁矿光 滑的表面及致密的结晶结构使其表面亲水性和成球性 差，既难自身成球，也不易黏附在其他矿物颗粒上，使 得该矿的制粒性能差［3--4］． 此外，镜铁矿的高温反应性 能差，在常规烧结过程中难以形成低熔点化合物，不利 于烧结矿强度的改善． 因此，镜铁矿较差的成球性和 可烧性制约该矿的大比例配加及推广应用，当前镜铁 矿在国内钢铁企业烧结混匀料中的配比一般不超过 10%［2，5］． 目前，改善镜铁矿烧结性能的措施主要有: 预处理镜铁矿精粉，改变其表面活性，使之易于成球; 使用添加剂改善制粒，改善反应性差的劣质矿石的可 烧性; 在高褐铁矿配比原料结构条件下，优化配矿结 构; 优化工艺和采用高效制粒装备，强化混合料的制 粒，改善烧结料的透气性，从而改变烧结性能，如复合 造块法( CAP) 及小球烧结法( HPS) ［1--2，6］． 尽管表面改性预处理镜铁精矿或使用添加剂都能 改善制粒效果［1］，但无疑会增加设备投资及原料成本． 在高褐铁矿配比原料结构条件下，优化配矿会大幅度 改变原料结构，不利于生产过程的稳定，且在褐铁矿使 用比例较高时，优化配矿的作用将被削弱［3，7］． 复合造 块法( CAP) ，即通过对镜铁矿高压辊磨达到一定比表 面积后进行造球，将得到的酸性球团和其他含铁原料、 熔剂和燃料混匀烧结，可以制备质量优良的复合烧结 矿［6］，但该法需运用高压辊磨技术对镜铁精矿预先处 理提高其比表面积才能改善镜铁矿的成球，前期投 资成本较高． 小球烧结法( HPS) ，是传统的烧结工艺 和球团生产工艺的结合，即将粒度较粗的烧结用粉 矿和粒度较细的球团用精矿添加一定数量的熔剂和 燃料加水混合，然后将全部混合料造成一定粒度的 小球，小球经外裹焦粉后铺到设有干燥段的带式烧 结机上，料层经过干燥点火烧结和冷却阶段，最后便 得到新型的小球烧结矿［8］． 尽管小球烧结法( HPS) 在日本 JFE 公司已成功应用，但该工艺复杂，需另设 干燥段，燃料需内外分加，且烧结成品矿为“葡萄状” 小球聚集体，单 球 易 于 从 聚 集 体 中 脱 落［6，9--10］，烧结 矿成品粒度偏细． 为此，本文针对镜铁精矿制粒性能 差、高温反应性低、常规烧结工艺中难以大量利用等 困难，开展了分流预成型强化制粒改善镜铁精矿烧 结性能的新工艺研究，即预先将镜铁精矿进行碱度 调整并制成小球或长条团块，然后与其他烧结物料 混合制粒，实现高配比镜铁矿烧结，提高烧结矿产质 量，降低能耗，为高炉提供优质炉料，对解决优质铁 矿资源短缺和降低烧结成本具有重要的理论意义和 应用价值． 1 原料性能和研究方法 1. 1 原料性能 本实验所采用的含铁原料包括进口镜铁矿精粉 BS 和粉矿两大类，所用熔剂主要是石灰石、白云石和 生石灰，烧结用固体燃料为焦粉． 各种原料的化学成 分如表 1 所示，粒度组成如表 2 所示． 从表 1 可知: 进 口镜铁矿 BS 铁品位高达 67. 67% ，SiO2和 Al2O3质量分 数仅分别为 2. 25% 和 0. 31% ，有害杂质含量低，属于 优质的铁矿造块原料． 表 1 烧结原料化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of raw materials % 原料 Fetotal SiO2 CaO Al2O3 MgO P S 烧损 BS 67. 67 2. 25 0. 07 0. 31 0. 02 0. 006 0. 017 0. 53 铁矿 A 66. 19 0. 99 0. 06 0. 93 0. 04 0. 028 0. 010 1. 67 铁矿 B 64. 05 4. 25 0. 45 1. 30 0. 05 0. 030 0. 020 1. 52 铁矿 C 62. 41 2. 99 0. 05 3. 67 0. 04 0. 055 0. 010 3. 33 铁矿 D 62. 98 2. 99 0. 17 1. 80 0. 10 0. 065 0. 031 5. 25 铁矿 E 57. 70 5. 32 0. 18 1. 80 0. 10 0. 040 0. 030 9. 82 铁矿 F 58. 01 5. 40 0. 10 2. 31 0. 08 0. 051 0. 027 8. 24 铁矿 G 62. 63 3. 78 0. 64 2. 30 0. 11 0. 080 0. 030 3. 49 石灰石 0. 78 2. 52 54. 39 0. 51 0. 64 0. 001 0. 001 39. 88 白云石 0. 56 0. 75 33. 50 0. 17 22. 29 0. 009 0. 007 44. 28 生石灰 0. 26 1. 58 76. 21 0. 00 0. 66 0. 011 0. 159 18. 54 焦粉 1. 65 6. 02 0. 35 4. 55 0. 08 0. 012 0. 096 86. 87 返矿 56. 78 5. 08 9. 68 1. 43 2. 03 0. 010 0. 010 0. 00 · 589 ·

·986· 工程科学学报，第37卷，第8期 表2原料粒度组成（质量分数） Table 2 Size distributions of raw materials 号 原料 >8mm 5~8mm 3-5mm 1~3mm 0.5~1mm <0.5mm 平均粒径/mm 铁矿A 6.42 17.69 18.56 26.75 9.92 20.66 3.12 铁矿B 11.01 17.76 24.90 24.32 6.70 15.30 3.65 铁矿C 8.65 20.47 28.74 32.68 5.98 3.49 3.89 铁矿D 5.80 17.96 15.65 21.82 9.76 29.01 2.91 铁矿E 13.11 30.98 23.94 22.53 4.49 4.96 4.53 铁矿F 7.89 16.59 19.81 26.79 10.57 18.36 3.20 铁矿G 3.34 13.78 16.95 25.79 11.74 28.40 2.59 石灰石 0.38 0.16 29.06 28.81 14.43 27.16 2.02 白云石 0.00 0.11 28.12 29.05 17.48 25.24 1.97 生石灰 0.00 11.90 12.10 28.20 29.70 18.10 2.13 焦粉 0.00 1.51 12.59 33.64 23.04 29.21 1.79 返矿 0.00 0.00 50.22 27.13 17.61 5.04 2.71 进口镜铁矿精粉BS的粒度较细，小于0.075mm 矿粒度较细且均匀，颗粒表面光滑，结构致密，故其成 的质量分数高达95.88%，小于0.044mm的质量分数 球性能受到影响，因而当烧结混合料中加入一定比例 高达86.54%，但测得其静态成球性指数仅为0.28，只 的镜铁矿会导致制粒性能恶化，烧结混合料的透气性 具有弱成球性，表明难以制粒.图1为镜铁矿BS在扫 下降，从而影响烧结产质量指标 描电镜下的微观颗粒形貌图.从图1可观察到该镜铁 图1镜铁矿BS颗粒的微观形貌 Fig.1 Morphology of BS specularite particles under SEM 1.2研究方法 工混匀后，与预制粒团块在圆筒混合机中混合并完成 本研究通过对比常规烧结实验和分流制粒烧结实 混合料制粒，将制粒后的混合料布料于实验室烧结杯 验对巴西镜铁矿配矿烧结性能的影响，分析分流预成 中，再经点火、烧结、冷却及烧结饼破碎，落下和筛分检 型强化制粒改善巴西镜铁矿烧结的影响机制.常规烧 测，烧结矿成品进行矿相及治金性能分析检测 结实验流程主要包括混匀、配料、制粒、烧结、成品检测 分流预成型实验分别在高压辊压成型机或圆盘造 等环节，与铁矿粉常规烧结工艺的实验流程相同.分 球机中进行.圆盘造球机的直径为1000mm,转速 流预成型强化制粒烧结实验分为分流辊压预成型强化 26r·min,边高200mm,倾角47°.高压辊压成型机辊 制粒烧结和分流造球预成型强化制粒烧结两种工艺 轮的直径为200mm,宽度为120mm,辊轮上刻有直径 (见图2)，即将含铁原料分为两个系列：高品位镜铁精 为10mm的半圆弧凹槽且同一个辊轮上相邻半圆弧凹 矿BS配加生石灰等熔剂进行碱度调整后采用高压辊 槽的间距为5mm,辊轮转速及辊间压力可调.采用圆 压成型机或圆盘造球机对其进行预先成型，制成 盘造球机成型时，用5mm和8mm的圆孔筛对生球进 中10×(20~30)mm的团块或5~8mm的小球：其他粉 行筛分，将生球粒度控制在5~8mm.采用高压辊压成 矿、剩余石灰石、白云石、生灰石等熔剂，燃料和返矿人 型机成型时，用10mm的方孔筛对成型后的物料进行

工程科学学报，第 37 卷，第 8 期 表 2 原料粒度组成( 质量分数) Table 2 Size distributions of raw materials % 原料 ＞ 8 mm 5 ～ 8 mm 3 ～ 5 mm 1 ～ 3 mm 0. 5 ～ 1 mm ＜ 0. 5 mm 平均粒径/mm 铁矿 A 6. 42 17. 69 18. 56 26. 75 9. 92 20. 66 3. 12 铁矿 B 11. 01 17. 76 24. 90 24. 32 6. 70 15. 30 3. 65 铁矿 C 8. 65 20. 47 28. 74 32. 68 5. 98 3. 49 3. 89 铁矿 D 5. 80 17. 96 15. 65 21. 82 9. 76 29. 01 2. 91 铁矿 E 13. 11 30. 98 23. 94 22. 53 4. 49 4. 96 4. 53 铁矿 F 7. 89 16. 59 19. 81 26. 79 10. 57 18. 36 3. 20 铁矿 G 3. 34 13. 78 16. 95 25. 79 11. 74 28. 40 2. 59 石灰石 0. 38 0. 16 29. 06 28. 81 14. 43 27. 16 2. 02 白云石 0. 00 0. 11 28. 12 29. 05 17. 48 25. 24 1. 97 生石灰 0. 00 11. 90 12. 10 28. 20 29. 70 18. 10 2. 13 焦粉 0. 00 1. 51 12. 59 33. 64 23. 04 29. 21 1. 79 返矿 0. 00 0. 00 50. 22 27. 13 17. 61 5. 04 2. 71 进口镜铁矿精粉 BS 的粒度较细，小于 0. 075 mm 的质量分数高达 95. 88% ，小于 0. 044 mm 的质量分数 高达 86. 54% ，但测得其静态成球性指数仅为 0. 28，只 具有弱成球性，表明难以制粒． 图 1 为镜铁矿 BS 在扫 描电镜下的微观颗粒形貌图． 从图 1 可观察到该镜铁 矿粒度较细且均匀，颗粒表面光滑，结构致密，故其成 球性能受到影响，因而当烧结混合料中加入一定比例 的镜铁矿会导致制粒性能恶化，烧结混合料的透气性 下降，从而影响烧结产质量指标． 图 1 镜铁矿 BS 颗粒的微观形貌 Fig． 1 Morphology of BS specularite particles under SEM 1. 2 研究方法 本研究通过对比常规烧结实验和分流制粒烧结实 验对巴西镜铁矿配矿烧结性能的影响，分析分流预成 型强化制粒改善巴西镜铁矿烧结的影响机制． 常规烧 结实验流程主要包括混匀、配料、制粒、烧结、成品检测 等环节，与铁矿粉常规烧结工艺的实验流程相同． 分 流预成型强化制粒烧结实验分为分流辊压预成型强化 制粒烧结和分流造球预成型强化制粒烧结两种工艺 ( 见图 2) ，即将含铁原料分为两个系列: 高品位镜铁精 矿 BS 配加生石灰等熔剂进行碱度调整后采用高压辊 压成型 机 或 圆 盘 造 球 机 对 其 进 行 预 先 成 型，制 成 10 × ( 20 ～ 30) mm 的团块或 5 ～ 8 mm 的小球; 其他粉 矿、剩余石灰石、白云石、生灰石等熔剂，燃料和返矿人 工混匀后，与预制粒团块在圆筒混合机中混合并完成 混合料制粒，将制粒后的混合料布料于实验室烧结杯 中，再经点火、烧结、冷却及烧结饼破碎，落下和筛分检 测，烧结矿成品进行矿相及冶金性能分析检测． 分流预成型实验分别在高压辊压成型机或圆盘造 球机中 进 行． 圆 盘 造 球 机 的 直 径 为 1000 mm，转 速 26 r·min － 1，边高 200 mm，倾角 47°． 高压辊压成型机辊 轮的直径为 200 mm，宽度为 120 mm，辊轮上刻有直径 为 10 mm 的半圆弧凹槽且同一个辊轮上相邻半圆弧凹 槽的间距为 5 mm，辊轮转速及辊间压力可调． 采用圆 盘造球机成型时，用 5 mm 和 8 mm 的圆孔筛对生球进 行筛分，将生球粒度控制在 5 ～ 8 mm． 采用高压辊压成 型机成型时，用 10 mm 的方孔筛对成型后的物料进行 · 689 ·

朱德庆等：分流预成型强化制粒改善镜铁矿粉烧结性能 987 BS熔剂 BS、熔剂 矿粉、熔剂、焦粉 圆简制粒机一次) 高压银压成型机 圆盘造球机 圆简制粒机二次) 烧结 图2两种分流预成型强化制粒的工艺流程 Fig.2 Two kinds of separated granulation sintering processes 筛分，筛下粉末返回至高压辊压成型机内进行二次成 烧结负压I2kPa.到达烧结终点时，抽风负压调至 型，筛上团块即为预成型产品，其自然长度为20~ 5kPa,冷却5min后卸料，烧结饼经单齿辊破碎机破 30mm. 碎，然后从2m高度连续落下三次，经筛分分级， 采用圆筒混合机进行混合制粒.圆筒混合机主要 +5mm部分为成品矿，-5mm部分为返矿 技术参数为：b600mm×1400mm,转速20r·min.烧 烧结配料采用质量配料法，按烧结矿Fetotal质量 结实验采用中185mm×700mm烧结杯，使用1kg粒度 分数56.5%~58.5%，Si02质量分数为5.0%，Mg0质 为10~16mm成品烧结矿作铺底料，铺底料高度为 量分数2.0%，总碱度(R=Ca0/Si02)为1.90，镜铁矿 30mm,料层高度700mm.天然气点火，点火时间为 质量为含铁原料的30%，返矿外配35%的目标成分进 1.5min,点火温度为(1100±50)℃，点火负压为6kPa, 行配料.混合料的配矿方案如表3所示. 表3烧结料配矿方案（质量分数） Table 3 Composition of the sintering blend 号 BS 铁矿A 铁矿B 铁矿C 铁矿D 铁矿E 铁矿F 铁矿G 合计 30 10 10 10 个 15 10 8 100 烧结评价指标包括料层透气性指数、成品率、利用 有利于强化后续的烧结混合料制粒 系数、转鼓强度、固体燃耗及返矿平衡系数，其计算方 2.1分流预成型强化制粒工艺对制粒效果的影响 法如文献]所示.成品烧结矿按S03271一1995标 混合料水分对不同制粒工艺下制粒效果的影响如 准检测转鼓强度，取样用于化学分析，按照GBl3242一 图4所示.由图4可见，分流预成型强化制粒工艺能 91和GBI324191标准测定还原度(RI)和低温还原 显著提高混合料的透气性指数，且采用分流辊压预成 粉化率(RDI,as)等治金性能.此外，BS镜铁精矿的 型强化制粒工艺能明显改善混合料的透气性指数及粒 成球性指数K通过试样的最大分子水和最大毛细水 度.此外，随着混合料水分的升高，混合料的透气性指 求得，最大分子水采用压滤法测量，最大毛细水采用容 数和平均粒度提高.在混合料水分为8.5%时，分流辊 量法测量，其计算方法如文献1]所示. 压预成型制粒工艺能使混合料的透气性指数从常规制 粒工艺的0.121提高至0.146，分流造球预成型制粒工 2结果与讨论 艺能使混合料的透气性指数从常规制粒工艺的0.121 在配矿方案相同的条件下，在如下实验条件下进 提高至0.136：在混合料水分大于8.5%时，由于过剩 行镜铁精矿分流制粒：采用辊压成型分流制粒时，镜铁 的水填满小球粒之间的孔隙，小球粒将会发生变形和 精矿的水分（已扣除生石灰消化水）为11.0%，辊压压 兼并，料层孔隙率下降，透气性恶化，使得混合料的 力为285.83N·mm,辊轮转速为40r"minl;采用造 平均粒度及大于3mm含量持续上升，而料层透气性指 球成型分流制粒时，镜铁精矿造球的水分（已扣除生 数逐渐趋于平稳，不再升高 石灰消化水)为8.0%，造球时间为6min.在上述工艺 2.2分流预成型强化制粒工艺对烧结性能的影响 条件下，两种分流制粒工艺所得的镜铁精矿分流制粒2.2.1焦粉配比 产品如图3所示.可见，镜铁精矿经分流预成型制粒 焦粉配比对不同制粒工艺下烧结指标的影响如 后，自身已经成为一定粒度的粗颗粒，而且粒度均匀， 图5所示.分流预成型强化制粒工艺下的烧结指标整

朱德庆等: 分流预成型强化制粒改善镜铁矿粉烧结性能 图 2 两种分流预成型强化制粒的工艺流程 Fig． 2 Two kinds of separated granulation sintering processes 筛分，筛下粉末返回至高压辊压成型机内进行二次成 型，筛上 团 块 即 为 预 成 型 产 品，其 自 然 长 度 为20 ～ 30 mm． 采用圆筒混合机进行混合制粒． 圆筒混合机主要 技术参数为: 600 mm × 1400 mm，转速 20 r·min － 1 ． 烧 结实验采用 185 mm × 700 mm 烧结杯，使用 1 kg 粒度 为 10 ～ 16 mm 成品烧结矿作铺底料，铺底料高度为 30 mm，料层高 度 700 mm． 天 然 气 点 火，点 火 时 间 为 1. 5 min，点火温度为( 1100 ± 50) ℃，点火负压为 6 kPa， 烧结 负 压 12 kPa． 到 达 烧 结 终 点 时，抽 风 负 压 调 至 5 kPa，冷却 5 min 后卸料，烧结饼经单齿辊破碎机破 碎，然 后 从 2 m 高 度 连 续 落 下 三 次，经 筛 分 分 级， + 5 mm部分为成品矿，－ 5 mm 部分为返矿． 烧结配料采用质量配料法，按烧结矿 Fetotal 质量 分数 56. 5% ～ 58. 5% ，SiO2质量分数为 5. 0% ，MgO 质 量分数 2. 0% ，总碱度( Ｒ = CaO / SiO2 ) 为 1. 90，镜铁矿 质量为含铁原料的 30% ，返矿外配 35% 的目标成分进 行配料． 混合料的配矿方案如表 3 所示． 表 3 烧结料配矿方案( 质量分数) Table 3 Composition of the sintering blend % BS 铁矿 A 铁矿 B 铁矿 C 铁矿 D 铁矿 E 铁矿 F 铁矿 G 合计 30 10 10 10 7 15 10 8 100 烧结评价指标包括料层透气性指数、成品率、利用 系数、转鼓强度、固体燃耗及返矿平衡系数，其计算方 法如文献［1］所示． 成品烧结矿按 ISO3271—1995 标 准检测转鼓强度，取样用于化学分析，按照 GBl3242— 91 和 GBl3241—91 标准测定还原度( ＲI) 和低温还原 粉化率( ＲDI + 3. 15 mm ) 等冶金性能． 此外，BS 镜铁精矿的 成球性指数 K 通过试样的最大分子水和最大毛细水 求得，最大分子水采用压滤法测量，最大毛细水采用容 量法测量，其计算方法如文献［11］所示． 2 结果与讨论 在配矿方案相同的条件下，在如下实验条件下进 行镜铁精矿分流制粒: 采用辊压成型分流制粒时，镜铁 精矿的水分( 已扣除生石灰消化水) 为 11. 0% ，辊压压 力为 285. 83 N·mm － 1，辊轮转速为 40 r·min － 1 ; 采用造 球成型分流制粒时，镜铁精矿造球的水分( 已扣除生 石灰消化水) 为 8. 0% ，造球时间为 6 min． 在上述工艺 条件下，两种分流制粒工艺所得的镜铁精矿分流制粒 产品如图 3 所示． 可见，镜铁精矿经分流预成型制粒 后，自身已经成为一定粒度的粗颗粒，而且粒度均匀， 有利于强化后续的烧结混合料制粒． 2. 1 分流预成型强化制粒工艺对制粒效果的影响 混合料水分对不同制粒工艺下制粒效果的影响如 图 4 所示． 由图 4 可见，分流预成型强化制粒工艺能 显著提高混合料的透气性指数，且采用分流辊压预成 型强化制粒工艺能明显改善混合料的透气性指数及粒 度． 此外，随着混合料水分的升高，混合料的透气性指 数和平均粒度提高． 在混合料水分为 8. 5% 时，分流辊 压预成型制粒工艺能使混合料的透气性指数从常规制 粒工艺的 0. 121 提高至 0. 146，分流造球预成型制粒工 艺能使混合料的透气性指数从常规制粒工艺的 0. 121 提高至 0. 136; 在混合料水分大于 8. 5% 时，由于过剩 的水填满小球粒之间的孔隙，小球粒将会发生变形和 兼并，料层孔隙率下降，透气性恶化［12］，使得混合料的 平均粒度及大于 3 mm 含量持续上升，而料层透气性指 数逐渐趋于平稳，不再升高． 2. 2 分流预成型强化制粒工艺对烧结性能的影响 2. 2. 1 焦粉配比 焦粉配比对不同制粒工艺下烧结指标的影响如 图 5 所示． 分流预成型强化制粒工艺下的烧结指标整 · 789 ·

·988· 工程科学学报，第37卷，第8期 图3镜铁精矿BS经两种分流预成型工艺所得的产品.()辊压预成型：(b)造球预成型 Fig.3 Products by two kinds of separated granulation processes:(a)briquetting:(b)micropelletizing 0.15 (a) b 0.14 90 0.13 80 0.12 70 0.11 0.10 60 0.09 0.08 75 8.0859.0 9.5 7.5 8.08.59.0 9.5 混合料中水分的质量分数% 混合料中水分的质量分数% 1一常规制粒，2一分流辊压成型-制粒，3一分流造球-制粒：BS精矿碱度1.64，混合料总碱度1.90，混合制粒3mi 图4混合料水分对不同制粒工艺下制粒的透气性指数()和+3mm颗粒的质量分数(b)的影响 Fig.4 Effect of moisture content on the permeability index (a)and the mass fraction of +3mm mixture (b)by using different granulating processes 体优于常规制粒工艺下的烧结指标，且采用分流造球 综合考虑烧结主要指标，以上三种制粒工艺下的 预成型强化制粒工艺时烧结指标最佳.随着焦粉配加 烧结适宜焦粉配比及在该配比下各自的烧结指标如表 量的提高，不同制粒工艺下烧结矿产量和强度都会升 4所示. 高.对于常规制粒烧结工艺，在焦粉配入的质量分数 2.2.2混合料水分 为5.00%时，烧结矿强度达到最大，为58.40%，此时 在表4确定的合适焦粉配加比例下，混合料水分 利用系数为1.38t·m2h1,成品率为74.89%，固体 对不同制粒工艺下烧结指标的影响如图6及图7所 燃耗为75.80kg1:对于分流辊压预成型制粒烧结工 示.由图6()、(d)及图7可知，随着烧结混合料水分 艺，在焦粉配入的质量分数为4.70%时，烧结矿强度 的增大，由于烧结混合料的制粒效果改善，料层透气性 达到最大，为57.93%，此时利用系数为1.64tm2. 增强，水分所起到的导热作用更加明显，垂直烧结速度 h1,成品率为71.47%，固体燃耗为76.97kg11:对于 提高，烧结矿成品率略有增大，烧结利用系数得到提 分流造球预成型制粒烧结工艺，在焦粉配入的质量分 高.在混合料水分为8.5%时，三种制粒工艺下的垂直 数为4.50%时，烧结矿强度达到最大，为64.00%，此 烧结速度达到最大且分别为29.07mm·min(常规制 时利用系数为1.55tm2.h‘,成品率为73.99%，固 粒工艺)、35.04mm·min(分流辊压预成型制粒工 体燃耗为67.84kg1.此外，随着三种工艺下的焦粉 艺)和33.52mm·min'(分流造球预成型制粒工艺). 配加量分别从5.00%、4.70%及4.50%进一步提高， 当混合料水分大于8.5%时，三种制粒方式下的烧结 烧结矿的高温保持时间过长，燃烧带过宽，烧结过程透 矿产质量明显开始下降。这是由于从干燥带下来的废 气性恶化，烧结料层氧位下降，还原气氛增强，高价铁 气在物料表面冷凝，料层下部的物料超过其原始水分， 氧化物被还原为FO,烧结矿逐渐发展成为大孔薄壁 形成所谓“过湿带”，破坏了原始烧结料的料层结构， 结构，从而导致烧结矿的强度趋于下降 造成料层阻力增大，烧结过程进行缓慢，从而引起烧结

工程科学学报，第 37 卷，第 8 期 图 3 镜铁精矿 BS 经两种分流预成型工艺所得的产品． ( a) 辊压预成型; ( b) 造球预成型 Fig． 3 Products by two kinds of separated granulation processes: ( a) briquetting; ( b) micropelletizing 1—常规制粒，2—分流辊压成型--制粒，3—分流造球--制粒; BS 精矿碱度 1. 64，混合料总碱度 1. 90，混合制粒 3 min 图 4 混合料水分对不同制粒工艺下制粒的透气性指数( a) 和 + 3 mm 颗粒的质量分数( b) 的影响 Fig． 4 Effect of moisture content on the permeability index ( a) and the mass fraction of + 3 mm mixture ( b) by using different granulating processes 体优于常规制粒工艺下的烧结指标，且采用分流造球 预成型强化制粒工艺时烧结指标最佳． 随着焦粉配加 量的提高，不同制粒工艺下烧结矿产量和强度都会升 高． 对于常规制粒烧结工艺，在焦粉配入的质量分数 为 5. 00% 时，烧结矿强度达到最大，为 58. 40% ，此时 利用系数为 1. 38 t·m － 2·h － 1，成品率为 74. 89% ，固体 燃耗为 75. 80 kg·t － 1 ; 对于分流辊压预成型制粒烧结工 艺，在焦粉配入的质量分数为 4. 70% 时，烧结矿强度 达到最大，为 57. 93% ，此时利用系数为 1. 64 t·m － 2· h － 1，成品率为 71. 47% ，固体燃耗为 76. 97 kg·t － 1 ; 对于 分流造球预成型制粒烧结工艺，在焦粉配入的质量分 数为 4. 50% 时，烧结矿强度达到最大，为 64. 00% ，此 时利用系数为 1. 55 t·m － 2·h － 1，成品率为 73. 99% ，固 体燃耗为 67. 84 kg·t － 1 ． 此外，随着三种工艺下的焦粉 配加量分别从 5. 00% 、4. 70% 及 4. 50% 进一步提高， 烧结矿的高温保持时间过长，燃烧带过宽，烧结过程透 气性恶化，烧结料层氧位下降，还原气氛增强，高价铁 氧化物被还原为 FeO，烧结矿逐渐发展成为大孔薄壁 结构，从而导致烧结矿的强度趋于下降［13--14］． 综合考虑烧结主要指标，以上三种制粒工艺下的 烧结适宜焦粉配比及在该配比下各自的烧结指标如表 4 所示． 2. 2. 2 混合料水分 在表 4 确定的合适焦粉配加比例下，混合料水分 对不同制粒工艺下烧结指标的影响如图 6 及图 7 所 示． 由图 6( c) 、( d) 及图 7 可知，随着烧结混合料水分 的增大，由于烧结混合料的制粒效果改善，料层透气性 增强，水分所起到的导热作用更加明显，垂直烧结速度 提高，烧结矿成品率略有增大，烧结利用系数得到提 高． 在混合料水分为 8. 5% 时，三种制粒工艺下的垂直 烧结速度达到最大且分别为 29. 07 mm·min － 1 ( 常规制 粒工艺) 、35. 04 mm·min － 1 ( 分流辊压预成 型 制 粒 工 艺) 和 33. 52 mm·min － 1 ( 分流造球预成型制粒工艺) ． 当混合料水分大于 8. 5% 时，三种制粒方式下的烧结 矿产质量明显开始下降． 这是由于从干燥带下来的废 气在物料表面冷凝，料层下部的物料超过其原始水分， 形成所谓“过湿带”，破坏了原始烧结料的料层结构， 造成料层阻力增大，烧结过程进行缓慢，从而引起烧结 · 889 ·