含锌铅粉尘金属化球团的固结机理

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1996.05.003 第18卷第5期 北京科技大学学报 Vo1.18No.5 1996年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.1996 含锌铅粉尘金属化球团的固结机理 王东彦 陈伟庆周荣章 林宗彩 北京科技大学冶金系，北京100083 摘要对含锌铅钢铁厂粉尘配碳球团，经还原培烧后得到的高炉用金属化球团的固结机理进行了 研究.结果表明：金属化球团的强度由金属铁相的数量和形态以及球团内孔隙的大小共同决定 球团孔隙的大小取决于脉石所形成的渣相的流动性和渣对孔隙的充填状态；铁相的数量及形态 则取决于球团的还原程度. 关键词金属化球团，含锌铅粉尘，固结机理 中图分类号TF046.6,TF01 我国南方铁矿石中普遍含有一定量的锌铅，在高炉冶炼过程中富集到粉尘中，这种粉 尘一方面严重污染环境，另一方面又是一种二次冶金资源.将含锌铅的钢铁厂粉尘制成含 碳球团，经直接还原制取富锌粉尘和高炉用金属化球团是处理钢铁厂含锌铅粉尘的重要方 法，由于高炉用金属化球团对抗压强度的要求较高，而该类球团的固结机理尚不完全清楚， 因此，本文对该种球团的固结机理和抗压强度的影响因素进行了研究， 1实验方法 1.1造球和球团还原 以广西柳州钢「含锌铅的高炉粉尘和转炉粉尘为原料，配加部分焦碳粉和添加剂，混 均、加水、闷料后，在直径650mm的圆盘造球机上，造出碱度为0.5,0.7,0.9,1.1、直径为 10~12mm的生球.生球在105℃的烘箱中烘干后待用.得到的4种碱度的生球团成分如 表1所示. 表1生球团化学成分（质量分数） % 碱度 TFe FeO Zn Pb CaO Mgo SiO2 A203 0.5 8.94 31.56 27 4.92 2.74 3.16 7.38 19.4 3.01 0.7 9.38 32.91 28.16 5.13 2.85 3.3 7.1 15.18 4.47 0.9 9.69 34.1 29.18 5.31 2.96 3.42 7.36 12.08 4.62 1.1 9.92 34.95 29.90 5.45 3.03 3.50 7.54 9.91 4.75 烘干的球团在碳管炉内还原，炉内通氨气保护.每次实验取15个干球团放入带孔刚玉 1995-03-25收稿 第一作者男34岁博士

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 。 含锌铅粉尘金属 化球 团 的 固结机理 王 东彦 陈伟庆 周 荣章 林 宗彩 北京 科技 大学 冶金 系 北京 摘要 对含 锌铅钢铁厂粉尘 配碳球 团 ， 经还原焙烧后得到 的高炉用金属化球 团 的 固结机理进行 了 研究 结果 表 明 金 属化球 团 的强 度 由金 属 铁相 的数量 和 形 态 以 及 球 团 内孔 隙的大小 共 同决定 球 团孔 隙的大小取决于 脉 石所 形成 的渣相 的流动性 和 渣 对孔 隙的充填状态 铁相 的数量及 形态 则取 决于 球 团 的还 原程度 关键词 金 属 化球 团 ， 含 锌铅粉尘 ， 固结机理 中图分类号 石 ， 我 国 南 方 铁 矿 石 中普遍 含 有 一 定 量 的锌 铅 ， 在 高 炉 冶 炼 过 程 中富集 到 粉 尘 中 这 种 粉 尘 一 方 面 严 重 污 染 环 境 ， 另 一方 面 又 是 一种 二 次冶 金 资源 将 含 锌 铅 的钢 铁厂 粉尘 制 成含 碳 球 团 ， 经 直 接 还 原 制 取 富 锌 粉 尘 和 高 炉 用 金 属化 球 团 是 处理 钢 铁 厂 含 锌铅 粉尘 的重 要 方 法 由于 高炉 用金 属 化 球 团对抗 压 强度 的要 求 较 高 ， 而 该类 球 团 的 固结机理 尚不 完全 清楚 ， 因此 ， 本 文 对该种球 团 的 固结机理 和抗 压 强 度 的影 响 因素进 行 了研 究 实验方法 造球和 球团还 原 以 广 西 柳 州 钢 厂 含 锌 铅 的 高 炉 粉 尘 和 转 炉 粉 尘 为 原 料 ， 配 加 部 分 焦 碳 粉 和 添 加 剂 ， 混 均 、 加 水 、 闷料 后 ， 在 直径 的 圆盘造 球机 上 ， 造 出碱度 为 ， ， ， 、 直 径 为 一 的 生 球 生 球 在 ℃ 的烘 箱 中烘 干 后 待 用 得 到 的 种 碱 度 的 生 球 团成 分 如 表 所 示 表 生球 团化学成分 质量分数 碱度 ︸曰﹃，、 … 烘 干 的球 团在 碳 管 炉 内还 原 ， 炉 内通 氮 气保 护 每 次 实验 取 巧 个 干 球 团放人 带孔 刚玉 一 一 收稿 第一 作 者 男 岁 博 士 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1996．05．003

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 。 含锌铅粉尘金属 化球 团 的 固结机理 王 东彦 陈伟庆 周 荣章 林 宗彩 北京 科技 大学 冶金 系 北京 摘要 对含 锌铅钢铁厂粉尘 配碳球 团 ， 经还原焙烧后得到 的高炉用金属化球 团 的 固结机理进行 了 研究 结果 表 明 金 属化球 团 的强 度 由金 属 铁相 的数量 和 形 态 以 及 球 团 内孔 隙的大小 共 同决定 球 团孔 隙的大小取决于 脉 石所 形成 的渣相 的流动性 和 渣 对孔 隙的充填状态 铁相 的数量及 形态 则取 决于 球 团 的还 原程度 关键词 金 属 化球 团 ， 含 锌铅粉尘 ， 固结机理 中图分类号 石 ， 我 国 南 方 铁 矿 石 中普遍 含 有 一 定 量 的锌 铅 ， 在 高 炉 冶 炼 过 程 中富集 到 粉 尘 中 这 种 粉 尘 一 方 面 严 重 污 染 环 境 ， 另 一方 面 又 是 一种 二 次冶 金 资源 将 含 锌 铅 的钢 铁厂 粉尘 制 成含 碳 球 团 ， 经 直 接 还 原 制 取 富 锌 粉 尘 和 高 炉 用 金 属化 球 团 是 处理 钢 铁 厂 含 锌铅 粉尘 的重 要 方 法 由于 高炉 用金 属 化 球 团对抗 压 强度 的要 求 较 高 ， 而 该类 球 团 的 固结机理 尚不 完全 清楚 ， 因此 ， 本 文 对该种球 团 的 固结机理 和抗 压 强 度 的影 响 因素进 行 了研 究 实验方法 造球和 球团还 原 以 广 西 柳 州 钢 厂 含 锌 铅 的 高 炉 粉 尘 和 转 炉 粉 尘 为 原 料 ， 配 加 部 分 焦 碳 粉 和 添 加 剂 ， 混 均 、 加 水 、 闷料 后 ， 在 直径 的 圆盘造 球机 上 ， 造 出碱度 为 ， ， ， 、 直 径 为 一 的 生 球 生 球 在 ℃ 的烘 箱 中烘 干 后 待 用 得 到 的 种 碱 度 的 生 球 团成 分 如 表 所 示 表 生球 团化学成分 质量分数 碱度 ︸曰﹃，、 … 烘 干 的球 团在 碳 管 炉 内还 原 ， 炉 内通 氮 气保 护 每 次 实验 取 巧 个 干 球 团放人 带孔 刚玉 一 一 收稿 第一 作 者 男 岁 博 士

·412· 北京科技大学学报 1996年No.5 金属铁相的数量随碱度增加而增大，说明碱度增加可以使球团还原性变好，这可由显微 镜观察和图1中金属铁含量随碱度变化的结果看出.这与碱度对球团还原性影响的一般结 论相同山球团孔隙的大小和多少可认为取决于脉石相的熔化温度.因此，球团碱度与球团 孔隙度的关系可归结于球团碱度与脉石相熔化温度的关系 (2)球团碱度与渣相熔化温度的关系 由表1的生球团成分可知：球团中可能参与成渣的成分有SiO2,Al,O,CaO,Mg0和氧 化铁.熟球团X射线衍射分析表明，球团中含铁物相主要是ca-Fe和少量Fe,O,未发现铁 橄榄石相.因此可认为，球团中的绝大部分金属铁是由氧化铁直接还原得到，从对球团还 原过程的岩相样中，观察到较多浮氏体相的结果也说明了这一点.由此可推测，在还原过程 中虽然有可能生成少量铁橄榄石参与成渣，但渣相的形成主要靠脉石成分的成渣作用，因 此，球团中脉石相的熔化温度主要由SiO,Al,O,CaO,Mg04个组分决定 将表1中4种碱度下的脉石成分归一化处理后，其各自的熔化温度可在CO(MgO)一 一Al,0,一Si0,相图上查出.结果表明：脉石成分在碱度0.5~0.9范围内，脉石相的熔化温 度随碱度升高而降低，碱度0.9时最低，当碱度11时，其熔化温度又升高.这与球团孔隙和 抗压强度随碱度变化相对应，说明球团中脉石碱度0.9时，由于其熔化温度较低，所形成的 渣相流动性较好，因而对孔隙的充填较充分，相应熟球抗压强度最高. 2.2还原温度对球团固结的作用 ()还原温度对球团结构与抗压强度的影响 还原温度对熟球金属铁含量与抗压强度的影响见图3.通过显微镜观察，在同样碱度0.9 和还原时间下，球团在1250和1300℃还原后的显微结构基本相同.差别在于：①1300℃的 铁网密度与粗大程度明显高于1250℃的情形；②1300℃时的孔隙小且均匀. 将球团抗压强度和结构随温度变化的结果相对比可知：球团内孔隙减少且变小和铁相 密度增加使熟球抗压强度增加.球团内铁相随温度增多是球团还原性随温度增加的结果， 除可由显微镜观察得到之外，还可由图3.中金属铁含量随还原温度增加而增多的结果看出 (2)球团内孔隙大小和形态与还原温度的关系 球团的偏光显微镜观察表明：1300℃还原的球团中渣相出现了明显的层状结构，说明 1300℃下渣相流动性好于1250℃下的渣相流动性.因此，1300℃时的球团孔隙变小应归 因于温度提高使渣相流动性增加，对球团孔隙的充填能力增强. 2.3还原时间对球团固结的作用 球团还原时间对熟球抗压强度的影响见图4.与图2（还原40min)相对比，在相同碱度 0.9和还原温度为1250℃下，所观察到的还原20min的球团显微结构的特点是金属铁密度 较小，球团的孔隙较大， 将球团抗压强度和结构随还原时间变化的结果相对比可知：球团抗压强度随还原时间 延长而增加归因于球团内孔隙减少，尺寸变小和铁相密集程度增大的结果.球团内铁相增 多表明球团还原程度随还原时间延长而增加，这可由显微镜观察和图4中金属铁含量随还 原时间的延长而增加看出.球团孔隙随还原时间的增加而减少的原因则可认为是渣相对孔 隙的充填更加充分

北 京 科 技 大 学 学 报 年 金 属铁 相 的数量 随碱 度 增 加 而 增大 ， 说 明碱 度增 加 可 以 使球 团还 原性 变好 ， 这 可 由显微 镜 观 察 和 图 中金 属 铁 含 量 随碱 度 变 化 的结 果 看 出 这 与碱 度 对球 团还 原 性 影 响 的一 般 结 论相 同 球 团 孔 隙 的大 小 和 多 少 可 认 为取 决 于 脉 石相 的熔 化温 度 因此 ， 球 团碱 度 与球 团 孔 隙度 的 关 系 可 归结 于 球 团碱度 与脉 石 相熔化温度 的 关系 球 团碱度 与渣 相熔 化温 度 的关系 由表 的 生 球 团成 分 可 知 球 团 中可 能参 与成 渣 的成 分 有 ， ， ， 和 氧 化铁 熟 球 团 射 线衍 射分析表 明 ， 球 团 中含铁物相 主要 是 眼 一 和 少量 ， 未 发现 铁 橄 榄 石 相 因 此 可 认 为 ， 球 团 中的 绝 大 部 分 金 属 铁是 由氧 化 铁 直 接 还 原得 到 ， 从 对球 团 还 原 过 程 的岩 相 样 中 ， 观 察到 较多 浮 氏体 相 的结果 也说 明 了 这 一 点 由此 可 推 测 ， 在 还 原过 程 中虽 然 有 可 能 生 成 少 量 铁 橄 榄 石 参与 成渣 ， 但 渣 相 的形 成 主 要 靠 脉 石 成 分 的 成 渣 作 用 因 此 ， 球 团 中脉 石相 的熔化 温度 主要 由 ， ， ， 个组 分 决 定 · 将 表 中 种碱 度下 的脉 石 成分 归 一 化处理 后 ， 其各 自的熔 化 温 度 可 在 一 一 一 相 图 上查 出 结 果 表 明 脉 石 成分在碱 度 一 范 围 内 ， 脉 石相 的熔 化温 度 随碱 度 升 高而 降低 ， 碱度 时最低 当碱度 时 ， 其 熔 化 温 度 又 升 高 这 与球 团孔 隙和 抗 压 强 度 随碱 度 变 化 相 对应 ， 说 明球 团 中脉 石 碱 度 时 ， 由于 其熔 化 温 度 较低 ， 所 形 成 的 渣 相 流 动性 较好 ， 因而 对孔 隙的充 填 较 充分 ， 相 应熟 球抗 压 强 度 最 高 还 原 温度对球 团 固结 的作用 还 原温 度 对球 团结 构 与抗 压 强 度 的影 响 还 原温度 对熟 球 金 属 铁 含 量 与抗 压强 度 的影 响见 图 通 过 显 微 镜观 察 ，在 同样碱 度 和 还 原 时 间下 ， 球 团 在 和 ℃ 还 原后 的显微 结 构基 本 相 同 差 别 在 于 ① ℃ 的 铁 网 密度 与粗 大 程 度 明显 高于 ℃ 的情 形 ② ℃ 时 的孔 隙小 且 均 匀 将 球 团 抗 压 强 度 和 结 构 随温 度 变 化 的结 果 相 对 比可 知 球 团 内孔 隙减 少 且 变 小 和 铁 相 密 度 增 加 使 熟 球 抗 压 强 度 增 加 球 团 内铁 相 随 温 度 增 多 是 球 团 还 原 性 随温 度 增 加 的 结 果 ， 除可 由 显微 镜观 察得 到 之 外 ， 还 可 由图 中金 属铁含量 随还 原温 度增 加 而 增 多 的结果 看 出 球 团 内孔 隙大小 和形 态 与还 原 温 度 的关 系 球 团 的 偏 光 显 微 镜 观 察 表 明 ℃ 还 原 的 球 团 中渣 相 出 现 了 明 显 的层 状 结 构 ，说 明 ℃ 下 渣 相 流 动性 好 于 ℃ 下 的渣 相 流 动性 因 此 ， ℃ 时的球 团孔 隙变小 应 归 因 于 温 度 提 高使渣 相 流 动性 增 加 ， 对球 团孔 隙 的充填 能 力增 强 还 原 时 间对球 团 固 结 的作用 球 团 还 原 时 间 对熟 球 抗 压 强 度 的影 响 见 图 与 图 还 原 相 对 比 ，在 相 同碱 度 和 还 原 温 度 为 ℃ 下 ， 所 观 察到 的还 原 的球 团 显微 结 构的特 点 是 金 属 铁 密度 较小 ， 球 团 的孔 隙较 大 将 球 团抗 压 强 度 和 结 构 随 还 原 时 间变 化 的结 果 相 对 比 可知 球 团抗 压 强 度 随 还 原 时 间 延 长而 增 加 归 因 于 球 团 内孔 隙减 少 ， 尺 寸变 小 和 铁 相 密集 程 度 增 大 的 结 果 球 团 内铁 相 增 多 表 明 球 团 还 原 程 度 随 还 原 时 间 延 长 而 增 加 ， 这 可 由 显微 镜 观 察 和 图 中金 属 铁 含 量 随还 原 时 间 的延 长而 增 加 看 出 球 团 孔 隙 随 还 原 时 间 的增 加 而 减 少 的 原 因则 可 认 为是 渣 相 对孔 隙 的 充填 更 加 充 分

Vol.18 No.5 王东彦等：含锌铅粉尘金属化球团的固结机理 ·413· 70r 1700 70 1900 。金属铁量 65 0金属铁量 ●抗压强度 60 1300 60 ·抗压强度 15002 55 8 ·z 8 % 1100三 50 900 遥 ● 40 9 据 700 40 0.9碱度 0.9贼度 500 35 1250℃ 20 min 3 300 51015202530354045 00 /min 3050110011501200125013001350 er℃ 图3熟球金属铁含量和抗压强度 图4熟球金属铁含量和抗压强度与还原 与还原温度的关系 时间的关系 3结论 含锌铅粉尘金属化球团的固结机理可以认为：)提高球团碱度使得球团还原性和铁相 密度增加，当球团碱度为0.9时，渣相熔化温度最低，对孔隙的充填最充分，固结效果最 好.2)还原温度升高和还原时间延长，金属相密集程度增加，渣相流动性提高，导致球团 孔隙减小且变少. 参考文献 I Turkdogan E T.Met.Trans,1978,9B:163 ~179 2.德国钢铁工程师协会编.渣图集.王俭等译.北京：治金工业出版社，1989.81 Bond Mechanism of Metallic Pellet Produced from Zn-Pb-Bearing Iron and Steel Plant Dust Wang Dongyan Chen Weiqing Zhou Rongzhang Lin Zongcai Department of Metallurgy,USTB,Beijing 100083,PRC ABSTRACT The study on the bond mechanism of metallic pellet produced from Zn-Pb-bearing iron and steel plant dust with carbon shows that its compression strength is not only dependent on the shape and amount of iron phase but also on the size of hole in metallic pellet.The hole size depends on the fluidity of slag phase in pellet and its filling condition to the hole in pellet.The amount and shape of iron phase depend on the reduction degree of pellet. KEY WORDS metallic pellet,Zn-Pb-bearing inplant dust,bond mechanism

王 东彦等 含 锌铅粉尘金 属化球 团 的 固结机理 金 属 铁 量 抗 压 强 度 金 属 铁量 抗 压强 度 令 · 剑军烈目气了 令 曰气 ︵荞︶考 住 碱 度 ℃ 一‘ 产一护 ，曰气︸才 ︸八“气︺亡工 ︸、 ‘ 斗 ，、 曰气︶亡、 序 尸 、 圣 趁 娜口 爹 旧、 国 军 茹不访不布不赫工鲡万俪 ℃ 」 图 熟球金属铁含量和抗压强 度 与还原 温度 的关 系 图 熟球金属铁含量和 抗压强度与还原 时 间的关 系 结 论 含 锌 铅 粉尘 金 属 化 球 团 的 固 结 机 理 可 以 认 为 提 高球 团碱 度 使 得 球 团还 原 性 和 铁 相 密 度 增 加 ， 当球 团碱 度 为 时 ， 渣 相 熔 化 温 度 最 低 ， 对 孔 隙 的充 填 最 充 分 ， 固 结 效 果 最 好 还 原 温 度 升 高和 还 原 时 间延 长 ， 金 属相 密集 程 度 增 加 ， 渣 相 流 动性 提 高 ， 导致 球 团 孔 隙减 小 且 变 少 参 考 文 献 ， ， 一 德 国钢 铁工 程 师协会编 渣 图集 王 俭等 译 北 京 冶金 工 业 出版社 ， 一 一 环飞之 舒 环飞子 ， ， ， 一 一 一 ， 一 一