新式球团“生力军”

　熔剂性球团矿是指在混合料中添加含CaO的熔剂（如生石灰、石灰石等）生产的球团矿。添加只含镁、不含钙熔剂（如菱镁石、橄榄石等）制备的球团矿称为含镁酸性球团矿，添加既含钙又含镁熔剂制备的球团矿称为含镁熔剂性球团矿。关于熔剂性球团矿的碱度，国内外尚无统一定论，但从大量研究和生产实践报道来看，熔剂性球团的碱度多为0.8~1.3，也有人将熔剂性球团矿定义为二元碱度大于0.6的球团矿。

　　当球团矿配比提高时，酸性球团矿难以满足高炉炼铁所需的钙、镁等碱性成分。因此，国外在20世纪60年代就开始研究添加白云石、石灰石、镁橄榄石的熔剂性球团，发现熔剂性球团的某些冶金性能优于酸性球团。自上世纪70年代以来，欧洲、北美和日本等地区和国家就开始生产和在高炉中应用熔剂性及含镁球团。近年来，在钢铁生产节能减排的压力下，我国球团矿的生产突飞猛进。随着球团矿入炉比例的增加，我国发展熔剂性球团的条件日趋成熟而且势在必行。

　　碱性熔剂对球团强度的影响

　　氧化钙和氢氧化钙的影响。在球团焙烧过程中，各种钙的化合物均分解为CaO，它在焙烧过程中同酸性脉石或Fe2O3反应。研究者研究了消石灰配比对赤铁矿粉球团特性的影响。

　　结果显示，通过添加粒度很细的添加剂，如消石灰，可显著提高混合料的比表面积。因此，采用细磨生石灰或消石灰生产熔剂性球团矿，可以使用粒度较大的矿粉。在Ca(OH)2添加量较大的情况下，即使由粒度较大（740cm2/g～1120cm2/g）的矿粉制出的生球，其强度仍保持在10牛顿/个球或稍低些。在矿粉比表面积较大（1700cm2/g）时，添加消石灰对提高生球的强度作用更明显。因此，如果采用生石灰或消石灰生产熔剂性球团，可以不使用其他黏结剂。

　　氢氧化钙对焙烧球团最终强度的影响显著。即使磨矿粒度较粗的矿粉，在添加0.5%Ca(OH)2之后，其焙烧球团抗压强度也在2000牛顿/个球以上。焙烧球团的抗磨强度随着消石灰添加量的增大而得到改善。但当添加量超过5%时，球团矿强度开始下降。粗粒矿粉焙烧球团的气孔率随着消石灰的增大只出现较小的变化。但是，比表面积较大的矿粉曲线反应性较强，所以气孔率降低。由于矿物组成的改善，气孔率降低不会显著影响其还原性。

　　石灰石和白云石的影响。在较高的焙烧温度下 (1200℃)，焙烧球团矿的抗压强度明显增大，当CaCO3添加量约为8%时，强度达到最大值。而在1150℃，添加6%CaCO3时强度便达到其最大值。贮存6周之后，两种试样的强度均明显下降。研究者在球团内观察到消石灰白点，这是由未矿化的游离CaO形成的。在添加量0~12%的范围内，球团矿的强度均在2500牛顿/个球以上，这说明渣键黏结起了很大作用。而且，焙烧球团气孔率与石灰石添加量有较大关系。随着石灰石添加量加大到一定程度，球团气孔率不断下降，球团显微结构变得越发致密。之后，再加大石灰石添加量时，气孔率又开始上升。这显然是石灰石分解时CO2向外扩散所致。

　　研究者研究了生石灰与白云石添加剂用量对生球、预热球、焙烧球指标的影响。结果发现，随着含生石灰和白云石的添加剂用量的升高，生球落下强度先升高后降低，不同添加剂最佳值略有不同；随着添加剂用量的升高，预热球强度稍微降低，当添加剂用量超过5%时，预热球强度降低明显；随着含添加剂用量的升高，焙烧球团的抗压强度先升后降；添加剂用量为5%~6%时，球团矿强度达到最大。

　　碱度与含镁熔剂对冶金性能的影响

　　碱度对不含镁球团矿冶金性能的影响。添加只含CaO不含MgO熔剂制备的熔剂性球团，球团矿机械强度随CaO量的增加先上升后下降。随碱度的升高，球团矿还原度明显升高，但还原膨胀、粉化及软熔性能有恶化趋势。

　　氧化镁对酸性球团矿冶金性能的影响。随着MgO的增加，酸性球团矿高温还原性、还原膨胀性、还原粉化及软熔性能均显著改善。但是，球团矿机械强度和低温(900℃)还原率随MgO增加明显下降。

　　含镁熔剂性球团矿的冶金性能。熔剂性含镁球团矿的冶金性能参见我国首钢工业试验的结果（表1和表2）。从表中可以发现，含镁熔剂性球团矿的机械强度与各项冶金性能指标均明显优于同种原料制备的酸性球团矿。即CaO和MgO对球团矿质量和冶金性能的影响具有互补性，含镁熔剂性球团矿兼具单一熔剂性球团矿和含镁酸性球团矿的优点。因此，在进行熔剂性球团矿的生产时，如果条件许可，应尽可能生产含镁熔剂性球团矿。

　　熔剂性球团矿的制备技术

　　与酸性球团矿相比，熔剂性球团矿的生产存在两个主要问题，即产品含硫高和焙烧球团相互黏结、结块。这就要求熔剂性球团矿的生产不能沿袭酸性球团矿制备的工艺和技术，甚至要求某些工艺环节要有根本的变化。

　　碱性熔剂的选择与准备。如果采用生石灰作添加剂，在加水时CaO就会与水反应生成氢氧化钙。这种反应系强烈放热反应，在水合（消化）过程中，体积膨胀两倍。在消化和体积同时膨胀的过程中，Ca(OH)2可以达到很高的比表面积，最高可达10000cm2/g以上。这样大的表面积上黏附的水量大于形成水合物的化学计算当量。同这样大的表面积相连接的过量水使氢氧化钙具有水凝胶的性质。这种水凝胶的胶体特性改善了矿粉混合料的塑性，从而提高干燥球团的强度。因此，如果添加生石灰或消石灰作添加剂，可不用膨润土等黏结剂。

　　由于生石灰消化时体积显著增大，消化过程在造球之前就应完全结束，并且将所得的氢氧化钙与铁精矿均匀混合。如果生石灰在造球过程中才消化，在干燥过程开始时，便不可避免地要引起局部体积膨胀，使球团结构遭到破坏。为了防止这类现象，建议在实际生产中只使用氢氧化钙，因为它不必经过任何预先处理便可使用。

　　如果仅采用石灰石、白云石、菱镁石、橄榄石等矿物型熔剂，由于它们均为天然矿物，不溶于水，不能起黏结作用，在此情况下必须使用黏结剂。

　　由于含镁熔剂性球团机械强度和冶金性能优良，如果高炉炼铁许可，应尽可能生产含镁熔剂性球团矿。在这种情况下，若无须增加球团矿的酸性成分，白云石是首选的熔剂。

　　在熔剂性球团生产中，石灰石、白云石等应当首先细磨至0.1mm以下，最好与铁精矿是相同的粒度，以保证在碳酸盐先分解之后，氧化钙能同脉石和赤铁矿完全反应。在焙烧球团内不应存在游离CaO，因为经过一定时间之后，CaO会产生水合反应，降低焙烧球团的机械强度。

　　原燃料的选择与要求。熔剂性球团生产对铁原精矿和燃料粒度没有特殊要求。但由于碱性熔剂具有强烈的亲硫特性，产品含硫明显高于酸性球团。因此，生产熔剂性球团要求铁精矿和燃料硫含量尽可能低。为此，燃料选择上应避免使用固体燃料，而选用含硫低的气体或液体燃料。

　　在条件许可的情况下，生产熔剂性球团应尽可能选择赤铁矿矿粉为原料，以避免或减轻磁铁矿氧化放热和内部温度过高导致的球团相互黏结问题。如果必须以磁铁矿粉为原料生产熔剂性球团矿，就应选择石灰石、白云石等矿物型熔剂，因为它们的分解可以消耗磁铁矿氧化放出的热量，也可避免或减轻球团相互黏结及结块问题。

　　熔剂性球团原料的混合。为确保碱性熔剂在混合料中充分分散和熔剂的全部矿化，熔剂性球团生产对原料混合的要求比酸性球团高，一般采用两段混合，大型球团厂甚至需要3段混合。

　　熔剂性球团的造球。一般情况下，添加少量熔剂不会对铁精矿成球性能有显著影响。但熔剂性球团的特殊焙烧性能，对造球工艺有特殊要求。熔剂性球团焙烧过程遇到的最大问题是液相生成导致的球团相互黏结。球团相互黏结导致竖炉下料困难、回转窑结圈，严重影响生产过程。解决此问题的方法是采用两段造球工艺，即在保持球团总化学成分或碱度不变的前提下，首先分出一小部分精矿或者一小部分熔剂。第一段采用含熔剂的混合料造球，筛去粉末后的生球进入第二段造球。第二段造球只加精矿或只加熔剂，在一次生球的表面包裹一层高熔点物料，从而阻止球团在高温焙烧时相互黏结。

　　熔剂性球团的焙烧。熔剂性球团焙烧温度与酸性球团差别很大。焙烧温度控制既要满足炼铁生产对强度的要求，又要防止高温导致的球团黏结。熔剂性球团适宜的焙烧温度除与球团矿碱度密切相关外，还与铁精矿和熔剂的种类、成分有关。对赤铁矿球团，在碱度为0.35~0.7的范围内，适宜的焙烧温度由酸性球团的1330℃降至1250℃；当碱度增至1.0时，适宜的焙烧温度又升高到1300℃。在0~5%的添加范围内，磁铁矿球团适宜的焙烧温度随碱性熔剂的增加一直在下降，其中高硅低铁磁铁矿的焙烧温度由1250℃降至1150℃，高铁低硅超纯磁铁矿的焙烧温度由1350℃降至1175℃。

　　此外，碱性熔剂对赤铁矿的热分解行为有重要影响，添加5%CaO可以使赤铁矿的开始分解温度由大约1400℃降低至1150℃。若焙烧温度过高，球团内部已形成的再结晶赤铁矿就会分解，导致球团矿质量下降。在焙烧过程中有氧化放热的磁铁矿球团尤其须要注意这一现象，主要的防止措施是严格控制焙烧温度上限。

　　熔剂性焙烧球团的冷却。为防止从球团粘连结块，熔剂性球团的冷却风量应该高于酸性球团的风量。如果球团原料为磁铁矿时，这一措施尤其重要，因为在焙烧过程中未氧化完全的磁铁矿在冷却时会继续氧化、放热，使球团极易黏结、结块。