钢铁厂二次物料生产球团矿试验研究

1 前言

转炉污泥作为一种炼钢废料，将其废弃，不仅占用大片土地，污染环境，而且浪费了宝贵的二次资源。如果用于烧结配料，南于污泥粒度较细，与其它烧结原料的粒度组成差别太大，造成烧结原料的偏析，恶化烧结过程，使烧结过程中透气性变差，影响烧结矿产量和质量。

新余钢铁公司每年由炼钢产生的转炉污泥约9万f，球团返矿约6万l，新建年产120万f／a的链算机一回转窑球团生产线投产后，也将产生一定量的球团返矿。为此，新钢、北京科技大学和武汉天时利公司合作，采用转炉污泥和球团返矿作为球团生产原料，生产出优质的球团矿，走出一条物料循环使用发展的路。、

2原料性能

原料的理化性能见表l。

由原料的化学成分可以看出二种原料都含有较高的FeO，这一方面在焙烧过程中氧化放热，节省燃料；一方面在焙烧过程中需要较长的时间氧化。

转炉污泥中CaO含量高达16．80％，碱度达到4．76。二种原料中S含量均较高。

球团返矿<200目粒级都达到。70％以上，粒度达到生产球团矿的要求。转炉污泥粒度极细，粘度很大。而转炉污泥筛分粒度较粗，是因为脱水、烘干和粉碎后成颗粒状所致。

转炉污泥成球性指数很高，球团返矿只有中等成球性，冈此转炉污泥与球团返矿搭配，转炉污泥既可以作为粘结剂提高球团返矿的成球性，也可以实行循环经济，做到物料的二次利用。

3造球试验

造球采用50％，转炉污泥和50％，的球团返矿进行试验。

造球过程中发现，虽然未加粘结剂，原料较粘，非常容易成球；如果混合料水分较大，非常容易形成大块。所以，造球时要控制混合料水分，可在造球过程中慢加水，水要雾化均匀，防止水龙头柱状加水。

如果混合料水分较大，或造球过程中加水控制不当，会造成小球之问粘结，最终彤成不规则球团，影响生球性能。

如果造球水分和造球工艺控制得当，球团层状长大，生球表面较为光滑并较为均匀。造球试验结果见表2。

由表2可以看出，l号生球抗压强度较低，原因是造球时混合料水分较大，形成小球相互粘结成大球，影响生球的抗压强度。其余生球的抗压、落下强度都很高，完全能够满足生产要求。但生球的爆裂温度较低，在生产中要严格控制干燥温度。

造球过程中完全未加粘结剂，是因为转炉污泥粒度较细，并含有较多的Ca(0H)2，亲水性好并具有天然的胶结能力。但纯的Ca(OH)2是南75．67％的Ca0和24．33％的H20化合生成的，南于含有较多的化合水，所以在干燥和预热过程中存在分解和吸热。

4 焙烧试验

4．1干燥试验

干燥试验在球团焙烧设备中进行，球团矿的焙烧试验设备是在北京科技大学自行研

制，并获得专利的微型球团矿焙烧模拟系统中进行的。该系统的有效焙烧空间为 80mm×300 mm，采用液化石油气为燃料ø通过渊节燃气流量和助燃风量，可以达到迅速升温和降温，并可以控制试验的气氛和气体流量，从而可以模拟各种焙烧工艺过程。

干燥试验为两段抽风试验，采用4因素3水平9次正交试验设计。固定因素料层厚度为180 mm，l段干燥温度为150 ⁰C，2段干燥温度为300 ⁰C。可变因素为l段干燥时间，3水平分别为2 min、4 min、6 min,l段干燥风速，3水平分别为1．66 m／s、1．94m／s、2．2lm／s；2段干燥时间，3水平分别为2 min、3min、4 min；2段干燥风速，3水平分别为1．38m／s、1．66．m／s、1．94 m／s。

将生球分3层装人干燥器中，球层之间采用铁砂网分隔，每层60 mm，料层总厚度为l 80 mm。将燃烧器加热到预定的温度，稳定气流速度和温度，迅速罩在干燥炉上，进行第J段抽风干燥。达到设定的l段干燥时间后，迅速调整温度和风速，进行第2段抽风干燥；达到设定的第2段干燥开寸问后，将干燥器取下，将球团分层倒出。试验过程中测量下部料层温度，测定下层水分作为考核指标。干燥试验结果见表3。

干燥试验生球的水分为12．1I％。由表3可知，1号～3号试验，由于1段抽风干燥试验时间较短，转入2段抽风干燥试验时，温度为：300℃，上层球团产生了较多的爆裂。4号～6号延长了l段干燥时间，上层球团爆裂现象有所减轻，有少部分球团发生爆裂。7号～9号球团进一步延长l段干燥时间为6 min，上层球团基本未发生爆裂。冈此，如果要避免上层球团发生爆裂，第l段干燥时间要延长至6 min以上。

根据球团矿干燥后下层的水分含量和下层球团矿温度，采用直观分析法，进行分析画图，结果见图1。

由图l干燥直观分析结果可以看出，时间因素对生球干燥影响是较为显著的，随着抽风干燥l段、2段时间的延长，下层球团矿水分明显降低，球团矿下层温度升高；干燥l段风速达到2．2l m／s和干燥2段风速为1．66m／s时，球团矿下层水分较低，下层温度较高。

根据以上分析结果，综合考虑，干燥工艺参数定为抽风干燥l段时间6 min，温度150℃，风速2．2l rn／s；抽风干燥2段时间4 min，温度：300℃，风速1．66 m／s。

4．2预热试验

在选定干燥工艺参数以后，进行预热试验。预热试验是在：300℃干燥完成后，直接进人850～900℃进行预热。预热后的球团矿抗压强度较低，只有170～280 N／个。通过查找原因和查阅资料，得出球团矿在300℃干燥后，直接进人850～900℃，由于球团矿中转炉污泥带人较多的Ca(OH)2，Ca(0H)2的分解温度在580～600℃，分解出来的水分不能逸出，造成球团矿内部产生裂纹，或‘产生应力，影响预热后球团矿的强度。

找出原因后，增加预热1段，预热2段温度提高到950℃。为了找到更加合适的预热工艺参数，进行了正交预热试验设计，采用4因素3水平9次正交试验设计。固定因素为1段预热温度为600℃，l段预热时间为4min。可变闳素为1段预热风速3水平分别为1．00 m／s、1．49 m／s、1．99 m／s；2段预热时间3水平分别为l 5 min、20 min、25min；2段预热风速3水平分别为1．38 m／s、1．6—6 m／s、1．94m／s；2段预热温度3水平分别为850℃、900℃、950℃。

预热试验参数和试验结果见表4。

一般预热后球团矿抗压强度达到350N／个就能够满足人回转窑的强度要求，由表4可以看出，3号、4号、5号、7号和9号试验都能满足要求。

根据预热后球团矿强度，采用直观分析法，进行分析画冈，分析结果图2。。

由图2可以看出，随着预热l段和预热2段风速的增加、预热2段温度的提高及预热2段时间的减少，预热后球团矿的抗压强度提高。预热2段温度对预热后球团矿抗压强度的影响非常显著，应为主要因素。后球团矿抗压强度要求的前提下，进行综合考虑，预热工艺参数定为预热l段时间4min，温度600℃，风速1．49 m／s；预热2段时间15 min，温度900⁰C，风速1．66 m／s；。

根据选定的预热工艺参数进行验证试验，根据以上分析结果，在满足生产对预热 试验结果见表5。

由表5可以看出，按选定的预热试验工艺参数，预热后球团矿的抗压强度完全能够满足生产的要求。

4．3焙烧试验

选定干燥和预热试验工艺参数后，在干燥和预热的基础上，进行焙烧试验。焙烧试验结果见表6。

由表6可以看出，随着焙烧温度的提高，球团矿的抗压强度提高，当焙烧温度达到l 200℃时，球团矿的抗压强度达到2 269N／个。另外，焙烧过程中发现，焙烧温度如果高于l 200℃，球团矿将发生粘结，这在生产中应注意球团结块和回转窑结圈的问题。

5 结论

1)以转炉污泥和球团返矿为原料，采用链箅机一回转窑工艺生产球团矿，可以生产山优质的球团矿。

2)用转炉污泥和球团返矿生产球团矿时，生球水分应控制在l O％～l 3％之间，生球的抗压强度和落下强度较高，生球的爆裂温度较低。

3)焙烧干燥过程中，应严格控制干燥l段的温度和时间，避免爆裂，产生粉末。

4)焙烧预热过程中，南于物料中含有Ca(0H)2，在580～600℃分解，预热1段温度应控制在580～600℃。

5)随着焙烧温度的提高，球团矿的抗压强度提高，焙烧温度达到l 200℃，球团矿的抗压强度达到2 269 N／个。

6)焙烧过程应严格控制温度低于l 200℃，避免球团矿粘连，回转窑产生结圈。

北京科技大学

新余钢铁公司

武汉天时利球团矿有限公司