Al2O3對球團礦性能的影響

桑 斌，常生朝，尤勝強

（安徽工業(yè)大學冶金工程學院，安徽 馬鞍山 243002）

高品位的鐵礦石的消耗量飛速增長，低品位礦石開始被更多運用，因此礦石中氧化鋁的含量逐漸增加[1]，而像澳大利亞的紐曼山和哈莫斯利，以及印度的卡洛德加和果阿的鐵礦石中，氧化鋁含量均已超過2%[2]?？梢灶A計，越來越多的高鋁礦將運用于高爐中。所以，研究Al2O3對球團礦性能的影響的實驗就顯得非常重要了。

1 實驗原料及方法

本次實驗采用精礦粉與熔劑精煉渣作為球團原料，添加不同Al2O3配比，各組w（Al2O3）分別為：1.16%（不加Al2O3）、2.00%、3.00%、4.00%、5.00%，研究生球強度、焙燒后成品球強度、還原性及金屬鐵析出形貌。m（FeO）:m（TFe）比值大于28.6%，表明此種精礦粉為磁鐵礦[3]。精煉渣中含有較高的w（SiO2），為11.86%。SiO2的含量過高，需要添加更多的CaO，球團抗壓強度降低，且會降低磁鐵礦的還原膨脹率。精礦粉粒徑-0.074 mm占比83.55%，而精煉渣粒徑主要集中在0.074～0.165 mm內，粒徑較粗，影響球團強度。

根據(jù)配比稱取烘干后2 kg精礦粉，精煉渣做熔劑，加入不等量Al2O3，在混勻器中進行混勻；將混勻后的混合料加5%水的潤濕，靜置30 min后，在圓盤造球機上進行造球，造球時間為25～30 min；球團造好后，利用10.0～12.5 mm的圓孔篩篩分出合格生球，生球水分控制在7.5%左右，檢測生球質量。而圓盤造球機主要參數(shù)：圓盤直徑為1 000 mm，擋板高130 mm，圓盤傾角實驗設置為45°，圓盤轉速為22 r/min。從圓盤造球機中隨機取出生球測定數(shù)值，生球質量合格的球團先在105℃的烘箱中保溫8 h，再對精煉鋼渣制備的高堿度球團進行預熱及焙燒實驗，預熱溫度為950℃，焙燒溫度固定為1 250℃。在高溫焙燒條件下，磁鐵礦球團氧化過程從外表面沿同心球面的方向向內推進，F(xiàn)e2O3形成晶粒擴散能力增強，并經過再結晶長大，以及液相黏結使得球團具有較高的強度。之后對焙燒后的球團礦進行抗壓強度、孔隙率的測定以及礦相分析。根據(jù)國標條件進行的球團還原膨脹實驗，通過測定球團還原反應前后的體積變化，來計算球團還原膨脹率以及還原度，并通過掃描電鏡檢測手段分析球團表面的微觀結構及金屬析出的形貌。

2 實驗結果分析

2.1 Al2O3對球團礦生球性能的影響

成品球團生球性能的變化規(guī)律：隨著Al2O3配比增加，生球落下強度和抗壓強度均呈先升高后降低的趨勢，w（Al2O3）在1.16%～2.00%范圍內增加時，球團的生球落下強度和抗壓強度均呈上升的趨勢，w（Al2O3）在2.00%～5.00%范圍內增加時，球團的生球落下強度和抗壓強度快速下降。當w（Al2O3）為2.00%時，生球落下強度和抗壓強度分別達到最大（6.7次、18.44 N）；當w（Al2O3）為5.00%時，生球落下強度和抗壓強度分別達到最?。?.2次、11.51 N）。爆裂溫度看不出規(guī)律變化，在450～500℃范圍內波動。而水分保持在7.5%左右。

2.2 Al2O3對焙燒后球團的影響

2.2.1 Al2O3對球團孔隙率的影響

成品球團孔隙率的變化規(guī)律：隨著w（Al2O3）的增加，球團孔隙率呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢。w（Al2O3）在1.16%～2.00%范圍內增加時，球團孔隙率略微下降；w（Al2O3）在2.00%～5.00%范圍內增加時，球團孔隙率會快速增加。當w（Al2O3）為2.00%時孔隙率最低（10.82%）；當w（Al2O3）為5.00%時孔隙率最高（15.71%）。

2.2.2 Al2O3對球團抗壓強度的影響

成品球團抗壓強度的變化規(guī)律：隨著w（Al2O3）增加，球團的抗壓強度先升高后降低。w（Al2O3）在1.16%～2.00%范圍內增加時，球團的抗壓強度略微增加；w（Al2O3）在2.00%～5.00%范圍內增加時，球團的抗壓強度逐漸降低。當w（Al2O3）為2.00%時，球團抗壓強度達到最大（2 568 N）；當w（Al2O3）為5.00%時，球團抗壓強度最低（1 674.7 N）。

2.2.3 Al2O3對球團礦相結構的影響

當w（Al2O3）在1.16%～4.00%范圍內時，焙燒球團的物相組成主要是Fe2O3、鐵酸鈣以及硅鋁酸鹽（2FeO·2Al2O3·5SiO2）；當w（Al2O3）為5.00%時，焙燒球團物相除Fe2O3、鐵酸鈣以及2FeO·2Al2O3·5SiO2以外，還有黃長石。當添加少量的Al2O3時，Al2O3進入硅酸鹽體系形成2FeO·2Al2O3·5SiO2，從而減少了FeO、Fe3O4與SiO2的結合量，釋放了FeO和Fe3O4的一部分，從而降低了鐵橄欖石對再結晶和多晶生長的抑制作用，改善了Fe2O3的重結晶，導致球團礦抗壓強度略有升高。但是，隨著w（Al2O3）繼續(xù)增加，單獨存在的一部分Al2O3分散在球團礦中，這種高熔點的Al2O3質點將會阻礙離子在晶格之間的擴散以及晶粒之間多晶的長大，球團礦抗壓強度逐漸下降，另外脈石之間也會發(fā)生反應生成如黃長石等。

2.3 Al2O3對球團還原膨脹率及還原性的影響

2.3.1 Al2O3對球團還原膨脹的影響

w（Al2O3）為1.16%時，球團表面裂紋較大，膨脹率也比較大；隨著w（Al2O3）的增加，球團的裂紋逐漸增大，數(shù)量也增多，膨脹得也越來越嚴重，球團結構遭到破壞，尤其w（Al2O3）為2%時膨脹最為嚴重；隨著w（Al2O3）的繼續(xù)增加，球團表面裂紋開始逐漸變小，球團的強度逐漸升高，還原膨脹率也逐漸降低。

成品球團還原膨脹率的變化規(guī)律：隨著球團中w（Al2O3）增加，球團的還原膨脹率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。w（Al2O3）在1.16%～2.00%范圍內增加時，球團的還原膨脹率呈逐漸增大的趨勢，當w（Al2O3）在2.00%～5.00%范圍內增加時，球團的還原膨脹率減小。在w（Al2O3）為2.00%時，還原膨脹率達到最大（21.29%）；在w（Al2O3）為5.00%時，還原膨脹率達到最小（15.71%）。

2.3.2 Al2O3對球團還原性的影響

成品球團還原度的變化規(guī)律：隨著球團中w（Al2O3）增加，球團的還原度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。w（Al2O3）在1.16%～2.00%時，球團的還原度快速增加；w（Al2O3）在2.00%～5.00%時，球團的還原度略微減小。當w（Al2O3）為1.16%時，球團的還原度最?。?1.58%）；當w（Al2O3）為2.00%時，球團的還原度最大（50.97%）。

2.4 Al2O3對還原后球團微觀結構的影響

當球團中添加少量Al2O3時，球團結構較緊密，沒有鐵晶須的生成，球團中的金屬鐵主要以顆粒狀的鐵層存在；隨著w（Al2O3）繼續(xù)增加，球團內出現(xiàn)少量粗短狀的晶須，球團的還原膨脹增大；當w（Al2O3）較多時，金屬鐵以塊狀形式存在，球團還原膨脹減小。由此表明，隨著球團中的w（Al2O3）增加，對鐵晶須的生成的抑制作用就更強烈，且金屬鐵的形貌還影響球團的還原膨脹率的大小。

不同w（Al2O3）球團還原后的金屬鐵主要來源于Fe2O3、鐵酸鈣以及鋁硅酸鹽（2FeO·2Al2O3·5SiO2）。還原后的球團主要由Fe、O、Si和Ca元素組成，其中Zr元素為檢測誤差。

3 結論

本文以精礦粉、精煉渣熔劑為基礎原料，配加不同w（Al2O3）造球，研究Al2O3對球團礦性能的影響，得出以下結論：

1）生球變化規(guī)律：隨著w（Al2O3）增加，生球落下強度和抗壓強度均呈先升高后降低的趨勢。在w（Al2O3）為2.00%時，生球落下強度和抗壓強度達到最大，分別為6.7次、18.44 N；在w（Al2O3）為5.00%時，生球落下強度和抗壓強度達到最小，分別為4.2次、11.51 N。

2）成品球團孔隙率的變化規(guī)律：隨著w（Al2O3）增加，球團孔隙率呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，當w（Al2O3）為2.00%時孔隙率最低（10.82%）。

3）成品球團抗壓強度的變化規(guī)律。隨著w（Al2O3）增加，球團抗壓強度呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。在w（Al2O3）為2%時抗壓強度達到最大（2 568 N）；在w（Al2O3）為5.00%時抗壓強度最低（1 674.7 N）。

4）成品球團還原膨脹率的變化規(guī)律。隨著w（Al2O3）增加，球團還原膨脹率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。在w（Al2O3）為2.00%時還原膨脹率達到最大（21.29%）；在w（Al2O3）為5.00%時還原膨脹率達到最?。?5.71%）。

5）成品球團還原性的變化規(guī)律：隨著w（Al2O3）增加，球團還原度呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。

6）成品球團還原60 min后金屬鐵析出形貌的變化規(guī)律：隨著w（Al2O3）增加，對鐵晶須生成的抑制作用就更強烈，且金屬鐵析出的形貌還影響球團的還原膨脹率的大小。