實驗

1.實驗原料

所用原料是國內某鋼廠的磁鐵礦粉、赤鐵礦粉和膨潤土，其成份及粒度組成見表1。配加燃料是1種低揮發分焦粉，其性能指標見表2。

2.實驗方法

造球時每批料的料量為4kg，水、焦粉、膨潤土及鐵精礦粉按一定比例配入，造球原料混勻后在圓盤造球機上造球，直至球團直徑達到10.0~12.5mm時取出過篩作為球團內層；把篩選出的10.0~12.5mm的生球加入造球機中，再配加鐵精礦粉繼續造球，球團外層的厚度為1.5~2.0mm，球團內、外層所用鐵精礦質量比為1:1，制備雙層球團。造完后過篩，取12.5~15.0mm的生球為合格球。造球設備采用圓盤造球機，主要技術參數為直徑Φ=1000mm，邊高h=200mm，傾角α=45°，轉速為20r/min。造球結束后，將合格生球放入鼓風干燥箱中干燥至質量不變，然后將干球置于臥式管式電阻爐中進行預熱和焙燒實驗。焙燒制度為：預熱溫度950℃，預熱時間15min；焙燒溫度1250℃，焙燒時間15min。待球團冷卻后，取出10個球團放至FZY-1型抗壓強度檢測儀上進行抗壓強度測量，其平均值作為球團的抗壓強度。球團膨脹率的測定是按照《鐵礦球團相對自由膨脹指數的測定方法》GB/T13240—1991，將一定量粒度10.0～12.5mm的球團礦，在900℃下等溫還原，球團發生體積變化，采用排水法測定還原前后球團體積，體積變化的相對值用體積分數表示，球團還原膨脹率(RSI)的計算公式為（略）：式中：V0為還原前試樣的體積，mL；V1為還原后試樣的體積，mL。球團的礦相顯微結構采用奧林巴斯BX51M光學顯微鏡進行觀測，利用顯微鏡自帶的DT2000圖像分析軟件測定球團的赤鐵礦再結晶固結率(%)和氣孔率(%)。

3.實驗方案

實驗中的鐵精礦為磁鐵礦和赤鐵礦，分兩組進行，每組配加一定量的焦粉和膨潤土，混勻造球。第一組造球原料為東北精礦（磁鐵礦），內層配碳的質量分數依次為0%，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%(即配加焦粉的質量分數為0%，0.59%，1.18%，1.76%，2.35%)，外層不配碳，制備雙層球團，焙燒后檢測其焙燒球強度和還原膨脹率。第二組造球原料為卡拉加斯粉（赤鐵礦），內層配碳量依次為0%，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%(即配加焦粉的質量分數為0%，0.59%，1.18%，1.76%，2.35%)，外層不配碳，制備雙層球團，焙燒后檢測其焙燒球抗壓強度和還原膨脹率。球團內、外層所用鐵精礦質量分別為2kg，焦粉的配比是以內層鐵精礦的質量為標準的。造球實驗的實驗方案如表3，4。

實驗結果及分析

1.配碳量對雙層球團抗壓強度的影響內

層配碳量對雙層球團抗壓強度影響的測定結果見表5與圖1。由表5和圖1可知：不同內配碳量的磁鐵礦雙層球團，經過高溫焙燒后，其抗壓強度發生明顯變化，隨著配碳量的增加，焙燒球的抗壓強度一直呈下降趨勢；在配碳的質量分數超過1.0%，球團強度急劇下降，配碳的質量分數為2.0%時，僅為836N/個；不同配碳量的赤鐵礦雙層球團，配碳的質量分數超過0.5%后焙燒后球團抗壓強度先增加后又降低，配碳的質量分數為1.0%時最高，為3166N/個。根據文獻[8]，球團內配碳質量分數為0.8%～0.9%的固體燃料，總燃耗可以降低11.9%～18.7%。所以在赤鐵礦球團內配適量的固體燃料，在滿足生產需求的焙燒球團抗壓強度(不小于2500N/個)的情況下起到節能降耗的作用。

2.配碳量對雙層球團礦還原膨脹率的影響

內層配碳量對雙層球團的還原膨脹率影響的測定結果見表6與圖2。由表6與圖2可知：雙層球團內層配碳后，球團的還原膨脹率比普通球團有明顯的降低；磁鐵礦普通球團的膨脹率在20%以上，配碳后，還原膨脹率降低到10%左右，配碳質量分數為1.0%時RSI最低，為7.98%；赤鐵礦普通球團的膨脹率在30%以上，配碳后，還原膨脹率明顯降低，配碳質量分數為1.5%時RSI最低，為9.52%。向雙層球團內層添加適量焦粉對抑制球團膨脹具有明顯的效果。是由于焦粉的存在改變了球團內部的氣氛，使渣相易于生成，渣相除了能改善球團礦固結形式以外，特別重要的是使堿金屬以硅酸鹽的形式進入渣相，從而克服了堿金屬進入鐵氧化物晶格而引起晶格畸變的現象發生；另外，焦粉在焙燒過程中以二氧化碳形式排出,改善了球團內部的組織結構。

3.雙層球團顯微結構特征

內配碳雙層球團的顯微礦相結構見圖3~5。球團的氣孔率、赤鐵礦再結晶固結率測定結果見表7。從礦相照片和表7可看出：以磁鐵礦或赤鐵礦為原料制得的雙層球團，顯微結構很有規律地分為兩層，外層以Fe2O3的結晶長大固結為主，礦物由赤鐵礦、脈石及少許硅酸鹽粘結相組成，外層孔隙多呈細孔狀，分布均勻；內層顯微結構為Fe2O3的它形晶互相連接，在球核出現Fe3O4，隨著配碳量增加，內核中Fe3O4含量增加。磁鐵礦內配碳雙層球團中配碳質量分數低于1.0%時，球團內部沒有出現Fe3O4晶體，Fe2O3再結晶固結率較高，氣孔率低，因此球團抗壓強度大，還原膨脹率也大；當配碳質量分數為1.5%時，球團內有少量大的空洞，球團外層是Fe2O3結晶，但球團內層出現了部分的Fe3O4結晶，說明由于碳的還原作用，一部分Fe2O3被還原成Fe3O4；當配碳質量分數為2.0%時，球團內部出現大量的空洞，球團外層已經出現部分Fe3O4結晶，球團內層幾乎都是Fe3O4結晶，說明球團外層形成1層致密的Fe2O3，阻止空氣中的氧進入球團內層，進而生成大量的Fe3O4晶體。赤鐵礦內配碳雙層球團隨著配碳量的增大，球團內Fe2O3再結晶固結率先增后減，導致球團抗壓強度先增后減；配碳質量分數為1.0%時最大，此時球團抗壓強度也最大。當配碳質量分數為2.0%時，球團內部出現少量的Fe3O4結晶，球團抗壓強度降低。隨著配碳量的增加，赤鐵礦雙層球團的氣孔率逐漸增大，所以還原膨脹率降低，但當配碳質量分數超過1.5%后出現磁鐵礦結晶，導致還原膨脹率又開始升高。

結論

1)磁鐵礦內配碳雙層球團隨著配碳量的增加，球團抗壓強度是逐漸降低的，當配碳量(質量分數)超過1.0%后，球團內出現磁鐵礦結晶，球團抗壓強度開始驟降。赤鐵礦內配碳雙層球團隨著配碳量的增加，球團抗壓強度開始升高后又降低，配碳量(質量分數)超過1.5%后，球團內出現磁鐵礦結晶，球團抗壓強度開始下降。2)磁鐵礦雙層球團內層配碳量(質量分數)為1.0%時，還原膨脹率最低，為7.98%，此時球團強度亦可以達到2512N/個；赤鐵礦雙層球團內層配碳量(質量分數)為1.5%時，還原膨脹率最低，為9.52%，在配碳量小于1.5%時球團抗壓強度均大于2500N/個。磁鐵礦雙層球團內層配碳量(質量分數)不大于1.0%時，赤鐵礦雙層球團內層配碳量(質量分數)不大于1.5%時，均可以滿足生產需求的情況下，有效降低球團的還原膨脹率。3)在球團內層添加適量的焦粉，可以增加成品球團的氣孔率，改善其還原性，有效抑制球團的還原膨脹。（本文圖、表、公式略）