熔剂性球团实际操作技术八问

　　河北宣化正朴铁业有限责任公司

　　一、生产熔剂性球团添加CaO还是CaO3？

　　首先，CaO或CaO3是作为干燥组分添加到物料中的。如果作为干燥组分，CaO与湿精矿接触可生成CaOH，由于CaOH的胶体特性，又可起到粘结作用。但是，CaOH在540℃时即分解成CaO和H2O,如果分解过快，水蒸气会破坏球团结构。混合料中添加CaO3，即石灰粉，CaO3在920℃以上分解，理论上这将加速球团的脱碳作用，提高球团处理过程的产率。如果铁物料SiO2含量小于2%，生产R2小于1的球团，不论添加CaO，还是CaO3都不会对球团生产造成影响。

　　中国产的铁粉，其SiO2含量普遍在4%左右，还以生产R2为1的球团为例，如果添加CaO，其生成CaOH在焙烧中释放水蒸气量会增加，对球团的破坏力也会增加；如果添加CaO3，由于其分解时吸收热量，反而会使产率降低。

　　在CaOH脱水前，打通水蒸气溢出的通道，球团就会免遭其破坏。这是我们的专有技术。

　　二、生产熔剂性球团，为什么要强调MgO的添加？

　　添加CaO，其主要目的是为了改善球团矿的冶金性能，熔剂性球团在高炉还原时，还原度高，但是，含CaO的熔剂性球团，在焙烧时往往难以控制，因为生成的铁酸钙化合物熔点低，极易生成液相。当精矿含SiO2高时，要想生产熔剂性球团则必须添加较多的CaO。对于焙烧磁铁矿球团，液相的数量不仅与CaO的添加量有关，还与磁铁矿的氧化程度有关，如果氧化不充分，则有可能形成CaO-FeO- SiO2的固溶体。FeO ?CaO ? SiO2与2FeO ?SiO2的熔化温度比较接近，在橄榄石中，在一定范围内增加CaO的含量，使得熔化温度有所降低，它最低熔化温度为1117℃，这就使得生产上难以控制。

　　含CaO的熔剂性球团冶炼时，虽然还原度高，但其熔化和软化温度低，实践证明，含MgO的熔剂性球团矿有以下特点：

　　1、有较高的还原度；2、有较高的软化和熔融温度；3、降低炼铁焦比；4、提高高炉产量；5、球团有磁性，降低膨胀率。

　　MgO熔剂性球团矿，其矿相组成为赤铁矿（部分磁铁矿），铁酸钙、铁酸镁和渣相，各相存在随碱度、MgO含量及焙烧温度而变化。

　　三、生产熔剂性球团SiO2控制在多少量为宜？

　　当精矿中含SiO2较多时，生产熔剂性球团，则出现硅酸钙体系（CaO- SiO2）化合物。虽然CaO与SiO2的亲合力大，但CaO和SiO2被氧化铁隔开，故首先形成铁酸钙，当出现CaO-Fe2O3熔体后，由于表面张力作用，熔体流过孔隙，在熔体与二氧化硅接触时，二氧化硅进入熔体，并形成化学性质稳定的硅酸钙，而使Fe2O3析出。

　　硅酸钙体系化合物熔点高，不会使球团过融，但是它与铁酸钙之间可能形成低熔点化合物，如2CaO?SiO2-CaO ?Fe2O3-CaO ?2Fe2O3形成的低共熔点为1192℃。其中2CaO? SiO2的熔化温度量为2130℃，但它固相反应开始温度低，而且是最初形成产物，故对球团强度影响较大。

　　当在球团中添加白云石时，就会形成CaO-MgO-SiO2体系，其最低熔点为1300℃。由于CaO-MgO和SiO2之间缺乏接触，因而首先发生反应是在CaO和Fe2O3之间，以及MgO和Fe2O3之间的固相反应。最初出现的液相是铁酸钙，根据CaO-MgO- Fe2O3相图，铁酸钙对于MgO无可融性，只有在钙-铁硅酸盐形成之后，MgO才有可能进入渣相。这样，仅仅只有在焙烧后期，MgO才有可能进入硅酸盐渣相。在球团焙烧固结时，MgO可能进入渣相，也可能进入氧化铁颗粒，或残留下来。MgO进入渣相或进入氧化铁中都能够提高球团的熔点和改善还原性。

　　由上可知，国外熔剂性球团生产将铁粉中的SiO2含量控制在2%以内，是避免形成由FeO氧化不充分形成低温粘合物，影响球团的正常生产，同时，也避免硅酸钙的形成，影响球团的最终强度。我们生产熔剂性球团能将铁粉含SiO2放宽到5%，一是改变焙烧气氛，二是提高MgO含量，改善球团冶金性能。

　　如果铁粉中SiO2大于5%，建议生产R2低于0.5的半自熔球团矿，通过增加球团的孔隙率（＞25%）来提高球团还原度，这个问题可另章说明。

　　四、为什么要做单球多碱度设计？

　　传统意义的球团均为单球单碱度，而复合熔剂性球团的设计理念为通过N次成球生产单球多碱度的球团矿。其目的是：1、通过控制铁酸盐等粘合物的分布避免球团矿在烧成过程中粘结；2、减少破坏球团最终强度硅酸盐的形成；3、通过设计球团矿的还原机理来稳定其还原度。

　　如果是旧有焙烧设备改造，建议生产单球双碱度的球团，即在完成第一次成球后，在球团的表面外裹一层碱性物质，此工艺可提高球团矿碱度0.15左右，外裹料的量以其在高炉下降过程中不脱落为宜。其矿相图中可以看到，球团的结构从外至内为单质CaO或MgO，质密的铁酸盐物质及以Fe2O3再结晶为主的矿相。从相图中看到，其孔隙为张口，连通，这就使还原剂很容易到达球团内部完成还原。另外，外裹的碱性物质，保证了与煤气中硫成分的接触时是均匀、快速的，这就提高了球团的脱硫能力，我们称之为高炉脱硫分子筛。所以，在实践中，生产炼钢铁，渣中的R2控制在0.85左右即可。

　　如果是新上设备，可考虑单球多碱度设计因为涉及公司商业秘密，在此不做深述。

　　五、生产熔剂性球团其烧成温度是多少？

　　这是一个敏感问题，其一，烧成温度波动范围不能大于±30℃，最好控制在20℃之间，其二，熔剂性球团的烧成温度是各家的秘密，不愿公布。其烧成温度应控制在1200℃-1250℃之间，对最终确定温度应考虑以下因素：

　　1)球团的含Si量。Si是造成粘结问题的主要物质。

　　2)MgO含量。MgO的存在是提高球团熔滴性的主要因素，理论上，MgO只要有5%进入铁相，即可稳定磁性矿相。MgO转移温度需要1300℃。

　　3)烧成温度要尽量减少玻璃相的形成。

　　目前，中国焙烧设备，由于燃料的不同，温度控制均不理想，如果是生产熔剂性球团，还须温控设备厂家努力。

　　六、理想的熔剂性球团矿其矿相组成是什么？

　　理想的熔剂性球团矿其结构类同鸡蛋，需要三次成球。

　　其核心是直径小于6mm，二元碱度大于2.0倍，矿相是发育完全的铁酸钙系列。

　　核心的外环厚度为6mm，也即第二次成球，球径不大于18mm，其二元碱度设计为0.3倍或者0.8倍，MgO含量大于2.5。主矿相为Fe2O3再结晶及镁铁矿。

　　第三次成球，其外裹石灰石粉，其焙烧后的矿相为铁酸钙过渡到单质CaO。

　　总体上，球团的二元碱大于1.2倍，MgO含量大于2.5%，其磁铁矿相大于20%。

　　七、100%使用球团矿冶炼为什么可以减少高炉冶炼用风量？其意义是什么？

　　当前，中国的高炉的炉料结构造成炉料在高炉内的软熔带分布宽，这是造成炼铁用风量大，风压高的主要原因。如果是100%使用含Mg熔剂性球团矿冶炼，其软熔带宽度窄、位置低，稀释度好，高炉鼓风量必然减少，风机电能消耗同步下降，这已为我们实践所证明，关于这个问题，我们有专篇阐述，不再赘述。