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  材料科学与工艺  2016, Vol. 24 Issue (6): 85-89  DOI: 10.11951/j.issn.1005-0299.20160615
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引用本文 

陈树军, 刘凯, 吕庆. 不同配比下PMC矿粉和司家营矿粉造球工艺试验研究[J]. 材料科学与工艺, 2016, 24(6): 85-89. DOI: 10.11951/j.issn.1005-0299.20160615.
CHEN Shujun, LIU Kai, LÜ Qing. Experimental study on the pelletizing with PMC and sijiaying ore mineral powder under different ratio[J]. Materials Science and Technology, 2016, 24(6): 85-89. DOI: 10.11951/j.issn.1005-0299.20160615.

基金项目

国家自然科学基金资助项目(U1360205)

通信作者

刘凯，E-mail:251546353@qq.com

作者简介

陈树军：(1972-)，男，高级工程师，博士

文章历史

收稿日期: 2016-07-29
Contents              Abstract              Full text              Figures/Tables              PDF
不同配比下PMC矿粉和司家营矿粉造球工艺试验研究
陈树军1, 刘凯2, 吕庆2     
1. 东北大学 材料与冶金学院，沈阳 110004;
2. 华北理工大学 冶金与能源学院，教育部现代冶金技术重点实验室，河北 唐山 063009
收稿日期: 2016-07-29
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(U1360205)
作者简介: 陈树军：(1972-)，男，高级工程师，博士
通信作者: 刘凯，E-mail:251546353@qq.com
摘要: 为了确定PMC矿粉和司家营矿粉两种矿粉造球的最佳配比，利用实验室的球团设备对两种矿粉在不同配比下的球团工艺进行了试验研究.研究发现，在PMC矿粉：司家营矿粉=8：2的配比下，生球的成球率为91%，落下强度为4.15次/0.5 m个，抗压强度为0.825 dN，爆裂温度为440 ℃；成品球团的抗压强度接近300 dN，并且通过对PMC矿粉：司家营矿粉=8：2时成品球团矿的显微结构的观察发现，此配比下的球团矿矿相以赤铁矿为主，晶粒分布密集且联结成片，成品球团矿的抗压强度最高.因此，PMC矿粉:司家营矿粉=8：2时为最优方案.
关键词: PMC矿粉    司家营矿粉    矿粉配比    球团试验    
Experimental study on the pelletizing with PMC and sijiaying ore mineral powder under different ratio
CHEN Shujun1 , LIU Kai2 , LÜ Qing2     
1. School of Materials andMetallurgy, Northeastern University, Shengyang 110004, China;
2. Key Laboratory for Advanced Metallurgy Technology, College of Metallurgy & Energy, North China University of Science and Technology, Ministry of Education, Tangshan 063009, China
Abstract: In order to get the best proportion of PMC (Palabora Mining Co.) ore mineral powders and Sijiaying mineral powders for pelletizing, investigation was conducted on pelletizing with the two kinds of mineral powders. The results show that, the rate of ball production is 91%, drop strength is 4.15 times /0.5 m per ball, the compressive strength of green ball is 0.825 dN, explosion temperature is 440 ℃ and the compressive strength of roasted ball is about 300 dN, under the ratio of PMC:Sijiaying=8:2, which can meet the production requirements. Besides, through the observation of its microstructure, it shows that under the ratio of PMC:Sijiaying=8:2, the main mineral phase of roasted ball is hematite pellet, state of which is intensive and connecting into piece, so the compressive strength is the highest, hence the ratio of PMC:Sijiaying=8:2 is the best ratio to pelletize with the two kinds of mineral powders.
Key Words: PMC ore mineral powders    sijiaying mineral powder    the ratio of the powders    pelletizing tests    

PMC磁铁矿是近年来河北省所使用的一种重要外矿资源，其具有较高的含铁品味，SiO2的含量仅为1%，细磨之后的矿粉成球性指数高于0.8属优等成球性，然而该矿的钛、磷、铜、碱金属含量偏高，因此，使用率受到了限制；司家营矿粉是冀东地区重要的矿产资源，该矿的含铁品味位低、硬度高、细磨困难，成球性指数仅为0.33属弱成球性[1-4].为了充分利用以上两种资源，本文以这两种矿粉为原料进行了球团试验.球团技术是一种重要的人造块矿手段，能够提高资源利用率[5-7]，通过对这两种矿粉在不同配比下的球团进行研究，为充分利用这两种矿产资源提供了重要的数据参考.

1 试验 1.1 原料成分

试验以PMC矿粉和司家营矿粉为原料，钙基膨润土为粘结剂，进行造球试验，物料成分如表 1所示.

表 1 物料化学成分/% Table 1 Chemical composition of material/%

矿粉粒度对球团工艺有着直接的影响[8]，试验所用的PMC矿粉和司家营矿粉的粒度由美国库尔特(COULTER)公司生产的LS230激光粒度分析仪测定，两种矿粉的粒度分布如表 2所示.

表 2 矿粉粒度 Table 2 Particle size of mineral powder
1.2 试验方法

造球试验在圆盘造球机中进行.其主要技术参数为：直径1 000 mm，边高250 mm，转速20 r·min-1，倾角45°，线速度1.05 m·s-1.造好的生球经过人工筛分，将粒径10~16 mm的生球作为合格生球.取部分合格生球测定其抗压强度、落下强度和生球水分等，其余合格生球干燥后备用.

把生球置于烘箱内烘干，温度恒定为(110±5) ℃，烘干时间保证在12 h以上[9].使用METTLER PM4000型电子天平对其进行称重并计算生球水分.

取直径为10.0~12.5 mm成品球12个，从0.5 m高度自由落在10 mm厚的钢板上，以不破裂次数计数，去除一个最大值和一个最小值，取剩下10个球的算术平均值为落下强度的测定结果(次·0.5-1m-1·个-1).

取直径为10.0~12.5 mm成品球22个，用弹簧压力机测定每个球的强度，去除一个最大值和一个最小值，取剩下20个球的平均值作为抗压强度的测定结果.

生球爆裂温度的测定装置与生球干燥装置相同.试验采用动态介质法测定，即在Ф50×150 mm，底部均匀分布有Ф3 mm筛孔的测定罐中装入直径为10.0~12.5 mm生球50个，高约60 mm，将测定罐放置在以1.0 Nm·s-1的热介质气体中5.0 min，每隔50 ℃换一批新球，以被测生球出现≥4%爆裂的温度作为生球爆裂温度(有裂纹者即算作破裂).

球团焙烧试验在Φ80 mm管式炉内于氧化气氛下进行.当炉温升高到指定的预热温度时，把预热球放入炉内，升温到一定的焙烧温度，恒温焙烧一定时间后降温冷却后取出试样.球团抗压强度测定方法按照GB/T14201-93标准进行[10].

1.3 试验方案

试验分为两个部分：生球试验如表 3所示，焙烧试验如表 4所示.

表 3 生球试验方案 Table 3 Scheme of the pellet test
表 4 焙烧试验方案 Table 4 Scheme of pellet roasting
2 结果与分析 2.1 生球试验结果与分析

生球试验结果如图 1所示.由图 1(a)可知随着PMC矿粉配比的增加，成球率呈先增大后降低的趋势.在PMC矿粉：司家营矿粉=8：2时，成球率最高达到了91%，与PMC矿粉：司家营矿粉=1：0的配比方案相比，高出了近8个百分点.因此，单从成球率上看PMC矿粉：司家营矿粉=8：2的配比方案是这四个方案中最优的.

图 1 生球试验结果 Figure 1 Results of pellet tests

由图 1(b)可知随着PMC矿粉配比的增加，生球的落下强度呈先增大后降低的趋势.PMC矿粉：司家营矿粉=8：2时，生球的落下强度最大.在实际生产中，生产出来的生球需要经过多次筛分运转才能焙烧成成品球团，因此，试验中利用落下强度来衡量生球抗破裂变形的能力，落下强度越高其能力则越强，按照这一标准PMC矿粉：司家营矿粉=8：2的配比方案效果最佳，能够满足生产要求.

由图 1(c)可知随着PMC矿粉配比的增加，生球的抗压强度呈先增大后降低的趋势. PMC矿粉：司家营矿粉=8：2时，生球的抗压强度为0.825 dN，可以满足生产要求.由于生球在焙烧过程中会受到一定的压力，因此生产出来的生球必须有一定的抗压强度，从试验结果看，PMC矿粉：司家营矿粉=8：2的配比方案，生球的抗压强度最高，对实际生产最有利.

由图 1(d)可知随着PMC矿粉配比的增加，生球的热爆裂温度呈先下降后升高的趋势.PMC矿粉：司家营矿粉=1：0的配比方案热爆裂温度为500 ℃，是四个方案中最高的；PMC矿粉：司家营矿粉=8：2的配比方案的热爆裂温度最低为440 ℃.生球在进入预热焙烧流程之前，需要经过干燥除去水分，这一过程中提高介质温度和流速能够加速干燥的进行.然而，若介质温度过高会使水分的蒸发剧烈，导致生球“爆裂”最终影响到球团矿的质量.生球爆裂温度提供了干燥介质能达到的最高温度，因此，PMC矿粉：司家营矿粉=1：0的配比下的生球干燥过程中介质能达到的温度最高，对于提高生产效率比较有利.

由于实际生产的参数确定需要综合考虑多个因素，因此，通过以上分析可知PMC矿粉：司家营矿粉=8：2的配比方案的多项指标都是四个方案中最优的，尽管其爆裂温度最低，但也达到了440 ℃，综合考虑认为PMC矿粉：司家营矿粉=8：2的配比方案对制造生球比较有利.

2.2 成品球试验结果与分析

成品球团矿的试验结果如图 2所示.由图 2可知，随着PMC矿粉配比的增加成品球团的抗压强度呈先增高后降低趋势.PMC矿粉：司家营矿粉=8：2的配比方案下的成品球团矿抗压强度最高，接近300 dN比PMC矿粉：司家营矿粉=1：0的配比方案下的成品球团矿高出了近40 dN.球团矿主要是通过晶桥联结的[11]，在预热焙烧过程中Fe3O4被氧化成Fe2O3，生成的Fe2O3晶粒在焙烧过程中进一步长大，彼此之间通过晶桥联结.形成的Fe2O3晶粒越多晶桥联结越紧密，球团矿的抗压强度就越高.

图 2 抗压试验结果 Figure 2 Results of compressive strength of finished pellets

PMC矿粉：司家营矿粉=8：2的配比方案下，成品球团矿的显微结构如图 3(a)所示；PMC矿粉：司家营矿粉=1：0的配比方案下，成品球团矿的显微结构如图 3(b)所示.

图 3 成品球团矿的显微结构(反射光×600) Figure 3 Microstructures of roasted pellets

由图 3(a)可以看到，PMC矿粉：司家营矿粉=8：2的配比方案下，成品球团矿中赤铁矿分布密集，连晶紧密，而PMC矿粉：司家营矿粉=1：0的配比方案下，成品球团矿中的赤铁矿分布比较稀疏，彼此之间的联结较少且晶体之间的晶桥细小.球团抗压强度主要是由Fe3O4氧化而来的再生赤铁矿晶粒的发展、连接起作用[12~15]，赤铁矿晶粒越多，连晶越紧密球团矿的抗压强度就越高，因此，PMC矿粉：司家营矿粉=8：2配比方案下的成品球团抗压强度最高.

3 结论

试验表明，PMC矿粉与司家营矿粉配比为8：2的方案下，生球的成球率、抗压强度、落下强度均是这4个方案中最高的，其爆裂温度达到了440 ℃，成品球团的抗压强度接近300 dN，综合考虑此方案为最佳的生产方案.

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