京唐低硅球团钙基膨润土配加生产实践

钱瑞清，王 凯，吴小江，李 明，孙大为

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北 唐山063200）

1 前 言

膨润土又称皂土，是一种主要由SiO2和Al2O3组成的黏土岩［1］。由于其具有强吸湿性、较大的膨胀性、高度的分散性和极强的阳离子交换能力与吸附能力，能够有效地改善物料的成球性能以及生球、干球和焙烧球团的特性，特别是能有效地提高生球的爆裂温度，是冶金球团生产中普遍使用的粘结剂，对球团矿产量和质量起着非常重要的作用［2］。膨润土大量存在于自然界中，根据其离子层间的阳离子种类可分为钙基膨润土和钠基膨润土。结构层间吸附的可交换阳离子为Ca2+时，称为钙基膨润土；结构层间吸附的可交换阳离子为Na+时，称为钠基膨润土。我国膨润土90%为钙基膨润土，天然钠基膨润土很少［3-4］。

首钢京唐钢铁联合有限责任公司球团厂1#线年产400万t的504 m2大型带式焙烧机于2010年投产以来，粘结剂一直以钠基膨润土为主，年消耗约5万t。京唐新建两条360 万t 带式焙烧机于2019 年投产，球团入炉比例将达到50%以上，为了保证在大球比条件下高炉顺稳运行，需要进行降低球团还原膨胀率的研究。提高成品球二氧化硅含量有利于降低还原膨胀，而京唐球团原料硅含量低，需提高膨润土配比，导致成本升高。钙基膨润土较钠基膨润土脉石含量高，价格低廉，使用钙基膨润土有利于提高球团中SiO2含量，降低球团还原膨胀率。因此，实现钙基膨润土的工业化生产对于首钢京唐球团的生产具有重要意义。为此，京唐球团以秘鲁球团粉、海南精粉、钙基膨润土、钠基膨润土为主要原料，通过工业试验，研究不同钙基膨润土配比对球团矿质量及工艺制度的影响。

2 原料条件及试验方法

2.1 原料条件

试验所用含铁原料为京唐球团生产用矿粉，有秘鲁球团粉、海南精粉及自产加工粉。粘结剂采用京唐球团生产用钠基膨润土和外购钙基膨润土，其主要化学成分见表1、表2，膨润土物理性能见表3。可以看出，京唐球团所用含铁原料TFe 品位较高，SiO2含量相对较低，CaO 及 MgO 含量低；钠基膨润土SiO2含量55.2%，而钙基膨润土SiO2含量62.32%，明显高于钠基膨润土。含铁原料74 μm 粒度均在80%左右，膨润土53 μm粒度可保证在80%以上。

表1 铁精矿粉主要化学成分（质量分数） %

表2 膨润土主要化学成分（质量分数） %

表3 膨润土物理性能

2.2 试验配比

为避免工业试验对高炉生产产生较大影响，京唐球团试验时尽量保证试验球TFe 与正常生产球一致，试验配比方案如表4所示。配料基本以秘鲁球团粉为主。

表4 试验配比方案 %

2.3 试验方法

京唐球团厂工艺设计中注重对原料准备阶段工序的精细化，在常规配置基础上增加了辊磨、干燥工序，试验含铁原料经加工确保了水分稳定、粒度及比表面积的均匀，提高了原料成球性。含铁原料外加膨润土，经卧式混合机充分混合后在圆盘造球机中造球。圆盘造球机直径为7.5 m、转速30～50 r/min、倾角45°。生球粒度控制在9～16 mm；生球落下试验高度为500 mm。

京唐球团厂采用带式焙烧机工艺，试验球团在其中完成焙烧，其工艺示意图如图1所示。焙烧机有效长度为126 m，有效焙烧面积504 m2，分为7 个工艺段：鼓风干燥段、抽风干燥段、预热段、焙烧段、均热段、一次冷却段、二次冷却段。其中预热、焙烧45 m，靠燃烧焦炉煤气提供热源，配备进口专用焦炉煤气烧嘴32个，左右分别布置16个，每个烧嘴配备1套自动调节装置，单个或分组开启、调温可控，这样的设计确保了焙烧段长度可变，适应了原料变化需要，满足了全磁铁矿生产到全赤铁矿生产的不同需要。铺底料采用粒度为9～12 mm 的成品球团，铺底料厚度80～100 mm；台车上料层总高度为400 mm。焙烧好的成品球团在机尾卸料，再通过皮带系统运到成品筛分系统。

图1 京唐球团带式焙烧工艺

成品球抗压强度在压力机上测试，球团矿冶金性能检测主要包括还原度、还原粉化指标、还原膨胀率、软熔指标。焙烧以控制成品球抗压强度为主，每2 h做抗压强度检测，根据检测结果对烧嘴温度进行局部调整，确保每个成品球抗压强度达到2 800 N。

3 试验结果及分析

3.1 造球分析

试验中，造球参数采用京唐球团正常生产的工艺参数，以正常生产的出球量为控制目标。观察配加钙基膨润土后的造球变化，生球表面粉末量有所减少，出球均匀，但是物料较干，生球长大速度趋缓，实际试验过程中加大了造球给水量。

对比分析钙基膨润土配比在生产中对生球性能的影响，其结果见表5。从表中可以看出，生产中3种不同膨润土配比物料成球性能较钠基土生产未发生较大改变，且比较稳定。方案3 返矿率最低。同时生产中随着钙基膨润土比例的增加，生球落下次数提高。

表5 钙基膨润土对生球性能的影响

3.2 球团物化指标分析

试验过程中取成品球团矿进行物化指标检测，检测指标及对比指标列于表6。

表6 球团矿物化指标检测结果

从试验数据对比看出，试验中球团品位均保持在65%以上，综合品位（Tfe＋MgO）稳定升高。试验球团矿FeO 含量明显降低，达到了试验要求；配加钙基膨润土后FeO 有降低趋势，推测混合矿粒度改善、焙烧温度提高都有利于FeO 的控制。随着钙基膨润土配加比例的升高，成品球还原膨胀率下降，分析原因为钙基膨润土配加比例提高，入矿脉石增多，还原膨胀率降低。从＜5 mm 粒级分析，配加钙基膨润土对京唐带式工艺的球团爆裂影响不大。

3.3 球团成本分析

按照某月球团矿原料实际采购价格及成本计算分析，方案1、2 较100%钠基膨润土配比时成本均有所降低，方案3 由于采用100%秘鲁球团粉且膨润土配比较其他方案明显升高，导致综合成本高于100%钠基膨润土配比方案。以年产量400 万t球团计算，采用方案2 进行生产，由于钙基膨润土单价低于钠基膨润土，且价格高的海南精粉配比降低，每年可节约费用约632万元。

4 结 语

（1）钙基皂土配加后生球指标满足要求，成品球成分稳定，粒度均匀，直供高炉期间高炉运行稳定未受影响，配加钙基土可以满足球团生产需求。

（2）在保证球团矿较高TFe 品位前提下，配加钙基土生产，成品球还原膨胀率明显降低，且FeO含量降低，其他物理、化学指标未发生明显变化，满足了高炉生产需求。

（3）通过工业试验对比分析，同等膨润土配比前提下，京唐低硅球团采用钙基膨润土作为粘结剂生产成本更低，更加适宜工业化生产。