球团配加镁橄榄石代替脱硫氧化镁粉应用分析

球团配加镁橄榄石代替脱硫氧化镁粉应用分析

为了探索镁橄榄石在国内钢铁企业球团中应用的可能性，文章首先分别选取国内钢厂使用的氧化镁粉及国外钢厂使用的镁橄榄石进行造球、球团预热焙烧及冶金性能分析实验，随后针对两种球团进行了球团成本计算及经济效益分析。结果表明，与氧化镁粉球团相比，镁橄榄石球团品位及生球强度有所降低但幅度不大，镁橄榄石球团成品球抗压强度、还原膨胀性能和还原粉化性能等高温冶金性能与氧化镁粉球团性能相近甚至优于氧化镁粉球团。其次，采用镁橄榄石取代球团中氧化镁粉可降低球团原料成本5. 903 元/t，综合考虑球团品位降低对球团价格的影响，以年产400 万t 的球团厂为例，销售镁橄榄石球团矿仍可增加利润561. 2 万～ 961. 2 万元/a。脱硫氧化镁粉

　　国内外高炉长期炼铁生产实践表明，当炉料结构以球团矿为主时，传统酸性球团矿难以满足高炉炼铁造渣所需的钙、镁等碱性成分。因此，国外在 20 世纪 60 年代就开始研究白云石、石灰石和镁橄榄石等在球团造块中的应用，取得了重大 进 展。目 前，北欧钢铁厂已经实现 100% 球团矿入炉炼铁，其使用的镁质添加剂为镁橄榄石。国内首钢球团厂也于 2011 年开始对含镁球团进行了初步实验研究，现氧化镁粉球团已成功应用于生产实践并取得了良好的效果。脱硫氧化镁

　　对于镁质添加剂的选择，由于镁橄榄石中含有大量的 SiO2，国内钢厂大多选择 MgO 含量较高的氧化镁粉或轻烧菱镁石以保证其球团品位及 SiO2 含量。但由于国内氧化镁粉价格的增长，持续使用这种高 MgO 含量的镁质添加剂会大大提高球团生产成本，因此，选用 SiO2 含量较高的镁橄榄石替代氧化镁粉不失为另一种选择。轻烧镁粉

　　文章首先对国内钢铁企业使用的氧化镁粉及北欧钢铁企业使用的镁橄榄石进行性能分析，随后针对两种添加剂进行造球实验和预热焙烧实验，并检测两种球团强度及冶金性能，Z后对添加两种镁质添加剂的球团进行经济效益分析，旨在探索镁橄榄石在国内钢铁企业使用的可能性并为其应用提供理论基础。

　　1 试验原料及方法

　　1. 1 试验原料

　　造球试验所用原料分别为高硅矿粉、低硅矿粉、膨润土、氧化镁粉及镁橄榄石，主要成分见表 1。可 以 看 出，氧 化 镁 粉 中 MgO 含 量 高 达 83. 3% ，而镁橄榄石中 MgO 含量仅为 48. 73% ， SiO2 含量高达 41. 63% 。

　　1. 2 试验方法

　　试验包括球团制备、球团预热焙烧及球团冶金性能检测，主要考察两种镁质添加剂对球团性能的影响。试验配料方案如表 2 所示，其中氧化镁粉球团为钢厂现场配料条件，作为实验中的基准球团，镁橄榄石球团在保证 MgO 含量与基准球团一致的情况下，将氧化镁粉替换为镁橄榄石

将原料按比例均匀混合在圆盘造球机上进行造球。造球时严格控制造球加入水量、造球时间、加入料的顺序和间隔。筛取 10 ～ 12. 5mm 的生球进行指标分析，生球指标包括落下次数、生球抗压强度和含水量，其余球准备用于预热焙烧试验。

　　球团预热焙烧过程中，将两组生球在恒定温度的管式炉内进行预热和高温焙烧，预热时间为 15min，预热温度为 950℃，焙烧时间为 20min，焙烧温度为 1310℃。随后测量焙烧后球团的抗压强度。

　　球团冶金性能检测过程中，分别使用高温可控硅竖式电阻炉、中温管式炉及熔滴炉检测球团还原性、低温还原粉化及软化熔融性能，使用直径法检测球团的还原膨胀指数，使用 SEM - EDS 对两组焙烧后球团的微观形貌和物相组成进行分析。

　　2 试验结果及分析

　　2. 1 镁质添加剂基础性能分析

　　对两种镁质添加剂原始粒度进行分析，结果如表 3 所示。可以看出，氧化镁粉粒度较细，平均粒度为 7. 494μm，可以直接添加至球团中; 而镁橄榄石粒度较大，粒度小于 0. 074mm 的比例仅约 3% ，不能满足球团对造球原料的要求。采用球磨机对镁橄榄石进行预磨。可以看出，镁橄榄石预磨60min 后，粒度小于0. 074mm 的比例为 96. 48% ，满足球团原料要求。因此，后期采用预磨 60min 后的镁橄榄石进行造球试验。使用 SEM － EDS 对两种添加剂的微观形貌 进行表征，结果如图 1 所示。可以看出，氧化镁 粉颗粒较小且大颗粒氧化镁会粘附极细小的颗 粒，呈现絮状; 镁橄榄石颗粒则相对较大，且棱 角分明。 2. 2 球团性能分析 通过造球、预热焙烧及高温冶金性能检测等 一系列试验对添加不同镁质添加剂的球团成分及 性能进行了检测。

在保证两组球团 MgO 含量相等的基础上，与氧化镁粉球团相比，镁橄榄石球团中 TFe 含量降低了 0. 5% ，SiO2 含量增加了 0. 6% ，其生球强度也有所降低，说明镁橄榄石在一定程度上会降低球团品位及生球质量。但在相同的预热焙烧条件下，镁橄榄石球团预热后及焙烧后强度均大于氧化镁粉球团。使用 SEM对两组球团进行了微观形貌分析，使用 EDS 对不同区域进行打点分析，区域 1 物相主要为硅酸盐，区域 2 物相主要为赤铁矿。可以看出，氧化镁粉球团孔隙率明显高于镁橄榄石球团。这是由于镁橄榄石中含有较多的 SiO2 成分，焙烧时会生成高熔点硅酸盐填充在 Fe2O3 颗粒间的缝隙中产生连接作用，部分抵消了球团中铁酸镁的生成对 Fe2O3 再结晶的抑制作用[9]，而基准球团所添加氧化镁粉中 MgO 含量高达 83% ，几乎不含 SiO2，球团预热焙烧过程中未能有效生成大量硅酸盐连接 Fe2O3 颗粒，因此焙烧后镁橄榄石球团强度高于基准球团。

　　由球团冶金性能检测结果可知，镁橄榄石球团还原度为 71. 13% ，稍低于氧化镁粉球团，但其还原膨胀性能和还原粉化性能均优于氧化镁粉球团。由软熔试验结果可知，镁橄榄石球团熔融区间仅为 24℃，且其压差也较小，具有良好的透气性。因此，在球团中使用镁橄榄石代替氧化镁粉，虽会对球团生球强度及品位产生一定影响，但仍可保证球团具有良好的性能。其次，由于镁橄榄石球团中 SiO2 含量较高，可有效应用于对球团 MgO 和 SiO2 含量均有一定要求的钢厂。

　　2. 3 经济效益分析

　　为进一步对比两种镁质添加剂对球团原料成本的影响，基于某钢厂现场造球原料成本及生产条件，对使用镁橄榄石球团的经济效益进行了分析。

　　基于原料配比进行折算整合，其中镁橄榄石成本中已包含预磨成本 5 元/t。

　　根据球团中两种矿粉的 FeO 含量，分别计算出高硅矿粉氧化增重量为 0. 033t /t，低硅矿粉氧化增重量为 0. 03t /t。基于以上结果，可计算出每吨镁质球团矿焙烧后的理论氧化增重量，进而折算出生产 1t 球团矿所需原料成本，