“鹼”和“鎂”提高顆粒性能
氧化球團礦具有良好的機械強度和冶金性能，已成為高爐煉鐵不可缺少的優質爐料。 但國內磁鐵礦精礦供應不足，導致國內不少鋼廠採用進口赤鐵礦生產氧化物球團礦。 與磁鐵礦球團相比，赤鐵礦球團焙燒溫度高、範圍窄（1300℃~1350℃），球團礦抗壓強度低。 另外，酸性赤鐵礦球團冶金性能較差。 其中鏡鐵礦屬於赤鐵礦的重要類型，球團礦的焙燒性能和冶金性能比普通赤鐵礦球團礦差。
研究人員針對如何利用赤鐵礦生產高強度氧化球團礦進行了大量的研究。 研究表明，在赤鐵礦中添加磁鐵礦製備氧化球團礦，可以有效降低預熱焙燒溫度，提高預熱焙燒球團礦的抗壓強度； 添加熔劑來生產熔劑赤鐵礦球團也是一種解決方案。
國內球團廠一般採用赤鐵礦和磁鐵礦生產高強度球團礦，但隨著赤鐵礦比例的增加，添加磁鐵礦的效果大大減弱。 添加CaO焊劑生產焊劑球團，可以在較低溫度下獲得較高的機械強度和較好的還原性，但高溫回流性能較差，還原膨脹嚴重。 早期研究表明，在顆粒中添加MgO可以降低壓下膨脹率，提高高溫回流性能。
目前，關於鹼度和MgO含量對鏡礦球團礦強度和冶金性能影響的報導相對較少，特別是鹼度和MgO對球團礦冶金性能的影響。 因此，本文研究鹼度和MgO含量對鏡礦球團強度和冶金性能的影響，對於改善球團焙燒和強化高爐煉鐵具有重要的理論價值。
原料特性及研究方法
本實驗所用原料為巴西鏡礦、膨潤土、石灰石和菱鎂礦。 由於巴西鏡礦、石灰石、菱鎂礦的粒度較粗，因此在實驗室中用球磨機將其研磨至球團生產所需的粒度和比表面積。 鏡石鐵品位高，脈石礦物及其他有害雜質少，是優質球團原料。 石灰石、菱鎂礦SiO2含量低，其他有害雜質少。 它們是高質量的鈣鎂熔劑。
試驗所用粘結劑為優質鈉基膨潤土，指標為：蒙脫石含量為92.76%，溶脹體積為20mL/g，2小時吸水率為342%，-0.074mm含量達到100%。
實驗研究包括配料、混合、生球製備、生球乾燥、幹球預熱焙燒以及焙燒球團性能測試等過程。 通過添加細磨石英砂，將成品球團的SiO2含量控制在3.0%～3.1%。 通過添加石灰石和菱鎂礦來調節成品球團礦的鹼度和MgO含量，研究鹼度和MgO含量的變化對焙燒球團礦抗壓強度、還原度、還原膨脹、低溫還原粉碎和高溫軟熔特性的影響。 影響。
測試結果及影響分析
“鹼度和 MgO 含量對抗壓強度和孔隙率的影響。” 球團礦的抗壓強度是反映球團礦在運輸、儲存過程中以及在還原爐內能承受壓力的重要指標。 大型高爐要求球團礦抗壓強度大於2500N/個。
在天然MgO含量下，球團礦的抗壓強度首先隨著鹼度的增加而增加。 當鹼度增加到0.2時，顆粒的抗壓強度由天然鹼度的2400N/個增加到3,500N/個； 達到0.4後，顆粒的抗壓強度不再增加。 這是由於鐵酸鈣、矽酸鈣等CaO、Fe2O3和SiO2的鹼度增加所致。 適當的液相有利於赤鐵礦的重結晶，但過多的液相則不利於球團礦抗壓強度的提高。 在自然鹼度下，球團礦的抗壓強度隨著MgO含量的增加而降低。 這是因為在球團礦預熱和焙燒過程中菱鎂礦分解，增加了球團礦的孔隙率。
當鹼度與MgO共同作用時，在相同的MgO含量下，鹼度對煅燒球團礦抗壓強度的影響與天然MgO含量下鹼度對球團礦抗壓強度的影響基本相同，即球團礦的抗壓強度。 強度首先隨鹼度的增加而增加。 鹼度達到一定值後，顆粒的抗壓強度不再明顯增加； 在相同鹼度下，球團礦的抗壓強度隨著MgO含量的增加而降低，這是由於MgO含量的增加，球團礦孔隙率增大，同時MgO進入渣相使脈石礦物的熔點升高，對液相的形成有一定的阻礙作用。 測試結果表明，當鹼度在0.2以上時，不同鹼度和MgO含量的鏡礦球團的抗壓強度可達2500N/顆以上。
隨著助熔劑用量的增加，預熱焙燒時助熔劑分解留下的氣孔也隨之增加。 熔劑的添加不僅影響球團的化學成分和礦物成分，而且影響球團的結構和孔隙率。 這會在一定程度上影響球團礦的抗壓強度和冶金性能。
鹼度和MgO含量對還原程度的影響。 還原度（RI）是評價高爐還原區溫度和氣氛條件下鐵礦石脫氧傾向和難度的重要指標。 影響鐵礦石還原度的因素有粒度、孔隙度、礦物成分和結構、脈石礦物成分等。
天然鹼度和天然MgO含量的酸性球團礦的還原度較低，僅為62.22%。 隨著MgO含量的增加，還原程度增大。 當MgO含量為3.0%時，球團礦的還原度可達68%； 當MgO含量提高鹼度時，鏡礦球團的還原程度大大提高。 當鹼度增加到1.2時，球團礦的還原度提高到72.82%。 這是因為石灰石的加入增加了球團的孔隙率，同時CaO與Fe2O3反應生成易還原的鐵酸鈣。
當鹼度與MgO共同作用時，相同鹼度下，隨著MgO含量的增加，鏡礦球團的還原程度增大； 相同MgO含量下，還原程度隨著鹼度的增加而增加。
當鹼度達到1.2、MgO含量增加到3.0%時，球團礦的還原度高達76.94%。 這是因為菱鎂礦在球團礦預熱和焙燒過程中也增加了球團礦的孔隙率，並且MgO可以提高渣相和浮體的熔點，使其在還原過程中不易熔化，並且顆粒的孔隙沒有被熔化。 填充材料保持較高的孔隙率，有利於氣體擴散。
鹼度和MgO含量對還原膨脹的影響。
在天然MgO含量下，鏡礦球團的還原膨脹率先增大後減小，鹼度在0.4~0.6之間達到最大值，最大值高達32%。
這是因為球團礦中添加的CaO小部分與Fe2O3反應生成鐵酸鈣，大部分進入渣相。 不還原時，渣相以CaO-SiO2二元係為主。 當鹼度在0.4～0.6之間時，即渣相中SiO2含量在62.5%～70%之間，為偏矽酸鈣(CaOSiO2)和SiO2二元共晶點組成區間，其熔點較低。溫度共晶點為1436℃，但在還原條件下，由於FeO的加入，該渣相形成CaO-SiO2-FeO三元渣系。 在該爐渣體系中，CaO和SiO2的比例保持不變。 隨著FeO含量的增加，渣相的熔點急劇升高。 在純三元渣體系中，可低至1093℃，低熔點渣相只會加劇球團礦的還原膨脹。
自然鹼度下，球團礦的減縮膨脹率隨著MgO含量的增加略有降低，但不明顯。 這是由於天然鹼度和天然MgO球團渣相，當SiO1700含量為2%時，熔點為90℃。 隨著MgO的加入，渣相以MgO-SiO2二元係為主，但其低溫共晶溫度也具有較低的共晶溫度。 1543°C。 當鹼度與MgO共同作用時，在相同MgO含量下，鹼度對球團減縮膨脹率的影響與天然MgO含量基本相同。 當添加MgO時，由於MgO熔化到爐渣相中，爐渣相的熔點升高。 同時，渣相中的MgO也提高了渣相的熔點。
因此，在相同鹼度下，增加MgO含量可以減少還原膨脹。
氧化球團中赤鐵礦的體積膨脹被還原為磁鐵礦和浮鐵礦。 這種膨脹主要是由赤鐵礦還原為磁鐵礦時晶體結構的變化引起的。 球團礦的還原膨脹率與脈石成分和渣相承受赤鐵礦顆粒還原產生的應力的能力有關。
高熔點渣相在還原過程中不易熔化，保持高強度可以有效限制球團礦的還原膨脹率，而低熔點渣相會惡化球團礦的還原膨脹率。
球團礦的減縮膨脹率在20%以下屬於正常膨脹範圍，鏡礦球團礦的鹼度應控制在小於0.2或大於等於1.0的範圍內。
但一般工業生產中，要求顆粒的減量膨脹率控制在15%以下。 對於天然鹼度含3.0%~3.1%SiO2的鏡礦球團，其還原膨脹率小於15%，還原度僅為62.2%。 當通過提高鹼度來提高還原度時，必須降低鹼度，只有當鹼度提高到1.0，MgO含量達到3.0%，或鹼度提高到1.2，MgO含量≥1.0%時，還原膨脹率才能低於15%。
鹼度和MgO含量對低溫還原粉碎的影響低溫還原粉碎（RDI）反映球團礦在高爐上部或直接還原豎爐中在400℃～600℃溫度範圍內還原時生成粉末的傾向。 低溫還原粉碎的主要原因是赤鐵礦還原為磁鐵礦時晶體結構轉變引起的體積膨脹和晶格畸變。
顆粒料在預熱和烘烤時形成的粘結方式主要有以下三種：
氧化鐵再結晶、矽酸鹽結合和鐵素體結合。
其中，赤鐵礦重結晶鍵合最常見、最強，但赤鐵礦在還原條件下極不穩定，而當赤鐵礦還原為磁鐵礦時，矽酸鹽鍵合相得以保持。 改變。
因此，通過添加助熔劑可以增加這種均勻分佈，並在低溫還原條件下保持穩定的結合相，從而減少鏡礦球團的低溫還原和粉化。
天然鹼度和天然MgO含量的球團礦以赤鐵礦固相擴散固結為主，矽酸鹽粘結相較少。 因此，低溫還原時產生的粉末較多，其RDI-3.15mm值高達12.75。 %。 在天然MgO含量下，鹼度提高至0.2，球團低溫還原粉碎率RDI-3.15mm值迅速下降至0.52%； 鹼度持續增加，RDI-3.15mm值基本維持在0.5%左右。 這是因為CaO的添加使球團在預熱和煅燒過程中形成更多在低溫還原過程中穩定的矽酸鹽液相，從而達到減少球團低溫還原粉化的目的。
在自然鹼度下，增加MgO含量，球團低溫還原率和粉碎率RDI-3.15mm均降至3.0%以下。 當鹼度與MgO共同作用時，低溫還原粉碎球團的RDI-3.15mm值較低。 RDI-3.15mm隨鹼度的增加而減小，隨MgO含量的增加而略有增加。 這是由於 MgO 可以阻礙液相矽酸鹽的形成。
鹼度和MgO含量對回流焊特性的影響。 球團礦的熔化特性可以反映球團礦在高爐下部軟熔區的形成情況及其在軟熔區的性能。 爐料的回流特性對高爐的操作影響較大。 球團礦軟化溫度低、回流區間寬，高爐下部回流區透氣性會變差，不利於還原氣體與爐料的對流，嚴重影響還原過程。
具有天然鹼度和天然MgO含量的酸球團在1009℃開始軟化，滴加溫度為1272℃。 隨著天然MgO含量的增加，鹼度增加到1.2，球團的軟化溫度增加到1034℃，軟化區間和軟化區間變窄，滴落溫度也增加到1299℃。 當鹼度為1.2時，增加MgO含量可以提高軟化開始溫度和滴落溫度。 當MgO含量為1.0%時，球團軟化溫度將升至1072℃，滴落溫度將達到1319℃，MgO含量繼續增加，球團軟化溫度不會進一步升高，滴落溫度有所升高。
球團礦的回流特性主要受還原過程中產生的鎂錳礦和爐渣等低熔點液相的影響。 酸性球團礦高溫回流特性差的主要原因是還原過程中富含FeO的橄欖石渣相熔點較低，而MgO的添加可以提高渣相的熔點。 高熔點固溶體的形成也會對改善粒料的高溫回流特性起到作用。
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