鐵精礦性能研究

為了更好地了解10 種精礦的成球性能，試驗(yàn)以1號(hào)膨潤(rùn)土為粘結(jié)劑，研究各單一鐵精礦對(duì)膨潤(rùn)土用量、造球水分、造球時(shí)間的要求。各鐵精礦的成球性能差異明顯。①礦、⑥礦、⑦礦和⑧礦4 種鐵精礦要達(dá)到較好的造球效果，需將膨潤(rùn)土用量提高到2 .0 %以上。這主要是因?yàn)?①礦雖粒度較細(xì)，但由于顆粒形貌比較均一，微細(xì)粒級(jí)含量較少，成球性能差(成球性指數(shù)K 值為0 .08);⑥礦、⑦礦和⑧礦的粒度較粗，也導(dǎo)致三者的成球性能較差。③礦和④礦成球性能相對(duì)較好，但膨潤(rùn)土用量仍然偏高(分別為1.90 %和1 .75 %)。其中，③礦粒度細(xì)微，粒級(jí)中<0.074 mm 含量達(dá)92 .1 %，在粒度組成上滿足生產(chǎn)要求(適宜鐵精礦<0 .074 mm 粒級(jí)含量一般為80%～85%左右)，但由于其屬浮選尾礦，表面上殘留的浮選藥劑導(dǎo)致其親水性能差(試驗(yàn)測(cè)得其最大分子水僅為1 .29 %，靜態(tài)成球性指數(shù)K 值為0 .09)，成球性相應(yīng)也較差。④礦由于粒度偏粗，其成球性能同樣不好。

總體而言，10 種鐵精礦中只有②礦、⑤礦、⑨礦和⑩礦(⑩礦大顆粒較多，但其顆粒形貌及粒度組成相對(duì)較好 。

1、選擇節(jié)能、高產(chǎn)的破碎設(shè)備

2、選擇節(jié)能、高產(chǎn)的磨礦設(shè)備

3、提高精礦粉磨后的分級(jí)性能，減少過(guò)磨現(xiàn)象，提高精礦粉品位

鐵精礦鐵元素含量

這是所有品質(zhì)指數(shù)中最重要的，60%以上含量的一般被認(rèn)為是高品位的，我國(guó)就嚴(yán)重缺乏這種高品位鐵礦石，幾乎依賴從巴西、澳大利亞、印度進(jìn)口。

鐵精礦有害成分含量

有害成分主要包括硫、磷、二氧化硅、三氧化二鋁等等，這個(gè)含量越低意味著礦石越好，越容易冶煉。

鐵精礦粒度

該指數(shù)僅局限于未燒結(jié)的鐵礦砂，是指礦砂顆粒的品均直徑。一般經(jīng)過(guò)粉碎在5-10毫米最佳，過(guò)大過(guò)小都不好，既不方便運(yùn)輸也不利于生產(chǎn)。

鐵精礦含水率

為了方便運(yùn)輸，所有成品鐵礦砂都必須在裝船裝車運(yùn)輸前接受注水。一般含水率在8%以下。于是鐵礦砂和其他礦石同類產(chǎn)品都有干、濕兩種幾種方式，干重用于計(jì)算貨物單位貨值，濕重用于計(jì)算運(yùn)輸費(fèi)用。

球團(tuán)礦作為高爐爐料結(jié)構(gòu)的主要組成部分，其性能的優(yōu)劣直接影響高爐冶煉以至整個(gè)鋼鐵生產(chǎn)。良好的鐵精礦成球性能是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)球團(tuán)礦的基礎(chǔ)和前提。隨著中國(guó)鐵礦資源的消耗日趨增大，大量貧礦和復(fù)雜礦的使用，使鐵精礦的成球性能呈現(xiàn)出不同程度的下降，對(duì)整個(gè)球團(tuán)工業(yè)造成了重大影響。圍繞如何有效利用資源，改善鐵精礦成球性能，國(guó)內(nèi)已經(jīng)開展了一些研究。其中，黃柱成和肖炸和等人分別研究了混合料預(yù)處理和配礦對(duì)鐵精礦成球性能的改善作用，但由于鐵精礦成球性能受自身性質(zhì)和粘結(jié)劑的影響很大，國(guó)內(nèi)尚缺乏全面而系統(tǒng)的研究 。

鐵精礦本身的性質(zhì)(如粒度及粒度組成、顆粒形貌、孔隙度、親水性)和粘結(jié)劑是影響鐵精礦成球性能的兩大因素。針對(duì)10 種鐵精礦，為改善鐵精礦成球性能，試驗(yàn)從優(yōu)化原料結(jié)構(gòu)、原料預(yù)處理、改善粒度組成和合理選擇膨潤(rùn)土種類及用量四個(gè)方面展開了研究。

鐵精礦優(yōu)化原料結(jié)構(gòu)

單一鐵精礦親水性能較差(如③礦，其最大分子水僅為1 .29 %)、粒度組成不一或粒度過(guò)粗(如⑥礦、⑦礦)、顆粒形貌單一(如①礦)，都將對(duì)鐵精礦的成球性能產(chǎn)生不利影響。優(yōu)化原料結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上就是以不同礦種的相互搭配，以達(dá)到改善鐵精礦上述性質(zhì)的作用。為此，在考慮原料結(jié)構(gòu)的組成上，除保留方案1 中的①礦以作對(duì)比外，試驗(yàn)剔除了成球性能較差的幾種鐵精礦(如①礦、⑥礦、⑦礦、⑧礦等)，并以1 號(hào)膨潤(rùn)土為粘結(jié)劑，研究了4 種原料結(jié)構(gòu)對(duì)生球質(zhì)量的影響。

通過(guò)優(yōu)化原料結(jié)構(gòu)，膨潤(rùn)土用量可由1 方案所需的2 .5 %大幅下降到1 .0 %，爆裂溫度提高約200 ℃。這表明，通過(guò)不同礦種之間的優(yōu)化配置和合理搭配，能大幅度降低膨潤(rùn)土用量，穩(wěn)定生球質(zhì)量，改善鐵精礦的成球性能。

鐵精礦原料預(yù)處理

鐵精礦顆粒的形狀，決定了顆粒表面積和在生球內(nèi)原料顆粒間接觸面積的大小及相互嵌入的緊密程度，對(duì)鐵精料的成球性能的影響很大。通過(guò)強(qiáng)化預(yù)處理工藝來(lái)改善鐵精礦顆粒形貌對(duì)鐵精料的成球性能影響非常明顯。試驗(yàn)研究了高壓輥磨和潤(rùn)磨這兩種預(yù)處理方式對(duì)鐵精礦成球性能的影響。經(jīng)高壓輥磨和潤(rùn)磨后的鐵精礦成球性能獲得明顯改善，這主要得益于預(yù)處理(如采用高壓輥磨)可一定程度地改變顆粒的表面形態(tài)，增加物料顆粒間的接觸面及粒子表面結(jié)合力，使隔離分散的顆粒更加緊密的粘結(jié)，提高充填密度，最終達(dá)到提高原料成球性的良好效果。

鐵精礦改善粒度組成

鐵精礦粒度和粒度組成是影響鐵精礦成球性能的重要因素之一。適宜的粒度組成可以提高原料中的毛細(xì)作用力，使生球的強(qiáng)度變好，直接影響原料的成球性。一般情況下可以利用磨礦操作來(lái)改善和調(diào)整鐵精礦的粒度組成，形成良好的顆粒搭配，提高原料的成球性能。由于適宜鐵精礦<0 .074 mm粒級(jí)含量一般要求為80 %～ 85 %左右，而⑩礦的粒度過(guò)粗，粒級(jí)中<0 .074 mm 含量?jī)H為46 .4 %，試驗(yàn)以⑩礦為例，研究了配加磨礦后不同<0 .074 mm粒級(jí)含量的該礦對(duì)配礦方案4 生球質(zhì)量的影響。:隨著配入的鐵精⑩礦中的<0 .074 mm 粒級(jí)含量提高，生球質(zhì)量明顯改善。當(dāng)⑩礦中<0 .074 mm 粒級(jí)含量由46 .4 %提高到81 .9 %后，該礦的<0 .045 mm 粒級(jí)含量相應(yīng)地由30 .9 %提高到44 .3 %，生球落下強(qiáng)度從3 .4 次/0 .5 m 提高到5 .8 次/0 .5 m ，抗壓強(qiáng)度也有所提高。這充分說(shuō)明，為獲得合適的鐵精礦粒度，調(diào)整粒度組成，適當(dāng)增加細(xì)粒級(jí)含量有助于改善鐵精礦的成球性能。

鐵精礦種類和用量

由于膨潤(rùn)土對(duì)不同鐵精礦的適應(yīng)性差異較大，同時(shí)由于膨潤(rùn)土經(jīng)過(guò)焙燒之后殘余部分主要成分是SiO2 、Al2O3 ，將降低球團(tuán)礦的有效成分的含量(鐵品位)，這就要求球團(tuán)生產(chǎn)中合理選擇膨潤(rùn)土種類并盡量降低其用量。為充分和準(zhǔn)確地研究膨潤(rùn)土與鐵精礦之間的關(guān)系，試驗(yàn)研究了膨潤(rùn)土的種類和用量對(duì)方案2 生球質(zhì)量的影響，以反映膨潤(rùn)土的選擇對(duì)鐵精礦成球性能的影響情況。

對(duì)于同一配礦方案，隨著膨潤(rùn)土用量的上升，粘結(jié)作用增強(qiáng)，生球落下強(qiáng)度提高，生球爆裂溫度逐漸下降。從生球落下強(qiáng)度考慮，1號(hào)、2 號(hào)和3 號(hào)三種膨潤(rùn)土的適宜用量分別為1.5 %、1 .0 %和1 .0 %。就抗壓強(qiáng)度而言，3 種膨潤(rùn)土差異不大。但從生球爆裂溫度方面來(lái)看，由于配加3 號(hào)膨潤(rùn)土的生球爆裂溫度較低，這顯然是不適宜的。導(dǎo)致使用3 號(hào)膨潤(rùn)土生球爆裂溫度較低的原因主要在于其吸水率大，吸水能力強(qiáng)，雖造球后生球因塑性增強(qiáng)，生球落下強(qiáng)度提高，但對(duì)生球的爆裂溫度會(huì)產(chǎn)生不利影響。因此，合理選擇膨潤(rùn)土的種類和用量，就顯得尤為重要。研究表明，在盡可能降低膨潤(rùn)土用量和保證球團(tuán)性能的前提下，通過(guò)對(duì)生球性能指標(biāo)的綜合考慮，選擇在鐵精礦中配加用量為1.0 %的2 號(hào)膨潤(rùn)土能最有效地改善鐵精礦的成球性能。

(1)單一鐵精礦成球性能試驗(yàn)結(jié)果表明，10 種單一鐵精礦的成球性能差異明顯。鐵精礦本身的性質(zhì)(如粒度及粒度組成、顆粒形貌、孔隙度、親水性)和粘結(jié)劑是影響鐵精礦成球性能的兩大因素。

(2)通過(guò)對(duì)影響鐵精礦成球性能主要因素的分析，研究了改善鐵精礦成球性能的措施。試驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)優(yōu)化原料結(jié)構(gòu)，進(jìn)行配礦處理、改善鐵精礦粒度組成、對(duì)鐵精礦采用高壓輥磨和潤(rùn)磨預(yù)處理、合理選擇膨潤(rùn)土的種類和用量等措施能大幅度提高生球質(zhì)量，改善鐵精礦的成球性能 。2100433B

精礦流態(tài)化水分遷移的細(xì)觀規(guī)律

由鐵精礦流態(tài)化的宏觀規(guī)律分析可知，水分的遷移對(duì)鐵精礦的流態(tài)化發(fā)生至關(guān)重要．利用高速細(xì)觀攝像機(jī)采集的鐵精礦流態(tài)化演化過(guò)程中的細(xì)觀變化．細(xì)觀觀測(cè)位置為距離模型箱底部30cm、短邊側(cè)壁33cm 處，觀測(cè)范圍為6mm×8mm．通過(guò)對(duì)不同振次時(shí)鐵精礦細(xì)觀照片的直觀分析，研究散裝鐵精礦流態(tài)化演化過(guò)程中水分在鐵精礦顆粒間遷移運(yùn)動(dòng)的細(xì)觀規(guī)律。

試驗(yàn)開始前，不同粒徑鐵精礦顆粒均勻分布，礦體相對(duì)比較松散，粒間孔隙體積較大，水分均勻分布在鐵精礦顆粒間孔隙中；振動(dòng)開始后，礦體體積被壓縮，孔隙體積減小，孔隙中均勻分布的水分逐漸聚集，形成水膜裹附在鐵精礦顆粒表面；孔隙體積進(jìn)一步減小，顆粒表面的包裹水膜厚度增加，水分匯集連接成片，形成連續(xù)水體，觀測(cè)到鐵精礦孔隙體積明顯減?。浑S著孔隙水分的進(jìn)一步析出，細(xì)觀觀測(cè)區(qū)域內(nèi)的鐵精礦水分含量增多，礦體飽和度增大，顆粒間作用力降低，觀測(cè)區(qū)域內(nèi)的連續(xù)水體與鐵精礦顆粒共同做水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

振動(dòng)至40振次時(shí)，細(xì)觀觀測(cè)區(qū)域內(nèi)的細(xì)顆粒含量明顯減少，顆粒間接觸緊密，觀測(cè)區(qū)域內(nèi)水分含量減少，這是因?yàn)樗衷谶w移過(guò)程中帶動(dòng)細(xì)顆粒一起運(yùn)動(dòng)，細(xì)顆粒流失后礦體粒徑粗化；振動(dòng)至60振次時(shí)，孔隙間析出水繼續(xù)遷移，析出水量逐漸減小，此時(shí)由宏觀觀測(cè)到的水液面已上升至細(xì)觀觀測(cè)區(qū)域的位置；振動(dòng)至100振次時(shí)，析出水量逐漸減小；振動(dòng)至600振次時(shí)，鐵精礦細(xì)顆粒嵌合在粗顆?？紫堕g，顆粒間咬合緊密，礦體孔隙體積很小，顆粒間剩余水分含量很少。

在縮尺條件下，散裝鐵精礦流態(tài)化形成的水分遷移細(xì)觀規(guī)律大致相同．在振動(dòng)過(guò)程中，鐵精礦體積被壓縮；顆粒孔隙間水分被擠出并匯集成片，形成連續(xù)水體；水分在重力作用下向下遷移，其宏觀表現(xiàn)為形成水液面上升．同時(shí)孔隙水遷移帶動(dòng)礦體中細(xì)顆粒運(yùn)動(dòng)，細(xì)顆粒填充了粗顆粒骨架之間的孔隙，進(jìn)一步促使孔隙體積減小，導(dǎo)致孔隙水分析出。

精礦流態(tài)化鐵精礦細(xì)觀組構(gòu)

研究鐵精礦細(xì)觀組構(gòu)的目的是通過(guò)對(duì)顆粒間相互作用的定量描述，在某種假設(shè)或力學(xué)原理的基礎(chǔ)上做出統(tǒng)計(jì)平均，建立鐵精礦細(xì)觀組構(gòu)指標(biāo)與鐵精礦宏觀特性響應(yīng)間的關(guān)系．本文通過(guò)模型試驗(yàn)對(duì)鐵精礦流態(tài)化形成過(guò)程中的宏觀現(xiàn)象和組構(gòu)參量之間的關(guān)系進(jìn)行了定性探討，嘗試從鐵精礦細(xì)觀組構(gòu)的演化解釋鐵精礦流態(tài)化現(xiàn)象的細(xì)觀機(jī)制。

利用課題組自主開發(fā)的Geodip數(shù)字圖像處理軟件，對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中記錄的高清照片進(jìn)行處理，分析鐵精礦在循環(huán)荷載作用下顆粒細(xì)觀組構(gòu)變化，包括鐵精礦顆粒長(zhǎng)軸方向，平均接觸數(shù)和平面孔隙率的變化等．通過(guò)對(duì)比在流態(tài)化形成過(guò)程中不同振次下鐵精礦顆粒的細(xì)觀組構(gòu)規(guī)律，探討鐵精礦發(fā)生流態(tài)化的內(nèi)在機(jī)理。

（1）顆粒長(zhǎng)軸方向

顆粒定向性的發(fā)展是流態(tài)化形成過(guò)程中鐵精礦顆粒重新排列的反映。不同振次時(shí)鐵精礦顆粒長(zhǎng)軸方向演化的玫瑰圖，扇形大小反映顆粒長(zhǎng)軸方向的角度頻數(shù)分布。

從長(zhǎng)軸方向的演化來(lái)看，由于采用分層濕搗法進(jìn)行制樣，因此試樣的鐵精礦顆粒長(zhǎng)軸方向分布相對(duì)比較均勻。振動(dòng)初始，由于不規(guī)則形狀的鐵精。鐵精礦顆?？紫堕g水分不斷匯集形成連續(xù)水體，由于同時(shí)受到水平往復(fù)荷載和水流的作用，鐵精礦顆粒長(zhǎng)軸主要分布在水平0°方向和豎直90°方向。隨著水平荷載的繼續(xù)施加，孔隙間水分?jǐn)y帶部分細(xì)顆粒趨于向礦體上層遷移，顆粒長(zhǎng)軸明顯偏向于豎直方向發(fā)展。約至50振次時(shí)，鐵精礦顆粒間孔隙充分壓縮，粒間孔隙中的水分已充分析出，顆粒間殘存少量水分，水流作用減弱，原來(lái)受水流影響偏向豎向的顆粒長(zhǎng)軸稍微向水平方向偏轉(zhuǎn)。至60振次時(shí)，細(xì)觀拍攝處的鐵精礦顆粒主要受到水平往復(fù)荷載的作用，顆粒的長(zhǎng)軸繼續(xù)向水平方向發(fā)展，宏觀上的表現(xiàn)為水液面遷移至礦粉表面、流態(tài)化基本完成；待振動(dòng)結(jié)束時(shí)，鐵精礦骨架相對(duì)穩(wěn)定，顆粒只是在原位附近輕微錯(cuò)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，并沒(méi)有明顯的顆粒滾動(dòng)，長(zhǎng)軸方向變化不大。

綜上所述，在鐵精礦流態(tài)化形成演化過(guò)程中，由于受到水平往復(fù)荷載和水流的綜合作用，顆粒長(zhǎng)軸方向由初始的均勻分布變化到定向分布，并且偏向于豎直方向和水平方向．顆粒長(zhǎng)軸方向的演化過(guò)程，反映了在流態(tài)化形成過(guò)程中鐵精礦顆粒的重新排列過(guò)程。

（2）平均接觸數(shù)

平均接觸數(shù)是指顆粒與周圍顆粒接觸的平均數(shù)目，用以分析顆粒運(yùn)動(dòng)和重新排列規(guī)律，其變化是顆粒受力變化的間接反映。

振動(dòng)初期，鐵精礦體積輕微壓縮，鐵精礦顆粒平均接觸數(shù)略微增多；至10～20振次，顆粒間的運(yùn)動(dòng)使得鐵精礦平均接觸數(shù)略有下降，這表明顆粒間孔隙中水形成的水膜包裹了鐵精礦顆粒；至20～40振次，顆粒在水流和振動(dòng)荷載的作用下，平均接觸數(shù)目上下波動(dòng)；至40振次以后，鐵精礦顆粒的平均接觸數(shù)逐漸增大，這說(shuō)明顆粒間孔隙壓縮充分，鐵精礦越來(lái)越密實(shí)。

總體而言，鐵精礦平均接觸數(shù)的總體趨勢(shì)是增大的，其反映的規(guī)律與鐵精礦孔隙率變化規(guī)律基本一致，即流態(tài)化演化過(guò)程中鐵精礦顆粒的運(yùn)動(dòng)使得鐵精礦總體發(fā)生壓縮，粒間孔隙中的水分得以擠出并向上遷移，這與宏觀流態(tài)化現(xiàn)象得到的結(jié)論一致。需指出，平均接觸數(shù)是通過(guò)統(tǒng)計(jì)顆粒與其周邊顆粒的平均接觸數(shù)來(lái)反映土體的緊密程度，其值并不是衡量顆粒間作用力的指標(biāo)．

（3）平面孔隙率

利用Geodip程序計(jì)算得到的顆?？紫堵孰S時(shí)間的變化曲線．需要說(shuō)明的是，這里采用的平均孔隙率為平面孔隙率，而并非鐵精礦真實(shí)孔隙率。

水平荷載的施加，使得鐵精礦顆粒間孔隙發(fā)生壓縮，孔隙體積縮?。粡恼翊?0開始，平面孔隙率經(jīng)歷有升有降的波動(dòng)，總的趨勢(shì)是減小的，這是由于鐵精礦顆粒受水平荷載和水流沖力的共同作用，顆粒發(fā)生旋轉(zhuǎn)、錯(cuò)動(dòng)和移動(dòng)，但顆粒孔隙仍被壓縮；至振次60以后，孔隙率基本不發(fā)生波動(dòng)，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于初始值．總體而言，鐵精礦流態(tài)化形成過(guò)程中，孔隙率呈減小趨勢(shì)，在最初20振次內(nèi)尤為明顯，這與試樣總體發(fā)生壓縮的宏觀現(xiàn)象一致 。

鐵精礦球團(tuán)烘干機(jī)是一種處理大量物料的干燥設(shè)備，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，操作彈性大，適應(yīng)性強(qiáng)，處理能力大，物料的適應(yīng)性強(qiáng)，可以烘干各種物料，且設(shè)備操作簡(jiǎn)單可靠。廣泛用于建材，冶金、化工、水泥工業(yè)烘干鐵精礦球團(tuán)、礦渣、石灰石、煤粉、礦渣、粘土等物料。尤其針對(duì)鐵精礦球團(tuán)、礦渣、礦漿效果更加明顯.

1. 鐵精礦球團(tuán)烘干機(jī)烘干機(jī)處理能力大，燃料消耗少，干燥成本低。

2. 鐵精礦球團(tuán)烘干機(jī)具有耐高溫的特點(diǎn)，能夠使用高溫?zé)犸L(fēng)對(duì)物料進(jìn)行快速烘干。

3.可擴(kuò)展能力強(qiáng)，設(shè)計(jì)考慮了生產(chǎn)余量，即使產(chǎn)量小幅度增加，也無(wú)需更換設(shè)備。

4. 設(shè)備采用調(diào)心式拖輪結(jié)構(gòu)，拖輪與滾圈的配合好，大大降低了磨損及動(dòng)力消耗。

5.專門設(shè)計(jì)的擋輪結(jié)構(gòu)，大大降低了由于設(shè)備傾斜工作所帶來(lái)的水平推力

6. 抗過(guò)載能力強(qiáng)，筒體運(yùn)行平穩(wěn)，