一种兼顾低还原膨胀与高还原度的白云鄂博铁矿熔剂性球团制备方法

本发明属于铁矿球团生产，特别涉及一种在抑制白云鄂博铁矿熔剂性球团异常还原膨胀的基础上，通过铁氧化物晶粒调控改善球团还原度的制备方法。

背景技术：

1、随着高炉炉料结构向高球团比方向发展，熔剂性球团由于可承担部分造渣功能并改善炉料结构，具有较高的应用价值。白云鄂博铁矿属于典型复杂难处理铁矿，其除铁氧化物外，还含有k、na、f、s等多种杂质组分。利用该类铁矿制备氧化球团时，不仅需要满足抗压强度要求，还需控制还原膨胀、还原度及还原粉化等冶金性能。

2、白云鄂博铁矿中k、na等碱金属组分含量相对较高，在氧化焙烧及还原过程中容易对球团物相演变和还原行为产生不利影响。已有技术提出，通过引入富含sio2和cao的组分提高氧化焙烧阶段液相生成量，可促进碱金属向液相富集，减少其向铁氧化物中的迁移，从而抑制高碱金属球团的异常还原膨胀。

3、然而，对于二元碱度为0.6～0.9的白云鄂博熔剂性球团，仅通过提高液相含量降低还原膨胀仍存在明显局限。随着液相生成量增加，液相在促进球团固结的同时会加快赤铁矿晶粒长大，并填充铁氧化物颗粒之间的孔隙，使球团组织趋于致密，从而增加还原气体向球团内部扩散的阻力，导致球团还原度下降。因此，低还原膨胀与较高还原度之间存在相互制约关系。

4、现有技术主要关注通过增加液相改善高碱金属球团的还原膨胀和抗压强度，尚缺少针对高液相条件引起还原度下降问题的进一步补偿调控措施。因此，如何在保持液相对异常还原膨胀抑制作用的同时，控制铁氧化物晶粒结构并降低高液相造成的还原度损失，是白云鄂博铁矿熔剂性球团制备过程中需要进一步解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有液相调控方法能够降低白云鄂博熔剂性球团的异常还原膨胀，但较高液相含量会导致赤铁矿晶粒粗化、球团结构致密并造成还原度下降的问题，本发明提供一种兼顾低还原膨胀与高还原度的白云鄂博铁矿熔剂性球团制备方法。本发明将氧化焙烧后球团液相控制在能够有效抑制异常还原膨胀的范围内，并在该液相条件下进一步调控球团内mgo含量，使mgo与铁氧化物作用形成mgxfe3-xo4，限制赤铁矿晶粒过度生长，以补偿高液相造成的还原度损失；同时通过限制球团内mgo含量上限，避免过度抑制赤铁矿再结晶造成球团抗压强度下降，从而实现还原膨胀、还原度和抗压强度的协同控制。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明技术方案之一，一种兼顾低还原膨胀与高还原度的白云鄂博铁矿熔剂性球团制备方法，包括以下步骤：

4、将包含白云鄂博铁矿的铁矿原料与石灰石和膨润土混匀，并根据各原料自身mgo含量选择性补加mgo粉，得到混合料；

5、通过调节石灰石和膨润土的配加量控制混合料中sio2和cao含量，使混合料二元碱度r2=cao/sio2为0.6～0.9；

6、将所述混合料造球得到生球，所述生球粒径优选为10～13 mm；

7、对所述生球进行预热，预热温度优选为900～950℃、预热时间优选为8～10 min，并使预热后球团feo质量分数不高于8%；

8、对预热后的球团进行氧化焙烧，氧化焙烧温度优选为1250～1280℃、焙烧时间优选为15～20 min，使氧化焙烧后球团内液相含量控制为12%～15%；该液相范围用于抑制异常还原膨胀；在此基础上，将氧化焙烧后球团内mgo质量分数控制为1.8%～2.5%，以补偿高液相条件下的还原度损失；其中mgo优先由原料自身所含mgo提供，当其含量不足时补加mgo粉，以抑制高液相条件下赤铁矿晶粒过度生长。

9、本发明通过控制球团内mgo含量调节铁氧化物晶粒结构；球团内mgo优先由原料自身提供，不足时补加mgo粉，所补加的mgo粉并非用于单独促进液相生成。

10、在本发明优选的实施方案中，所述混合料中sio2质量分数不低于4.5%，cao质量分数不低于3.4%。

11、在本发明优选的实施方案中，所述液相中sio2、cao和fe2o3的质量占比分别为30%～35%、25%～35%和25%～30%。

12、在本发明优选的实施方案中，所述混合料的二元碱度r2=cao/sio2为0.6～0.9。

13、本发明通过调控石灰石和膨润土的添加量协同调节sio2和cao含量，在保证熔剂性碱度的同时，为形成12%～15%的适宜液相提供组分条件。

14、在本发明优选的实施方案中，所述生球的粒径为10～13 mm。

15、在本发明优选的实施方案中，所述预热的温度为900～950℃、预热的时间为8～10min，且预热后球团feo质量分数不高于8%。

16、在本发明优选的实施方案中，所述氧化焙烧的温度为1250～1280℃，氧化焙烧的时间为15～20 min。

17、mgo在氧化焙烧过程中与铁氧化物作用形成mgxfe3-xo4，可抑制赤铁矿晶粒过度再结晶和长大，使铁氧化物颗粒细化；在还原过程中，该结构可减弱赤铁矿向磁铁矿相变所引起的体积膨胀，并通过细化颗粒、增加还原反应界面改善球团还原度。球团内mgo含量过高会显著抑制赤铁矿再结晶并降低球团抗压强度，因此不宜超过上述限定的范围。

18、本发明并非简单叠加液相调控与mgo添加，而是在适宜液相已抑制异常还原膨胀的基础上，进一步利用mgo补偿高液相引起的还原度下降。液相不足时还原膨胀偏高，液相过多时还原度降低，球团内mgo含量过高时抗压强度下降。因此，通过液相含量与球团内mgo含量的匹配，实现还原膨胀指数、还原度和抗压强度的协同控制。

19、本发明技术方案之二，一种利用上述的制备方法制备得到的白云鄂博铁矿熔剂性球团。

20、利用本发明方法制备的白云鄂博铁矿熔剂性球团，其抗压强度不低于2500 n/个，还原膨胀指数不高于15%，还原度不低于65%。

21、本发明技术方案之三，上述的白云鄂博铁矿熔剂性球团在高炉炼铁中的应用，所述白云鄂博铁矿熔剂性球团用作高炉炉料中的熔剂性氧化球团。

22、本发明技术方案之四，一种补偿白云鄂博铁矿熔剂性球团高液相还原度损失的方法，采用上述的制备方法。

23、对于白云鄂博熔剂性球团，适宜液相可降低异常还原膨胀，但液相过多会促使赤铁矿晶粒粗化和结构致密化，导致还原度下降。本发明在液相含量控制为12%～15%的基础上，利用mgo与铁氧化物作用形成mgxfe3-xo4，限制晶粒过度生长以补偿还原度损失；同时限制球团内mgo含量，避免过度抑制赤铁矿再结晶而降低抗压强度，从而兼顾还原膨胀指数、还原度和抗压强度。

24、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

25、（1）本发明针对液相调控白云鄂博熔剂性球团时出现的还原度下降问题，在保持液相对异常还原膨胀抑制作用的基础上，通过mgo调控铁氧化物晶粒结构，降低高液相条件下赤铁矿晶粒粗化对还原性能的不利影响。

26、（2）本发明通过mgo与铁氧化物作用形成mgxfe3-xo4，限制赤铁矿过度再结晶和晶粒长大，增加有效还原反应界面，使球团在保持较低还原膨胀指数的同时提高还原度。

27、（3）本发明同时限定液相与球团内mgo的适宜范围。球团内mgo含量不足时难以充分补偿高液相造成的还原度损失，而球团内mgo含量过高又会抑制铁氧化物连晶固结并降低抗压强度，因此能够通过双参数匹配实现抗压强度不低于2500 n/个、rsi不高于15%和ri不低于65%的综合性能。

28、（4）本发明可通过常规球团配料、造球、预热和焙烧流程实现，无需增设复杂生产装备，具有良好的工业适应性。